TDLTE无线网络规划关键技术研究---优秀毕业论文 参考文献 可复制黏贴.pdf

单位代码 10293 密 级 硕 士 专 业 学 位 论 文 论文题目 td lte 无线网络规划关键技术研究 y201092316 张斌 李飞 教授 金泓 企业导师 工程硕士 全日制 在职 电子与通信工程 二零一二年三月 学号 姓名 导师 专业学位类别 类型 专业 领域 论文提交日期 南京邮电大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个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的地方外 论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得南京邮电大学或其它 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 本人学位论文及涉及相关资料若有不实 愿意承担一切相关的法律责任 南京邮电大学学位论文使用授权声明 本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子文档 允许论文被查阅和借阅 可以将学位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 缩印或扫描等复制手段保存 汇编本学位论文 本文电 子文档的内容和纸质论文的内容相一致 论文的公布 包括刊登 授权南京邮电大学 研究生院 筹 办理 涉密学位论文在解密后适用本授权书 研究生签名 日期 研究生签名 导师签名 日期 南南南南 京京京京 邮邮邮邮 电电电电 大大大大 学学学学 硕士学硕士学硕士学硕士学位论文摘要位论文摘要位论文摘要位论文摘要 学科 专业 工学 电子与通信工程 研 究 方 向 无线通信技术 作 者 张斌 指 导 教 师 李飞 教授 金泓 企业导师 题 目 td lte 无线网络规划关键技术研究 英 文 题 目 research on key technology of td lte wireless network planning 主 题 词 网络规划 覆盖估算 容量估算 参数设计 keywords network planning coverage estimation capacity estimation parameter design 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 摘要 i 摘摘摘摘 要要要要 无线网络规划是无线通信网络建设过程重要的开始环节 决定了无线通信网络的建设 能否科学地进行 本文重点讨论 td lte 无线网络规划的方法和内容 主要涉及 td lte 无线网络规划的流程和关键技术 首先 通过对 td lte 无线网络中 ofdm 多天线技术和物理层关键技术的研究 本 文给出了相关技术在 td lte 无线网络规划中的应用方法 为 td lte 无线网络规划的研 究提供了必要的理论基础 其次 根据 td lte 系统的技术特点 借鉴 td scdma 无线网络规划的流程 本文 给出了一种 td lte 无线网络规划的方法流程 td lte 无线网络规划主要包括 5 个阶段 需求分析 网络规模估算 站址规划 无线参数规划 网络仿真 最后 研究了 td lte 无线网络规划流程中各个部分的关键技术 包括规划目标的确 定 传播模型的分析 覆盖和容量的估算 无线网络参数的分析设计以及仿真流程的设计 其中重点研究内容为覆盖和容量的估算 本文详细设计了 td lte 无线网络规划中覆盖和 容量估算的方法步骤 并以实际的例子计算了覆盖半径 上下行链路可调度用户数 系统 峰值速率和 voip 用户数等指标 得出了参考配置下 td lte 系统覆盖的受限信道 控制信 道容量 以及峰值速率等 关键词关键词关键词关键词 网络规划 覆盖估算 容量估算 参数设计 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 abstract ii abstract wireless network planning is an important link in the beginning of the wireless communication network construction process which decides the construction of wireless communication network whether scientific this paper focuses on the method and content of the td lte wireless network planning mainly involves in the planning process and key technologies of td lte wireless network first by research on the ofdm multi antenna technology and key technology of physical layer in td lte system this paper presents the application method of related technologies for the td lte wireless network planning which provides the necessary theoretical basis for the study of td lte wireless network planning secondly according to the technical characteristics of the td lte system learning the process of td scdma wireless network planning this paper presents a