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独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：壅壅丝 日期： h o ；，0 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学 校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段 保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文 注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：奎鍪堡日期： 导师签名：型兰兰二e l 期： 为f 0 f 6 弦f o , a l t e 系统共存干扰研究 摘要 伴随着w i m a x ( w o r l di n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v ea c c e s s ) 的出现， 3 g p p ( 3 砌g e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 在高速分组接入和 i m t - a d v a n c e d 之间推出了u m t s 技术的长期演进项目一l t e ( l o n g t e r me v o l u t i o n ) 。 目前，可用的无线频谱资源非常有限，系统间分配的频率相邻时， 由于通信系统发射机和接收机的不完美特性，这样会带来系统间的共存 干扰。中国通信标准化协会( c c s a ，c h i n ac o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d s a s s o c i a t i o n ) t c 5w g 8 正在进行2 5 0 0 2 6 9 0 m h z 频段及w r c 0 7 新分频 段划分方案研究，共存研究是其中的重要组成部分。研究l t e 系统间的 共存干扰，能为频段的划分方案以及将来各运营商组网提供技术支持， 提高频谱资源的利用率。 本文对2 6 g h zl t ef d d 与f d d 系统之间，f d d 系统与t d d 系统 之间，t d d 系统与t d d 系统之间的干扰进行了分析。结合l t e 系统的 技术特点，建立了系统干扰分析模型。介绍了共存研究中的功率控制， a c l r 建模，吞吐量计算等关键技术。使用m o n t ec a r l o 仿真方法，对 宏小区系统与宏小区系统的共存以及宏小区系统与微微小区系统的共 存进行了仿真。研究的干扰链路有基站干扰移动台、移动台干扰基站以 及基站干扰基站。同时考虑不同的系统间距对共存干扰的影响。通过仿 真给出了各种干扰情况下为保证被干扰系统具有较好的性能应该采用 的两系统邻频共存所需最小隔离度。 关键词：l t e 共存干扰分析隔离度 北京邮电大学硕士学位论文 l t es y s t e m c o e s t e n c ei n t e r f e r e n c es t u d i e s a b s t r a c t w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n t o ft h ew i m a xt e c h n o l o g y , 3g p p l a u n c h e dt h el t ep r o j e c tt ok e e pi t sa d v a n t a g ei nw i r e l e s sc o m m u n i c a i t o n f i e l d l t ei saw i r e l e s st e c h n o l o g yb e t w e e nh s p aa n di m t - a d v a n c e d t h ew i r l e s sf r e q u e n c yt h a tc a nb e u s e di sr a r e b e c a u s eo ft h e n o n - p e r f e c tp e r f o r m a n c eo ft h et r a n s m i t t e ra n dr e c e i v e r ，t h e r ei sa d ja c e n t c h a n n e li n t e r f e r e n c eb e t w e e nt h es y s t e m sw