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西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 为了适应未来移动通信系统高速率和高可靠性数据传输以及满足新型业 务需求，第三代合作伙伴计划( 3 g p p ) 于2 0 0 4 年底启动了长期演进( l t e ) 项目。 l t e 作为第三代移动通信技术( 3 g ) 和第四代移动通信技术( 4 g ) 之间的一个过 渡，被业界称为“准4 g 技术。l t e 高频谱利用率、高峰值速率、高可靠性 传输、低延迟和全分组等目标，将会掀起移动通信领域的一场重大技术革新。 混合自动重传请求( h a r q ) 作为高可靠性数据传输的有效保障技术，对以 高速率、高可靠性数据传输、高服务质量( q o s ) 著称的未来移动通信系统至关 重要，也被列入l t e 关键技术之一。 本文基于l t e 协议，以h a r q 技术为研究核心，对h a r q 系统相关技术 一一信道编码技术和速率控制技术进行了研究；建立了基于l t e 的h a r q 系 统仿真平台，对h a r q 系统及其相关技术进行了仿真和分析，重点研究l t e 中h a r q 系统性能。 本文首先深入分析l t e 协议中h a r q 系统跨层设计机制，搭建了完整的 基于l t e 的h a r q 系统仿真平台，围绕加性高斯白噪声( a w g n ) 信道、c h a s e 合并和增量冗余( i r ) 方式，对协议支持的不同调制编码方式下i i 型a h r q 系统 和i i i 型h a r q 系统进行了性能仿真和分析。通过系统吞吐量、系统误帧率和 系统平均重传次数等性能仿真结果，衡量该h a r q 系统仿真平台性能。 接着本文研究了h a r q 系统相关技术一一信道编码技术，分析了l t e 协 议中规定的h a r q 系统t u r b o 编码器，介绍最大后验概率( m a p ) 译码、 l o gm a p 译码和m a xl o gm a p 译码原理。在此基础上，对l t e 中h a r q 系统信道编译码技术进行仿真，对不同迭代次数、不同数据帧长度条件下，译 码器性能进行仿真和分析，对不同译码算法译码器译码性能进行了对比。 最后本文研究了h a r q 系统相关技术一一速率控制技术，分析了l t e 协 议中速率控制技术机制，对l t e 协议中速率控制技术物理层实现即速率匹配 进行了详细的分析。在此基础上，对速率控制下信道编译码性能进行了仿真和 分析，对速率控制下h a r q 系统性能进行了仿真和分析。最后，本文建立了 的基于速率控制技术多用户多速率h a r q 系统仿真，得到了相应的仿真结果， 进行了适当的分析。 关键词：l i e ；h a r q ；c h a s e 合并；i r ；m a p ；速率控制 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t a tt h ee n do f2 0 0 4 ，l o n gt e r me v o l u t i o n ( l t e ) w a si n t r o d u c e du n d e rt h e3 r d g e n e r a t i o np a r t i o n s h i pp r o je c t ( 3g p p )f o rf u t u r em o b i l ec o m m u n i c a t i o nw i t hh i g h t r a n s m i s s i o nr a t ea n dr e l i a b i l i t y ，a sw e l la sn e ws e r v i c e s a st h el a s ts t e pt o w a r d t h e4 t hg e n e r a t i o n ( 4 g ) f r o mt h e3 r dg e n e r a t i o n ( 3 g ) o fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g i e s ，l t ei sw i d e l yr e c o g n i z e da sp r e 一4 gt e c h n o l o g yb yt h ei n d u s t r i a la n d a c a d e m i cc o m m u n i t y t h em a i na d v a n t a g e so fl t ea r eh i g hs p e c t r u me f f i c i e n c y ， h i g hp e a kd a t ar a t e ，l o wt r a n s m i s s i o nd e l a ya n df u l lg r o u p i n gs u p p o r t ，w h i c hw i l l m o s tl i k e l yl e a dt ol a r g e - s c a l et e c h n o l o g i c a lu p g r a d e si nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n h y b r i da u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t ( h a r q ) i sw e l lk n o w nf o ri t sh i g hd a t a r a t e ，h i g hr e l i b i l i t ya n dh i g hq o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) ，w h i c hp l a y sac r u c i a lr o l ei n b u i l d i n gt h ef u t h u r ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，a l s oi sm a r k e da so n eo ft h ek e y t e c h n o l o g i e si nl t e t h i st h e s i sw h i c hi sb a s e do nl t e p r o t o c o l ，i sc o n c e r n e dw i t hh a r qa n dt w o o t h e r t e c h n o l o g i e sr e l e v a n t t ot h eh a r qs y s t e m ：c h a n n e lc o d i n ga n dr a t e c o n t r 0 1 w i t ht h el t e b a s e ds i m u l a t i o np l a t f o r m ，t h et h e s i ss i m u l a t et h eh a r q s y s t e ma n dp r o v i d ed e t a i l e da n a l y s i sw i t hr e g a r dt ot h es i m u l a t i o nr e s u l t s ， p a r t i c u a r l yo nt h eh a r qs y s t e mp e r f o r m a n c ea n dt h ea b o v e m e n t e dt w or e l e v a n t t e c h n o l o g i e s f i r s t l y ，t h et h e s i s d i s c u s s e st h eh a r qc r o s s l a y e r d e s i g nm e c h n i s ma s p r e s e n t e di nl t ep r o t o c 0 1 t h e nw i t ht h eh a r qs y s t e ms i m u l a t i o np l a t f o r m ，t h e s y s t e mp e r f o r m c eo fh a r qs y s t e mw i l lb ee v a l u a t e du n d e rv a r i o u sc o n d i t i o n s ，a s d i f f e r e n tt y p eh a r qs y s t e m sl i k et h ei i t y p ea n di i i - t y p eh a r q s y s t e m ，d i f f e r e n t c o m b i n i n gm e t h o d s l i k ec h a s ec o m b i n i n ga n di r c o m b i n i n g ，v a r y i n gc o d e m o d u l a t i o n sa n do v e ra d d i t i v ew h i t eg a u s s i a nn o i s e ( a w g n ) c h a n n e lt h a ta r e s u p p o r t e db yl t ep r o t o c 0 1 t h e ne v a l u a t et h es y s t e mp e r f o r m a n c ei nt e r m so f s y s t e mt h r o u g h p u t ，s y s t e mf r a m ee r r o rr a t ea n ds y s t e ma v a r a g er e p e a t sn u m b e r n e x t ，t h et h e s i sa d d r e s s e st h ec h a n n e lc o d i n gt e c h n o l o g yt h a th a sb e e n o f f i c i a l l ya d o p t e di nt h eh a r qs y s t e m a l s o ，t h et h e s i sh a sab r i e fd i s c u s s i o n a