process of td lte wireless network planning the td lte wireless network planning mainly consists of five phases requirement analysis network size estimation site planning parameter design and system simulation finally it researches the key technologies in many part of td lte wireless network planning process including determination of planning objective analysis of the propagation model the estimation of coverage and capacity the parameter design of wireless network and the design of simulation process in which the mainly content are coverage estimation and capacity estimation this paper designs the method and step for coverage estimation and capacity estimation in detail and based on the actual example calculates the coverage radius scheduling subscriber capacity in uplink and downlink the system peak data rate and voip users capacity and obtains the coverage limited channel under the reference configuration of td lte system control channel capacity and peak date rate etc key words network planning coverage estimation capacity estimation parameter design 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 目 录 iii 目目目目 录录录录 摘 要 1 abstract ii 目 录 iii 第一章 绪论 1 1 1 研究 td lte 网络规划的意义 1 1 2 td lte 系统概述 2 1 2 1 移动通信系统发展与演进 2 1 2 2 td lte 标准化历程 2 1 2 3 td lte 系统需求 3 1 2 4 td lte 系统架构 3 1 3 td lte 网络规划特点 4 1 3 1 td lte 覆盖规划特点 4 1 3 2 td lte 容量规划特点 5 1 3 3 td lte 参数规划特点 5 1 4 论文的内容和结构 6 第二章 td lte 系统物理层关键技术 8 2 1 td lte 的 ofdm 技术 8 2 1 1 ofdm 基本原理 8 2 1 2 ofdm 信号处理过程 9 2 1 3 ofdm 技术特点及主要优缺点 9 2 1 4 td lte 系统的上下行多址方式 10 2 2 td lte 的多天线技术 10 2 2 1 mimo 技术简介 10 2 2 2 分集与空间复用技术 11 2 2 3 td lte 系统的多天线技术 11 2 3 td lte 物理层概述 13 2 3 1 帧结构 13 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 目 录 iv 2 3 2 物理层资源块 14 2 3 3 物理层信道和物理信号 15 2 4 本章小结 16 第三章 td lte 无线网络规划总体技术研究 17 3 1 无线网络规划概述 17 3 1 1 规划目标 17 3 1 2 规划流程 18 3 2 无线网络规划基础数据信息 20 3 2 1 社会 地理环境等信息数据取定方法 20 3 2 2 区域划分 21 3 2 3 用户预测 23 3 2 4 业务预测 23 3 3 传播模型分析 24 3 4 覆盖估算 26 3 4 1 极限覆盖范围分析 26 3 4 2 链路预算研究思路 28 3 4 3 链路预算参数的研究 28 3 4 4 链路预算原理 30 3 4 5 覆盖半径估算 32 3 5 容量估算 34 3 5 1 容量估算指标分析 34 3 5 2 容量估算研究思路 35 3 5 3 上行控制信道容量估算 36 3 5 4 下行控制信道容量估算 45 3 5 5 业务信道容量估算 52 3 6 站址规划 56 3 7 本章小结 58 第四章 td lte 无线网络规划性能分析 59 4 1 频率分析 59 4 1 1 频率使用方案 59 4 1 2 中移动频率情况 60 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 目 录 v 4 1 3 实验网频率方案 60 4 2 无线参数设计 61 4 2 1 td lte 无线网络设备参数配置 61 4 2 2 pci 码资源规划 62 4 2 3 邻区规划 62 4 3 干扰分析 62 4 3 1 系统内干扰分析 62 4 3 2 系统间干扰分析 65 4 4 仿真分析 67 4 4 1 无线网络仿真流程 67 4 4 2 无线网络仿真软件 68 4 5 本章小结 69 第五章 论文的总结和展望 70 5 1 论文的总结 70 5 2 论文的展望 70 参考文献 72 致 谢 75 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 第一章 绪论 1 