o r k i n gi na d ja c e n tc h a n n e l s c c s at c 5w r g 8i sn o ws t u d y i n gt h e2 5 0 0 m h zt o2 6 9 0 m h zf r e q u e n c y a l l o c a t i o n c o e x i s t e n c es t u d yi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp a r t s s t u d y i n g t h ec o e x i s t e n c eb e t w e e nl t es y s t e n sc a np r o v o i dt e c h n i c a ls u p p o r tn o to n l y f o rf r e q u e n c ya l l o c a t i o nb u ta l s of o rn e t w o r kp l a n n i n g t h i st h e s i sm a i n l yf o c u s e so nt h ei n t e r f e r e n c ea n a l y s i sb e t w e e nt h e l t ef d da n df d d ，f d da n dt d d ，t d da n dt d d b a s e do nt h e t e c h n o l o g y c h a r a c t i s t i c s y s t e m a t i c i n t e r f e r e n c ea n a l y s i sm o d e li s e s t a b l i s h e d t h ep o w e rc o n t r o l ，a c l rm o d e la n dt h r o u g h p u tc a l c u l a t i o n a r ei n t r o d u c e d m o n t ec a r l om e t h o di su s e dt od ot h es i m u l a t i o n m a c r o c e l l u l e ri n t e r f e r sm a c r oe e l l u l a ra n dm a c r oc e l l u l a ri n t e r f e r sp i c oc e l l u l a r a r eb o t hs t u d i e d t h es t u d i e di n t e r f e r e n c el i n k si n c l u d en o to n l yb st ou e a n du et ob s ，b u ta l s ob st ob s t h ep e r f o r m a n c ed e g r a d a t i o nd u et o 也e 0 0 e x i s t e n c ei n t e r f e r e n c ei s q u a n t i f i e db yc o m p a r i n gw i t hs i n g l es y s t e m s c e n a r i o s t l l ei s o l a t i o nv a l u ei sg o tt oe n s u r et h ei n t e r f e r e n ds y s t e m h a v i n g g o o dp e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：l t ec o e x i s t e n c ei n t e r f e r e n c ea n a l y s i si s o l a t i o n 北京邮电大学硕上学位论文 目录 第一章绪论。l 1 1 研究背景l 1 2 论文研究内容l 1 3 论文结构。2 第二章l t e 系统介绍。3 2 1l t e 的提出及发展3 2 2l t e 系统的特点4 2 3l t e 系统采用的关键技术5 第三章l t e 系统间的共存干扰分析8 3 1 干扰产生原理以及类型8 3 2u e 频段划分9 3 2 1l t ef d d 与l t et d d 9 3 2 2u e 频段划分1 l 3 3l 1 e 系统间的共存干扰1 2 3 3 1u 陋f d d 干扰l t ef d d 1 3 3 3 2i t et d d 干扰i t et d d 1 6 3 3 3m t d d 干扰l t ef d d 1 7 3 4 研究方法1 7 3 4 1 确定性分析1 8 3 4 2m o n t ec a r l o 仿真方法1 9 3 5 抗干扰措施2 0 第四章l t e 共存仿真系统设计。