b o u tt h et u r b oc o d e rs p e c i f i e di nl t ep r o t o c 0 1 t h e nt h et h e s i sh a sad i s c u s s i o m a b o u tt h em a x i m u ma p o s t e r i o r i ( m a p ) d e c o d i n ga l g o r i t h m ，l o g m a pd e c o d i n g a l g o r i t h ma n dm a x l o g m a pd e c o d i n ga l g o r i t h mt h e o r e t i c l a f t e r w a r d st h e 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 ii 页 t h e s i s s y s t e m a t i c a l l ys i m u l a t et h ec h a n n e lc o d i n g d e c o d i n ga l g o r i t h m s ，a n d e v a l u a t et h es y s t e m p e r f o r m a n c eo ft h ed e c o d e r sw i t hav a r y i n gn u m b e ro f i t e r a t i o n sa n dd a t af r a m el e n g t h ，a l s oc o n t r a s tt h e p e r f o r m a n c eo fd i f f e r e n t a l g o r i t h md e c o d e r s f i n a l l y ，ad i s c u s s i o no nt h er a t ec o n t r o lt e c h n o l o gi sp r e s e n t e d i np a r t i c u l a r ， d e t a i l e da n a l y s i so ft h ei m p l e m e n t a t i o no fr a t ec o n t r o lt e c h n o l o gi np h y s i c a ll a y e r ， r a t e m a t c h i n ga l g o r i t h m ，i sp r o v i d e d o nt h eb a s i so ft h ea n a l y s i s ，t h et h e s i s e v a l u a t e st h es y s t e mp e r f o r m a n c eo fc h a n n e lc o d i n g d e c o d i n ga l g o r i t h m sa n dt h e h a r qs y s t e mw h i c hh a sr a t ec o n t r o le n a b l e d i nt h i s p a r t ，t h et h e s i s a l s o s i m u l a t e sa n o t h e rh a r qs y t e mw h i c hi sb a s e do nas i m p l er a t ec o n t r o la l g o r i t h m a n dh a sm u l t i u s e rm u l t i r a t e s u p p o r t e d b r i e fq u a n t i t a t i v ea n a l y s i so ft h e s i m u l a t i o nr e s u l t sw i l lb ea l s op r o v i d e d k e y w o r d s ：l t e ；h a r q ；c h a s ec o m b i n i n g ；i r ；m a p ；r a t em a t c h i n g 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； ， 2 不保密囤，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：多级 指导剥磁孙 r 期：f 矿， 同期： 【习春听 f 硼口牛 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： ( 1 ) 深入研究3 g p pl t e 协议中h a r q 系统跨层设计原理，分析l t e 协议 中r l c 层、m a c 层和物理层h a r q 技术设计机制。对l t e 协议中h a r q 技 术进行了分类，为该技术潜在的合并方式、编译码方式进行了阐述。 ( 2 ) 根据l t e 协议，建立基于l t e 的h a r q 系统仿真平台，对l t e 协议中 h a r q 系统性能进行仿真，包括：c h a s e 合并h a r q 系统和i r 合并h a r q 系统性能，i i 型h a r q 系统和i i i 型h a r q 系统性能，不同数据帧长h a r q 系 统性能，不同调制方式下h a r q 系统性能。