2 2 4 1 流程设计2 3 4 2 各模块介绍2 3 4 2 1 参数读取模块2 4 4 2 2 初始化模块2 4 4 2 3 路径损耗计算模块。2 5 4 2 4 接纳控制模块2 5 4 2 5 功率控制模块2 6 4 2 6 干扰计算模块2 6 4 2 7 吞吐量计算模块2 7 4 3 仿真假设2 9 4 3 1 频段分布2 9 4 3 2 系统拓扑结构3 0 4 3 3 天线模型3 4 4 3 4 传播模型3 4 4 3 5a c i r 模! j 翌3 5 4 3 6 评估准则3 6 第五章仿真结果及分析3 7 5 1 仿真平台校验3 7 北京邮电大学硕上学位论文 5 2 宏小区系统与宏小区系统共存仿真结果4 0 5 2 1 宏小区系统基站干扰宏小区系统终端4 1 5 2 2 宏小区系统终端干扰宏小区系统基站。4 l 5 2 3 宏小区系统基站干扰宏小区系统基站4 3 5 3 宏小区系统与微微小区系统共存仿真结果4 4 5 3 1 宏小区系统基站干扰微微小区系统终端4 5 5 3 2 宏小区系统终端干扰微微小区系统基站4 6 5 3 3 宏小区系统基站干扰微微小区系统基站4 7 5 41 0 m h zl t e 系统基本隔离度的计算4 9 5 5 仿真结果总结及分析5 0 第六章总结及展望5 2 参考文献5 3 攻读学位期间发表的学术论文5 5 致谢5 6 北京邮电大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 伴随着迅速增长的移动用户数量和多样化的移动业务需求，移动通信正在向 着宽带移动化方向发展。 第一代模拟移动通信技术以北美的a m p s 、欧洲的t a c s 为代表，但是由于模 拟系统的容量小、频谱利用率低、通信安全性差，人们研制了以g s m 以及i s 9 5 为代表的第二代数字移动通信系统。第二代移动通信系统相比第一代移动通信系统 除了能提供语音业务之外还能提供少量的数据业务。在由第二代移动通信向第三代 移动通信发展的过程中出现了g p r s 以及e d g e 中间过渡技术。第三代移动通信技 术以t d s c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、w c d m a 以及后期出现的w i m a x 技术为代表， 除了提供传统的语音业务、数据业务外，还提供e m a i l 、网页浏览等多媒体业务。 根据3 g p p 标准组织原先的时间表，4 g 最早要在2 0 1 5 年才能正式商用，在这期间 传统电信设备商和运营商将面临前所未有的挑战。用户的需求、市场的挑战和i p r 的制约共同推动了3 g p p 组织在4 g 出现之l j f 加速制定新的空中接口和无线接入网 络标准。在经过长期的讨论后，3 g p p 于2 0 0 5 年提出了在2 0 0 7 年实现峰值1 0 0 m b p s 的数据传输速率。这是一个巨大的挑战，也就是说必须尽快设计出7 5 0 倍于当前 系统传输速率的新技术，并且要求该系统具有很好的后向兼容性，以保护现有的投 资，这一新的系统被称作l t e ，也就是人们俗称的e 3 g 或3 9 g 。 当前可用的无线频谱资源非常紧张，系统间邻频共存时邻频干扰的存在严重影 响通信的质量，l t e 系统间的共存干扰研究是l t e 系统研究中的一个重要内容。国 内外从事l t e 系统间共存课题研究的主要有3 g p p r a n 4 工作组和中国通信标准化 协会t c 5 下设的频率组w g 8 的联合工作组。目前，该项研究的主要技术标准是 t r 3 6 9 4 2 ，但是只是针对宏小区的研究，干扰的链路也只有基站干扰终端以及终端 干扰移动台两种情况。当前c c s a 正在进行2 6 g h z 的l t e 频段的划分，其中对于 系统间共存干扰的研究是其中的一个重要工作。 1 2 论文研究内容 本文对无线通信中干扰的类型以及干扰产生的原因进行了研究。介绍了常用的 共存干扰研究的方法以及共存干扰中的传播模型、功率控制、a c i r 建模、干扰计 北京邮电大学硕士学位论文 算、吞吐量计算等关键技术。对l t e 系统( 包括e u t r at d d 和e u t r af d d ) 宏小区对称带宽，以及宏小区与微微小区对称带宽交叉场景进行共存时的干扰分析 以及仿真。研究的干扰链路主要有基站干扰基站，基站干扰移动台，移动台干扰基 站。