通过对该仿真平台h a r q 系统吞 吐量、系统误帧率和系统平均重传次数的仿真结果进行深入分析，研究l t e 中h a r q 系统性能，达到深入剖析l t e 中h a r q 技术的目的。 ( 3 ) 信道编码技术是h a r q 系统相关技术之一，对h a r q 系统性能有重要 影响。本文对l t e 协议中h a r q 系统使用的道编码技术进行了深入研究。主 要分析了l t e 中h a r q 系统t u r b o 编码器结构和t u r b o 译码器原理，介绍基 于最大后验概率( m a p ) 译码算法、l o gm a p 译码算法和m a xl o gm a p 译 码算法原理。本文还对l t e 中h a r q 系统信道编码技术进行了仿真，对不同 迭代次数和不同数据帧长度条件下，译码器译码性能进行仿真和分析，对不同 译码算法译码器的译码性能进行了对比。 ( 4 ) 速率控制技术是h a r q 系统相关技术之一，对h a r q 系统性能有重要 影响。本文对l t e 协议中速率控制技术机制进行了阐述，对l t e 协议中速率 控制技术物理层实现( 即速率匹配) 进行了详细的分析，对速率匹配的编码器输 出子块交织器、比特收集与虚拟循环缓存器和比特筛选与剪裁三大实现部分进 行了详细的分析和设计。在此基础上，对速率控制下的信道编译码性能进行了 仿真和分析；另外，对速率控制下的h a r q 系统性能进行了仿真和分析。最 后，本文建立了基于速率控制技术的多用户多速率h a r q 系统仿真。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在 文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本 人承担。 学位论文作者签名：场数 同期： 。吖0 7 z 吖f 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 移动通信诞生以来，以其影响之广泛，发展之快速，规模之庞大而著称。 移动通信在信息社会中扮演着不可替代的重要角色，也是通信领域关注的前景 最为广阔焦点之一。目前，以高速率、高容量、高可靠性等为主要特点的第四 代移动通信技术呼之欲出，不久将实施商用。 本章简要介绍了本文研究背景移动通信技术发展，讨论了l t e ( l o n gt e r m e v o l u t i o n ) 协议的进展以及l t e 的性能特征和关键技术；最后介绍了本文研究 核心内容和主要工作，给出了本文的结构安排。 1 1 研究背景 18 9 7 年，m a r c o n i 在固定站与一艘拖船之间所做跨越大西洋无线电通信实 验的成功完成奠定了移动通信的基础【l 】。目前，移动通信经过百年的发展已经 历了三代，并且第四代移动通信技术标准协议正在制定中，不久将实施商用。 上世纪七十年代中期到八十年代中期，以频分复用、模拟调制、蜂窝组网 技术为核心的第一代移动通信系统基本形成，以美国贝尔实验室研制的 a m p s ( a d v a n c e d m o b i l ep h o n e s y s t e m ) 、英国的t a c s ( t o t a l a c c e s s c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ) ，北欧的n m t ( n o r d i cm o b i l et e l e p h o n y ) 、日本的 n a m t s ( n e sa d v a n d e dm o b i l et e l e p h o n es y s t e m ) 为典型代表。随着第一代移动 通信商业化的进行，频谱利用率低、业务有限、速率低、保密差和成本高等一 系列弊端显露出来了，为了解决这些弊端，数字通信技术应运而生，逐渐发展 成为以欧洲g s m ( g l o b a ls y s t e m f o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 和美国 i s 9 5 ( c d m a ) ，d a m p s ( d i g i t a la m p s ) 系统为典型代表的第二代移动通信系统。 第二代移动通信系统主要以语音和低速数据业务为主要目的，采用蜂窝组网技 术，因此也被称为窄带数字蜂窝通信系统。上世纪末，随着支持较高数据传输 业务需求，出现了以g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 和i s 9 5 b ( c d m a ) 为 代表的2 5 g 移动通信系统。为了解决用户数量、高速数据传输和多媒体业务 以及网络发展和第二代移动通信系统之间矛盾，1 9 8 5 年国际电信联盟 ( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ，i t u ) 提出了第三代移动通信系统概念 即f p l m t s ( f u t u r ep u b l i cl a n dm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ) ，后期更名 为i m t 2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o ms y s t e m 2 0 0 0 ) 。