通过仿真得出为保证被干扰系统具有优良的性能应该采取的干扰保护的最小隔 离度，为相关射频指标值的设定和频段的分配提供一定的参考依据。 1 3 论文结构 内容以及论文结构 统的特点以及采用 各种干扰场景进行 。第4 章介绍了共 。同时对仿真假设 5 章是结果分析部 。第6 章是总结及 是参考文献和攻读 北京邮电大学硕士学位论文 第二章l t e 系统介绍 2 1l t e 的提出及发展 第三代( 3 g ) 移动通信技术是当前主流的无线通信技术。在诸多的3 g 技术标 准中，又以3 g p p 制定的u m t s 技术标准最具竞争力。3 g 系统正在全世界逐步部 署，增强型u m t s 技术一高速下行分组接入和高速上行分组接入技术的标准化工作 也已基本完成。 一方面从h s d p a 到h s u p a ，3 g p p 一贯推行后向兼容的稳健演进路线。另一 方面，随着无线宽带接入技术，特别是带有移动性的w i m a x 8 0 2 1 6 无线城域网 技术的逐渐普及和广泛应用，使得各种宽带无线技术开始显现其便利性和发展优 势。从技术的角度来看，8 0 2 1 6 、3 g 增强型技术和b 3 g ( b e y o n d3 g ) 所采用的关键 技术有很多类似之处，目的也有一些重叠。3 g 显然由于其成熟性和现有庞大的网 络将仍然占据绝对主导地位；而8 0 2 1 6 等宽带无线技术也会随着技术、标准、设 备、频谱资源和应用定位的逐渐成熟而拥有广泛的应用前景。从数据业务等方面的 能力来看，w i m a xj 下成为3 g 和3 g 增强型技术的最大威胁。为了使3 g p p 标准相 对其它无线标准保持长期的优势，3 g p p 的移动通信厂商联合提出了以o f d m 技术 为核心的长期演进计划l t e ( l o n gt e r me v o l u t i o n ) 。 从3 g p pl t e 的标准化进程来看，其初衷为第3 代移动通信系统的演进，但由 于其它技术的竞争，业务的需求和运营商的压力，其标准化进程实质为一场技术革 命过程。与第3 代移动通信系统相比，3 g p pl t e 物理层( 层1 ) 在传输技术、空中 接口协议结构层( 层2 ) 和网络结构等方面都发生了革命性的变化【l 】。 由于w i m a x 在标准化的进程上领先于l t e ，为了保持先进性，赶超w i m a x ， l t e 在项目的开始制定了激进的时间表，整个工作计划被压缩在半年之内完成。自 2 0 0 4 年1 1 月启动l t e 项目以来，3 g p p 以频繁的会议全力推进l t e 的研究工作。 即使如此，原计划于2 0 0 6 年6 月完成的研究阶段( s i ) ，最终延迟了3 个月，到2 0 0 6 年9 月才完成。工作阶段( w i ) 原定于2 0 0 7 年6 月完成，但w i 的工作最终延迟 了一年半，远远超出了预期。下面对标准化工作的各个阶段做简单的介绍【l 】： s i 又可以称为第一阶段( s t a g e l ) ，这个阶段主要是以研究的形式确定l t e 的 基本框架和主要技术选择，对l t e 标准化的可行性做出判断。如果s i 对l t e 的基 本技术框架的评估结论是正确的，则可以设立w i 开始正式的标准化工作；如果s i 无法得出正面的结论，则不能开始w i 阶段的工作。经过1 年1 0 个月的研究，l t e 北京邮电人学硕上学位论文 s i 阶段明确了l t e 的需求、应用场景，r a n 的c n ( 核心网) 的功能划分，在r a n 网络结构、空中协议结构、多址技术、m i m o 技术、信道结构、信令结构、移动性 等方面初步形成了共识，形成了需求报告( t r2 5 9 1 3 ) 、r a n l 研究报告( t r2 5 8 1 4 ) 、 r a n 2 研究报告( t i 也5 8 1 3 ) 、r a n 3 研究报告等一系列研究报告。在2 0 0 6 年6 月， 经过多厂家的系统评优，对l t e 的标准化可行性初步得出了正面的结论。但运营商 对频谱效率的利用仍然不满意，r a n l 通过增加4 x 4 天线配置，满足了运营商的要 求。r a n 于2 0 0 6 年9 月通过了l t ew i 的立项申请，w i 开始。 w i 阶段由第2 阶段( s t a g e 2 ) 和第3 阶段( s t a g e 3 ) 组成。s t a g e 2 通过对s t a g e 1 中初步讨论的系统基本框架进行确认，同时进一步丰富了s t a g e 2 细节，最终于2 0 0 7 年3 月形成了l t es t a g e 2 规范t r3 6 3 0 0 。t r3 6 3 0 0 并不是一个可以直接用于设备 开发的技术规范，而可以看作一个对l t e 系统的总体描述。在t r3 6 3 0 0 中根据 s t a g e 2 形成的初步系统设计，得到了对l t e 系统的更精确的评估结果，进一步验证 了l t e 系统的性能。 s t a g e3 于2 0 0 7 年年底形成了l t e 技术规范的第一个版本，在这个版本里还 有很多方面没有确定，后来以修改请求的方式对技术规范进行修改完善。由于s t a g e 3 的技术细节问题层出不穷，s t a g e3 的完成时间一拖再拖。尤其是r a n 2 r a n 5 的 工作，需要在r a n l 的基础上开展，至少要在r a n l 完成半年后才能结束。r a n l 的工作2 0 0 8 年6 月才基本完成，因此r 8l t e 的完成时间最终延迟到2 0 0 8 年1 2 月。 整个3 g p pr 8 规范必须在2 0 0 8 年底完成，因此r 8l t e 规范也必须在2 0 0 8 年年底 完成。虽然由于时间的压力，部分特性来不及纳入r 8l t e ，但基本不影响设备商 的l t e 设备前期研发。r 9 会继续解决r 8l t e 遗留的问题【i 】。目前，处于运营中的 l t e 系统都是遍布全球各个地区的试验性系统。到2 0 1 0 年将可以见到一些正式的 l t e ，但大多数运营商暗示将从2 0 1 1 年开始或2 0 1 2 年以后开展大规模部署。 2 2l t e 系统的特点 以o f d m 为核心技术的l t e 系统，采用多种先进的通信技术，适应未来高可 靠性、高速数据业务的需求。相比目前第三代移动通信系统，该演进系统具有如下 主要技术特尉2 1 ： 数据速率和频谱利用率 在数据率和频谱利用率方面，实现下行峰值速率1 0 0m b p s ，上行峰值速率5 0 m b p s ；频谱利用率为h s p a 的2 4 倍，用户平均吞吐量为h s p a 的2 - - 一4 倍。为保 证3 g p pl t e 系统在频谱利用率方面的技术优势，主要通过多天线技术、自适应调 北京邮电大学硕士学位论文 制与编码和基于信道质量的频率选择性调度实现； 频谱带宽配置 实现灵活的频谱带宽配置，支持1 2 5m h z 、1 6i v i - i z 、2 5m h z 、5m h z 、1 0m h z 、 1 5m h z 和2 0m h z 的带宽设置，从技术上保证3 g p pl t e 系统可以使用第3 代移动 通信系统的频谱； 小区边缘传输速率 提高小区边缘传输速率，改善用户在小区边缘的体验，增强3 g p pl t e 系统的 覆盖性能，主要通过频分多址和小区间干扰抑制技术实现； 时延 提供低时延，使用户平面内部单向传输时延低于5m s ，控制平面从睡眠状态 到激活状态的迁移时间低于5 0m s ，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于1 0 0m s ， 以增强对实时业务的支持； 多媒体广播和多播业务 进一步增强对多媒体广播和多播业务的支持，满足广播业务、多播业务和单播 业务融合的需求，主要通过物理层帧结构、层2 的信道结构和高层的无线资源管理 实现； 全分组的包交换 取消电路交换，采用基于全分组的包交换，从而提高系统频谱利用率。实现对 i p 语音( v o i p ) 业务的支持，同时保证低时延，消除调度和层1 、层2 间信令设计的 困难； 共存 实现本系统间共存及与第3 代移动通信系统和其它通信系统的共存。 2 3l t e 系统采用的关键技术 l t e 系统为了满足未来高可靠性、高速率的数据业务的要求，主要采用了如下 先进的通信技术： 物理层上下行多址技术 采用o f d m 进行数据传输是l t e 的一个主要特点。o f d m 的基本思想是将高 速的数据流分解为多路并行的低速数据流，在多个子载波上同时进行传输。对于低 速的并行的子载波而言，由于符号周期展宽，多径效应造成的时延扩展相对变小。 l t e 规定了下行采用o f d m a ，上行采用s c f d m a ( 单载波) 。o f d m a 中一 个传输符号包括m 个正交的子载波，实际传输中，这m 个正交的子载波是以并行 方式进行传输的，真正体现了多载波的概念。对于s c f d m a 系统，也使用m 个 北京邮电大学硕士学位论文 不同的正交子载波，但这些子载波在传输中是以串行方式进行的。正是基于这种方 式，传输过程中才降低了信号波形幅度大的波动，避免带外辐射，降低了p a p r ( 峰 平功率比) 。根据l t e 系统的上下行传输方式的特点，无论是下行o f d m a 还是上 行s c f d m a ，都保证了使用不同频谱资源用户间的正交性。