2 0 0 4 年，i t u 确立了 美国的c d m a 2 0 0 0 ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s2 0 0 0 ) ，欧洲的w c d m a ( w i d e b a n dc d m a ) 和中国的t d s c d m a ( t i m ed i v i s i o n s y n c h r o n o u sc d m a ) 为 3 g ( 3 坩g e n e r a t i o n ) 标准；2 0 0 7 年，i t u 又增加了美国的w i m a x ( w o r l d w i d e 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 i 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 ) 为3 g 标准。目前，3 g 网络已经在日本、 欧洲、美国、中国等国家商业运营 2 - 4 】。 为了满足未来全球移动通信需求，i t u 又启动了i m t - a d v a n c e d ( i n t e r n a t i o n a l m o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s y s t e m s a d v a n c e d ) 即 4 gf 4 m g e n e r a t i o n ) 移动通信系统，将使用o f m d a ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s ) 、m i m o ( m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t ) 和智能天线等关键技 术。4 g 将有通信速度更快，网络频谱更宽，通信更加灵活，智能性能更高， 兼容性能更平滑，提供各种增值服务，实现更高质量的多媒体通信，频率使用 效率更高，通信费用更加便宜等优点【5 】。目前，4 g 标准候选将围绕来自中国、 日本、韩国、3 g p p ( 3 r dg 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 ) 和i e e e ( i n s t i t u t eo f e l e c t r i c a la n de l e c t r o n i c se n g i n e e r s ) 提交的6 项技术标准，包含l t e a d v a n c e d 和8 0 2 16 m 两种技术，包含t d d ( t i m ed i v i s i o nd u p l e x i n g ) 和f d d ( f r e q u e n c y d i v i s i o nd u p l e x ) 两种制式等。 1 23 g p pl t e 现状及其协议介绍 l t e 项目是3 g 的演进，被业界称为“准4 g ”技术或3 9 g 技术，是3 g p p 组织于2 0 0 4 年立项。l t e 是3 g 技术与4 g 技术的一个过渡，将采用o f d m 和 m i m o 作为无线网络演进核心技术。 1 2 1l t e 协议进展 2 0 0 4 年12 月，3 g p p 正式成立了长期演进( l t e ) 项目，3 g p p 将l t e 研究 工作流程分为两个阶段：s i ( s t u d yi t e m ) 研究阶段和w i ( w o r ki t e m ) i 作阶段。 s i 阶段以研究形式确定l t e 的基本架构和主要技术，以l t e 的可行性和需求 为主要研究对象，由r a n l 工作组、r a n 2 工作组、r a n 3 工作组和r a n 4 工 作组负责。w i 阶段任务为l t e 标准制定，由s a 2 工作组牵头r a n 3 工作组配 合。2 0 0 6 年9 月，3 g p p 在延期三个月后完成了l t e 的s i 阶段，输出了l t e 需求分析报告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 r 2 5 813 ，r a n 3 研究报告r 3 0 18 等一系列报告，之后进入了w 1 阶段。2 0 0 8 年 l2 月，3 g p p 在延期一年半后基本完成了l t e 的w i 阶段，输出了t s3 6 系列 的三十多个r 8 ( r e l e a s e8 ) 版本标准协议，r 8 版本标准协议中遗留问题，将会 在r 9 版本标准协议继续解决【6 ，”。目前，l t e 实验网络已有部署，大规模部署 和商业化预计在2 010 年后才会开始。