l t e 系统频域资源 的分配是以正交子载波组r b ( r e s o u r c eb l o c k ) 为基本单位的，一个r b 由1 2 个 相互正交的子载波组成，由于可采用不同的映射方式，子载波可以来自整个频带， 也可以取自部分连续的子载波。 帧结构设计 l t e 中规定了两种子帧长度，即基本的子帧长度为0 5 m s ，同时考虑与 t d s c d m a 系统兼容时，采用0 6 7 5 m s 子帧长度。l t e 中子载波宽度选定为 1 5 k h z ，这是一个相对适中的值，兼顾了系统效率和移动性。下行o f d m 的c p 长 度有长、短两种选择，分别为4 6 9 m s ( 采用0 6 7 5 子帧时为7 2 9 m s ) 和1 6 6 7 m s 。 短c p 时，一个子帧包含7 个( 采用0 6 7 5 子帧时为9 个) o f d m 符号；而在长 c p 时，一个子帧包含6 个( 采用0 6 7 5 子帧时为8 个) o f d m 符号。上行由于采 用单载波技术，子帧结构和下行不同。d f t - s o f d m 的一个子帧包含6 个( 采用 0 6 7 5 子帧时为8 个) “长块”和2 个“短块”，长块主要用于传送数据，短块主要 用于传送导频信号。 小区间干扰控制技术 采用小区间干扰控制技术的目的是为了提高用户在小区边缘的信息传输速率。 主要的多小区干扰补偿技术有：干扰随机化技术，干扰抵消技术和多小区干扰协调 技术等。3 g p pl t e 标准化的前期研究重点为下行频分双工系统中的多小区干扰协 调技术，多小区干扰协调技术对频谱资源和发射功率进行限制，中心用户可以使用 全部的资源块，但只能以低功率使用部分资源块；边界用户以全功率使用部分资源 块，从而提高用户在小区边缘的信噪比，增加小区覆盖率。f d d 上行的多小区干扰 控制主要通过上行功率控制来实现。 m i m o 技术 l t e 系统将采用可以适应宏小区、微小区、微微小区等各种环境的m i m o 技 术。基本的m i m o 模型是下行2 x 2 ，上行1 2 天线阵列，同时也正在考虑更多 的天线配置( 如4 x 4 ) 。目前，正在考虑的方法包括空间复用( s m ) 、空间多址 ( s d m a ) 、预编码( p r e c o d i n g ) 、自适应波束形成( a d a p t i v eb e a m f o r m i n g ) 、智能 天线以及开环分集( 主要用于控制信令的传输，包括空时分组码( s t b c ) 和循环 位移分集( c s d ) ) 等。 编码调制技术 l t e 上行调制方式主要采用位移b p s k ( 2 s h i f tb p s k ) ，q p s k 和1 6 q a m 。 北京邮电人学硕上学位论文 下行主要采用q p s k ，1 6 q a m 和6 4 q a m 。上行采用位移b p s k 技术可以进一步 降低d f t - s o f d m 的峰均比。此外，可以通过频域滤波( s p e c t r u ms h a p i n g ) 、选 择性映射( s l m ) 、部分传输序列( p t s ) 等技术进一步降低系统峰均比。另外，立 方度量( c u b i c m e t d c ) 是比峰平功率比更准确的衡量功放非线性影响的指标。在信 道编码方面，l t e 采用t u r b o 码。t u r b o 码采用了一种并行级联的结构，将卷积码 和随机交织器巧妙地结合在一起，实现了随机编码的思想，译码采用软输入软输出 ( s i s o ) 迭带译码算法，每个分量译码器都有3 种不同类型的软输入：信息比特、 校验信息、先验信息。各分量译码器之间插入交织器，构成迭代译码结构，使得译 码器的输出比特逼近最大似然。 网络结构1 1 j l t e 采用由e n o d e b 构成的单层结构，这种结构有利于简化网络和减小延迟， 实现了低时延、低复杂度和低成本的要求。与传统的3 g p p 接入网相比，l t e 减少 了r n c 节点。名义上l t e 是对3 g 的演进，但事实上它对3 g p p 的整个体系架构 作了革命性的变革，逐步趋近于典型的i p 宽带网结构。 l t e 的架构如图1 - 1 所示，也叫演进型u t r a n 结构( e u t 黜悄) ，接入网 主要由演进型n o d eb ( e n b ) 和接入网关( a g w ) 两部分构成。a g w 是一个边界 节点，若将其视为核心网的一部分，则接入网主要由e n b 一层构成。e n b 不仅具 有原来n o d e b 的功能，还能完成原来r n c 的大部分功能，包括物理层，m a c 层， r r c ，调度，接入控制，承载控制，接入移动性管理和i n t e r - c e l l r r m 等。e n o d e b 和e n o d e b 之间将采用网格( m e s h ) 方式直接互联，这也是对原有u t r a n 结构 的重大修改。 嚣 ， ：u t ， ，：l ，：r ，：，t l _ _ _ _ - _ j ，l l _ _ - i _ jil ，、，7 e n b 图1 1l t e 系统总体架构 s 、h、 北京邮电人学硕士学位论文 第三章l t e 系统间的共存干扰分析 3 1 干扰产生原理以及类型 通信系统中的干扰指的是一切进入信道或通信系统的非有用信号。非有用信号 包括通信系统外来信号，例如环境噪声等；通信系统内也有干扰信号，例如码间干 扰，对某一个码字而言，相邻码字就作为干扰信号。 无线电干扰是指在无线电通信过程中发生的，导致有用信号接收质量下降、损 害或阻碍的状态及事实。无线电干扰信号是指通过直接藕合或间接藕合方式进入接 收设备信道或系统的电磁能量，它可以对无线电通信所需接收信号的接收产生影 响，导致性能下降，质量恶化，信息误差或丢失，甚至阻断了通信的进行。因此， 通常说，无用无线电信号引起有用无线电信号接收质量下降或损害的事实，我们称 之为无线电干扰。 移动通信系统间的干扰类型众多，主要有：同频干扰、邻频干扰、带外干扰、 互调干扰和阻塞干扰等。产生这些干扰的原因有很多，例如，原有的专用无线电系 统占用现有的频率资源、不同运营商网络配最不当、发射机设置问题、地理位置重 叠、电磁兼容( e m c ) 以及有意干扰等。下面介绍一下移动通信系统中干扰的主要 类型： ( 1 ) 同频干扰：凡是无用信号的载频与有用信号的载频相同并对接收同频道有 用信号的接收机造成干扰的都称为同频干扰。由于同频干扰信号与有用信号同样被 放大、检波那么接收机将不能区分有用信号和干扰信号，其结果是有用信号和干扰 信号混在一起，有用信号无法被检测出来。 ( 2 ) 邻频干扰：干扰台邻频道功率落入接收邻道接收机通带内造成的干扰，称 为邻频道干扰。发射机在邻道的辐射功率会和有用信号一起进入接收机，而此时若 接收机响应对邻道发射机的主要辐射衰减不够大，就会导致邻道干扰。这种干扰会 使接收机信噪比下降，灵敏度降低，强干扰信号可使接收机出现阻塞干扰。 ( 3 ) 带外干扰：发射机的谐波或杂散辐射在接收有用信号的通带内造成的干扰， 称为带外干扰。带外干扰包括发信机的杂散发射、带外发射或接收机的杂散响应产 生的干扰。 ( 4 ) 互调干扰：所谓互调，是指两个或多个信号在收、发信机的非线性电路或 传播媒质中相互作用将产生新的频率分量的过程。互调干扰又分为发射机互调干扰 和接收机互调干扰。发射机互调干扰是多部发射机信号落入另一发射机，并在此术 北京邮电大学硕士学位论文 级功放的非线性作用下相互调制，产生不需要的组合频率，对接收信号频率与这些 组合频率相同的接收机造成的干扰，称为发射机互调干扰。接收机互调干扰是当多 个强信号同时进入接收机时，在接收机前端非线性电路作用下产生互调频率，互调 频率落入接收机中频频带内造成的干扰，称为接收机互调干扰。在实践中我们发现， 较严重的通常是三阶互调干扰。 3 2l t e 频段划分 3 2 1l t ef d d 与l t et d d l t e 系统同时定义了频分双i ( f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x i n g , f d d ) 和时分双 i ( t i m ed i v i s i o nd u p l e x i n g , t d d ) 两种方式。频分双i ( f d d ) 和时分双i ( t d d ) 是 两种不同的双工方式。如图3 1 所示，f d d 是在分离的两个对称频率信道上进行接 收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道。f d d 必须采用成对的频率，依靠频 率来区分上下行链路，其单方向的资源在时间上是连续的。f d d 在支持对称业务时， 能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。在现 有的小区化无线通信系统中，典型的f d d 模式的系统下行信道通常被分配在较高 的频段上。这是由于信号所在的频段越高，路径损耗造成的能量损失越大，下行方 向上由于基站端可以用较高的发射功率补偿路损，而对于上行，移动台端受到设备 尺寸和设计成本的限制，会尽量降低发射功率，因此在f d d 系统中通常下行信道 被分配在较高频段上。 保护带 _- ， ，7 7 l 一 二- l 卜频率时间 i - t ?下行 上t ? f - f t ? 