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 2 2l t e 性能及其特征 l t e 是3 g p p 对现有3 g 通信技术的演进，作为3 g 技术和4 g 技术的一个 过渡协议，3 g p p 在t r2 5 9 13 协议中给出了对l t e 系统性能、技术特征等需 求和性能指标。具体内容包括【8 】： ( 1 ) 峰值数据速率：系统带宽2 0 m h z 下，支持下行最高峰值速率1 0 0 m b p s 、 上行最高峰值速率5 0 m b p s ；频谱效率下行最高达到5 b p s h z 、上行最高达到 2 5 b p s h z ；提高小区边缘传输速率。 ( 2 ) 控制面：从驻留状态到激活状态包括下行寻呼和n a s ( n o na c c e s s s t r a t u m ) 信号延迟时延低于1 0 0 m s ，从休眠状态到激活状态时延低于5 0 m s ；系 统支持每个小区接入大量激活状态用户，在5 m h z 带宽下，小区支持至少2 0 0 个用户同时处于激活状态；在提供更高系统带宽条件下，小区支持至少4 0 0 个 用户同时处于激活状态；并且支持大量用户处于驻留和休眠状态。 ( 3 ) 用户面：零负载、小i p 包如单用户、单数据流条件下，时延低于5 m s 。 ( 4 ) 用户吞吐量：下行用户平均吞吐量达到r 6 版本h s d p a ( h i g hs p e e d d o w l i n kp a c k e ta c c e s s ) 的3 倍到4 倍，上行用户平均吞吐量达到r 6 版本h s d p a 的2 倍到3 倍；且上、下行每m h z 吞吐量在5 的c d f ( c u m u l a t i v ed i s t r i b u t i o n f u n c t i o n ) ，为r 6 版本h s d p a 的2 倍到3 倍。 ( 5 ) 频谱利用率：频谱利用率大大提高，下行达到r 6 版本h s d p a 的3 倍 到4 倍，上行达到r 6 版本h s d p a 的2 倍到3 倍。 ( 6 ) 移动性：0 1 5 k m h 低速提供性能优化，1 5 k m h 1 2 0 k m h 中速移动支持 高性能，12 0 k m h 一3 5 0 k m m 高速保证蜂窝网络移动性，且某些频段支持 5 0 0 k m h 。 ( 7 ) 覆盖：小区半径5 k m 以内，应该满足前面定义的性能；小区半径3 0 k m 以内，将允许在前面定义的性能基础上分别有适当的降低；不排除小区半径达 到10 0 k m 。 ( 8 ) 增强型m b m s ( m u l t i m e d i ab r o a d c a s tm u l t i c a s ts e r v i c e ) ：为降低终端设 备复杂度，应和单波操作采用相同的调制、编码和多址接入方法；同时支持语 音和m b m s 服务；同时支持数据和m b m s 服务；支持频谱非对称使用的非对 称m b m s 操作。 ( 9 ) 频谱配置灵活性：支持多种系统频谱配置，如支持1 2 5 m h z ，1 6 m h z ， 2 5 m h z ，5 m h z ，l0 m h z ，l5 m h z ，2 0 m h z 多种频谱配置，支持下行模式和上 行下行模式的广播传输，支持对称和非对称频谱配黄；支持灵活的频谱集合 配置。 ( 10 ) 频谱部署：相同地域或临近信道g e r a n ( g s me d g er a d i oa c c e s s 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 n e t w o r k ) 3 g 共存，相同地域和临近信道频谱操作共存，边界频谱重叠共存， e u t r a ( e v o l v e d u n i v e r s a lt e l e c o m m u n i c a t i o nr a d i oa c c e s s ) 可独立管理，频段 能按照独立频段原则释放。 ( 1 1 ) 与 3 g p p 中 r a t ( r a d i o a c e s s t e c h n o l o g y ) 共存与互操作： e u t r a n ( e v o l v e d u n i v e r s a lt e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s s ) 终端支持u t r a n 和 g e r a n 测量操作；e u t r a n 和u t r a n 实时业务切换时延低于3 0 0 m s ，非实 时业务切换中断时延低于5 0 0 m s ；e u t r a n 和g e r a n 实时业务切换时延低 于3 0 0 m s ，非实时业务切换中断时延低于5 0 0 m s 。 ( 12 ) 系统架构：支持单一e u t r a n 体系结构；支持基于分组的实时业务 和会话；最大限度避免单点失败；支持r n l ( r a d i on e t w o r kl a y e r ) 和 t n l ( t r a n s p o r tn e t w o r kl a y e r ) 交互；支持端到端的q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) ， 支持多因素综合计量q o s ；降低延迟。 ( 1 3 ) 无线资源管理：支持增强型端到端的q o s ；支持高效上层传输；支持 负载均衡和策略管理的多种无线接入技术。 ( 1 4 ) 复杂度要求：降低整个系统的复杂度，降低u e ( u s e re q u i p m e n t ) 终端 设备复杂度。 ( 15 ) 总体要求：优化回传、简化e u t r a n 体系结构、接口兼容、优化降 低u e 复杂度、更有效和容易使用o a m & p ( o p e r a t i o n s ，a d m i n i s t r a t i o n ， m a i n t e n a n c e ，a n dp r o v i s i o n i n g ) 的成本控制：支持多种多样的业务如上网、 f t p ( f i l et r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 、v o l p ( v o i c eo v e ri n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 、网络视频等业 务相关要求。 1 2 3l t e 关键技术介绍 为了达到l t e 低延迟、高速率、高可靠性数据传输，提高系统容量，增 大系统覆盖范围和低成本等一系列需求，3 g p p 在l t e 标准协议制定过程中采 纳了一系列相应的技术。这些技术包括【9 川，3 2 ，3 3 】： ( 1 ) 传输与多址接入技术：l t e 系统物理层下行链路传输和下行多址接入技 术采用o f d m a ，而为了降低上行峰均比，物理层上行链路传输和上行多址接 入技术采用s c f d m a ( s i n g l ec a r r i e r - f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 。 ( 2 ) m i m o 技术：l t e 支持下行2 1 、2 2 、4 2 、4 4 和上行l 2 的 m i m o 。l t e 采用s f b c ( s p a c e f r e q u e n c yb l o c kc o d e s ) 发射分集、b l a s t ( b e l l l a b sl a y e r e ds p a c e t i m e ) 空间复用、预编码技术、s u m i m o ( s i n g l eu s e r m i m o ) 、m u m i m o ( m u l t iu s e rm i m o ) 、波束成形等m i m o 技术。 ( 3 ) 工作模式：l t e 支持f d d 、t d d 和半双工f d d 模式。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 ( 4 ) 编码与调制：l t e 中使用重复编码、卷积码和t u r b o 码；t u r b o 编码用 在上下行共享信道，卷积码主要用于上、下行控制信道等；支持b p s k ( b i n a r y p h a s es h i f tk e y i n g ) 、q p s k ( q u a d r a t u r ep h a s es h i f tk e y i n g ) 、16 q a m ( q u a d r a t u r e a m p l i t u d em o d u l a t i o n ) 和6 4 q a m 调制方式，采用a m c 技术，实现链路自适应 调制编码。 ( 5 ) h a r q ( h y b r i da u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t ) 技术：l t e 使用基于前向纠错 ( f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n ，f e c ) 和自动请求重传( a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t ， a r q ) 相结合得差错控制方法，来降低系统误码率、提高系统吞吐量以确保可 靠数据传输，这就是h a r q 技术。l t e 采用两层重传机制即r l c ( r a d i ol i n k c o n t r 0 1 ) 层的a r q 技术和m a c ( m e d i u ma c c e s sc o n t r 0 1 ) 层的h a r q 技术，来达 到更高的性能。 ( 6 ) 随机接入技术：l t e 支持非同步随机接入和同步随机接入两种，采用基 于资源预留的s l o t t e da l o h a 协议，主要目的是上行定时同步校正、用户功率 调整和用户资源请求申请等。 ( 7 ) 功率控制技术：由于l t e 系统下行链路使用o f d m a ( 上行链路 s c f d m a ) 技术，下行链路功率控制对系统性能影响不是很大，因此下行做半 静态功率控制；上行链路干扰呈现频率选择性，因而采用慢功控。 ( 8 ) 小区搜索技术：l t e 规定小区搜索在系统带宽中心频域1 2 5 m h z 频带 内进行。 ( 9 ) 小区干扰抑制：l t e 干扰抑制技术主要有发射信号加扰技术、小区干扰 随机化技术、小区干扰抵消技术和小区干扰协调技术。 ( 1o ) m b m s 技术：l t e 中支持m b m s 以支持更高速率多媒体业务。 1 3 本文研究内容与论文结构 1 3 。1 本文的研究内容 本文主要研究r 8 版本l t e 标准协议h a r q 技术及其相关技术性能和特 点，主要内容包括： ( 1 ) 深入研究3 g p pl t e 协议中h a r q 系统跨层设计原理，分析l t e 中r l c 层、m a c 层和物理层h a r q 技术设计机制。 ( 2 ) 搭建基于l t e 的h a r q 系统仿真平台，重点研究l t e 的h a r q 系统性 能包括：c h a s e 合并h a r q 系统和i r ( i n c r e m e n t a lr e d u n d a n c y ) 合并h a r q 系 统性能，i i 型h a r q 系统1 1 i 型h a r q 系统性能，不同数据帧长h a r q 系统性 能，不同调制方式下h a r q 系统性能；从系统吞吐量、系统误帧率和系统平 均重传次数等件能全而考察该仿真平台h a r q 系统性能。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 ( 3 ) 研究l t e 中h a r q 系统相关技术一一信道编码技术，深入分析l t e 中 h a r q 系统t u r b o 编码器结构、l o gm a p 译码器和m a xl o gm a p 译码器 原理，并进行仿真。对不同迭代次数和不同数据帧长度条件下，译码器性能进 行了仿真和分析，对l o gm a p 译码和m a xl o gm a p 译码性能进行了对比。 ( 4 ) 研究l t e 中h a r q 系统相关技术一一速率控制技术，分析了速率控制 技术在l t e 协议中实现原理，对速率控制对译码器性能影响和速率控制对 h a r q 系统性能影响进行了仿真和分析。最后，建立基于速率控制技术多用户 多速率h a r q 系统模型，给出了仿真结果和分析。 1 3 2 论文结构安排 本文主要内容以及论文结构安排如下： 第一章绪论，主要介绍了本课题研究背景移动通信技术概况；之后介绍了 3 g p pl t e 的研究现状、协议进展情况、关键技术等；最后介绍本课题的内容 以及论文组织结构。 第二章介绍混合自动重传请求( h a r q ) 的基本原理，从h a r q 技术分类、 h a r q 系统中编码技术和h a r q 重传合并技术三方面对混合自动重传请求技 术进行了全面的介绍。 第三章首先深入剖析r 8 版本l t e 协议h a r q 系统跨层设计原理，分析 r l c 层a r q 机制，m a c 层h a r q 机制和物理层的h a r q 机制的支持和实现； 然后根据r 8 版本l t e 协议h a r q 系统原理和特点，搭建h a r q 系统仿真平 台，分析该平台系统结构和关键模块；最后通过系统吞吐量、系统误帧率和系 统平均重传次数三方面分析该系统仿真平台的性能。 第四章分析l t e 中h a r q 系统的信道编、译码原理，首先分析了h a r q 系统t r u b o 编码器原理，详细分析t u r b o 编码器中的级联卷积码和交织器等技 术；然后，分析h a r q 系统t u r b o 解码器原理，介绍基于最大后验概率( m a p ) 译码算法、l o gm a p 译码算法和m a xl o gm a p 译码算法理论，介绍了 l o gm a p 译码器和m a xl o gm a p 译码器实现过程；最后，仿真l t e 中 h a r q 系统信道编、译码性能，对仿真结果进行了分析。 第五章主要研究l t e 中h a r q 系统速率控制技术，首先详细分析了h a r q 系统中速率控制技术原理，对该技术的实现方案进行了详细的阐述；然后，根 据仿真结果，分析了速率控制技术对h a r q 系统编、译码器性能的影响、对 h a r q 系统性能的影响和多用户多速率h a r q 系统的性能。 第六章对本课题内容做了一个简单总结，在此基础之上提出进一步工作方 向和展望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章h a r q 技术基本原理 本章首先介绍了h a r q 技术基本原理及研究现状；然后，讨论了h a r q 技术分类及特点，对h a r q 系统常用编译码技术进行了介绍；最后，着重分 析了两种h a r q 重传合并技术原理和特点。 2 1 h a r q 技术简介 为了降低移动通信信道时变性和多径衰落造成的较高误码率，提高系统吞 吐量，提高数据传输可靠性，确保服务质量( q o s ) ，差错控制技术应运而生。 传统的差错控制技术有自动请求重传( a r q ) 和前向纠错( f e c ) 等 1 2 a 3 】。a r q 原 理：接收端接收到数据帧后，根据检验接收到数据帧是否正确，产生相应反馈 信息a c k n a c k ( a c k n o w l e d g