双工滤波器 图3 - 1f d d 频率及时间分配 t d d 用时间来分离接收和发送信道。在t d d 方式的移动通信系统中，接收和 发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载，其单方向的资源在时间上是不 连续的，时间资源在两个方向上进行了分配。某个时间段由基站发送信号给移动台， 另外的时间由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工 作。t d d 模式下，信息的发送与接收使用相同的频带，上下行频谱的非对称性和时 变性使得t d d 双工方式的系统频带利用率高于f d d 系统。除此之外，采用t d d 双工方式，物理层可以在同一带宽上自适应的动态调整上下行时隙比例，从而提高 北京邮电人学硕士学位论文 系统容量或数据吞吐量。但是，动态的时隙结构相对于固定结构必然会增加系统的 复杂度。另外，固定时隙分配相对于动态时隙分配，容易实现邻频共存系统间的同 步，从而降低系统间干扰，易于实现邻频共存，因此采用动态时隙分配所带来的干 扰问题不容忽视，这在后面的讨论中会进行详细的说明。在l t e 系统的t d d 双工 方式下，系统支持自适应的时隙调整方案。 保护时间保护时间 v了 频率 上行衍行 下行 上行 下行 时间 图3 - 2 t d d 频率与时间分配【1 1 t d d 双工方式的工作特点使t d d 具有如下优判6 】： ( 1 ) 能够灵活配置频率，使用f d d 系统不易使用的零散频段； ( 2 ) 可以通过调整上下行时隙转换点，提高下行时隙比例，能够很好的支持非 对称业务； ( 3 ) 具有上下行信道一致性，基站的接收和发送可以共用部分射频单元，降低 了设备成本； ( 4 ) 接收上下行数据时，不需要收发隔离器，只需要一个开关即可，降低了设 备的复杂度； ( 5 ) 具有上下行信道互惠性，能够更好的采用传输预处理技术，如r a k e 技术、 联合传输( j t ) 技术、智能天线技术等，能有效地降低移动终端的处理复杂性。 但是，t d d 双工方式相较于f d d ，也存在明显的不足【6 】： ( 1 ) 由于t d d 方式的时间资源分别分给了上行和下行，因此t d d 方式的发射 时间大约只有f d d 的一半，如果t d d 要发送和f d d 同样多的数据，就要增大t d d 的发送功率； ( 2 ) t d d 系统上行受限，因此t d d 基站的覆盖范围明显小于f d d 基站； ( 3 ) t d d 系统收发信道同频，无法进行干扰隔离，系统内和系统间存在干扰； ( 4 ) 为了避免与其他无线系统之间的干扰，t d d 需要预留较大的保护带，影响 了整体频谱利用效率。 针对两种不同的双工方式，l t e 定义了两种帧结构。其中f d d 的帧结构如图 3 3 所示，t d d 的帧结构如图3 4 所示。l t e 的每一帧的时间长度为1 0 m s ，每一帧 共有3 0 7 2 0 0 个采样点。 北京邮电大学硕士学位论文 ；一一一，一一l ，l 帧= l o m s 一一j lh 个时隙ii 图3 - 3f d d 帧结构 由f d d 的帧结构可以看到，每一个f f d 帧包括2 0 个时隙，编号从0 到1 9 ， 长度为0 5 m s ，每两个连续的时隙构成一个子帧。一帧中共有1 0 个子帧都可用于数 据传输。 i 。 卜l 帧= 1 0 m s i ； 1 个半帧= 5 m s ! ；_ !i _ 。 ：1 个子帧： “ 一。 d w p t s g pi j p p t sd w p t s g pu p p l r s 图3 - 4t d d 帧结构 由图3 4 可以看出，t d d 每个帧包含两个半帧，与f d d 不同。每帧除了有用 于数据传输的子帧外，还有特殊子帧。t d d 的帧支持7 中不同的配置方式。在每个 特殊子帧中d w p t s 表示下行导频时隙、g p 表示保护时隙和u p p t s 表示上行导频 时隙。对于每个特殊子帧，d w p t s 、g p 和u p p t s 的总长度都为3 0 7 2 0 z = lm s 。 每种特殊子帧配置类型都支持5 m s 和1 0 m s 的下行到上行切换周期。对于5 m s 的下 行到上行切换周期，特殊子帧存在于2 个半帧中的同样位置；对于1 0 m s 的下行到 上行切换周期，特殊子帧只存在于第1 个半帧中。子帧0 、子帧5 和d w p t s 总是 用于下行传输；u p p t s 和紧跟在特殊子帧后面的子帧总是用于上行传输。 3 2 2l t e 频段划分 l t e 系统可以在表3 1 中的各个频带运营。l t e 的最小资源分配单位是r b ( r e s o u r c eb l o