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 1 1 研究研究研究研究 td lte 网络规划的意义网络规划的意义网络规划的意义网络规划的意义 新一代宽带无线移动通信技术长期演进 38 long term evolution lte 作为无线通 信的主流发展方向 已经受到各国政府及运营商的关注 td lte 是 lte 标准的 tdd 双工 模式版本 目前 3g 网络的建设日趋成熟 全球无线通信已经向准 4g 技术 lte 发展 北 欧 日本韩国等国家已经在部分城市商用了 td lte 网络 而且越来越多的国家和运营商 承诺建设 td lte 网络 其中最大的运营商当属中国移动 由于中国移动 3g 技术标准 td scdma 完善程度较其他 2 个标准有差距 所以中国移动希望建设 td lte 网络来缓解 越来越多的数据业务压力 随着通信技术的发展 我国三大无线网络运营商中国移动 中国联通和中国电信分别 获得了 3g 标准技术中的 td scdma wcdma 和 cdma2000 的运营和建设任务 目前 中国联通计划将 wcdma 网络升级到 28 8mbps 的 hspa 中国电信计划将 cdma2000 网络升级到 9 3mbps 的 evdo rev b phase 1 中国移动计划直接将 td scdma 演进升级 到 td lte 3g 时代 受 td scdma 技术特性 产业链规模能力等因素的影响 td scdma 在覆盖成本 传输速率 无线带宽 用户体验 运营成本方面同竞争对手相比均存在着一 定的劣势 td lte 在大带宽高速率方面的优势为中国移动提供了新的契机 13 现阶段 td lte 产业链初步具备了端到端产品的能力 但网络设备和终端芯片等功能 均有待完善 性能有待进一步优化 从国内外网络发展的规律和经验来看 若要进一步缩 短产品成熟周期 推进 td lte 产业链尤其是终端产品尽快成熟 加速商用化进展 应该 加快 td lte 整个产业发展的步伐 为此 2011 年中国移动在广州 上海 杭州 南京 深圳 厦门 6 个城市进行了 td lte 规模试验网络的建设 目前取得了一定的建设部署经 验 并计划下一步继续扩大试验网建设的规模 以期获得更大规模建设 td lte 网络的经 验 为将来规模商用做好铺垫 13 目前尚无完善的方法论支撑 td lte 无线网络的规划建设 只能基于 td lte 系统物 理层技术的特点 借鉴 td scdma 无线网络的规划方法 在实际网络建设中逐渐完善规 划建设方法 因此 根据 td lte 系统的特点 研究无线网络规划中的关键技术可以为目 前试验网和将来商用网的建设提供理论分析基础 使 td lte 无线网络的建设能够科学地 进行 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 第一章 绪论 2 1 2 td lte 系统概述系统概述系统概述系统概述 1 2 1 移动通信系统发展与演进 简单概括 通信技术的发展可概括为 3 个 p 到 p 通信技术从早期的 place to place 电话通信时代 发展到了 people to people 移动通信阶段 未来向着 point to point 点 到点 发展 其中移动通信技术是 20 世纪末促进人类社会飞速发展的最重要的技术之一 给人们的生活方式 工作方式带来了巨大的影响 移动通信虽然只经历了 30 年的发展时 间 却发展十分迅猛 到现在已经经历了四代的移动通信技术 1 图 1 1 简单描述了四代 移动通信技术的发展过程 10 kbit s 200 kbit s 300 10 kbit smbit s50 mbit s100mbit s 峰值频谱效率 5bit s hz 以 fdd 模式运行 在 20m 带宽 2 2 空分复用 小区平均频谱效率 1 6 2 1bit s hz cell 2 2 空分复用 干扰抑制接收机 小区边缘频谱效率 0 01 0 06bit s hz user 如上 假定每小区 10 用户 下 行 广播频谱效率 1bit s hz 广播模式使用专用载波 峰值传输速率 50mbit s 峰值频谱效率 2 5bit s hz 以 fdd 模式运行在 20m 带宽单天线传输 小区平均频谱效率 0 66 1 0bit s hz cell 单天线传输 干扰抑制接收机 上 行 小区边缘频谱效率 0 02 0 03bit s hz cell 如上 假定每小区 10 用户 用户平面时延 10ms 连接建立时延 60 sessions mhz cell 1 2 4 td lte 系统架构 从整体上 td lte 系统架构仍然分为两部分 演进后的核心网 epc 和演进后的接入 网 e utran 3 如图 1 3 所示 与 3g 无线网络相比 td lte 省略了 rnc 网元 仅由 enode b 组成 提供到 ue 的 e utran 控制平面与用户平面的协议终止点 22 enode b 之间通 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 第一章 绪论 4 过 x2 接口相连 enode b 通过 s1 接口与 epc 相连 23 其中 enode b 与 mme mobility management entity 相连的接口叫 s1 mme enode b 与 s gw serving gateway 相连的 接口叫 s1 u 与 3g 系统的网络架构相比 接入网仅包括 enode b 一种逻辑节点 网络架 构中节点数量减少 网络架构更加趋于扁平化 1 enb mme s gwmme s gw enb enb x2 x2 x2 e utran 图 1 3 td lte 系统结构 1 3 td lte 网络规划特点网络规划特点网络规划特点网络规划特点 网络规划分为核心网规划和无线接入网规划 9 本文主要研究的是无线接入网规划部 分 也被称为无线网络规划 无线网络规划主要任务是根据无线接入网的技术特点 射频 要求 无线传播环境等条件 运用一系列规划方法 设计出合适的基站位置 基站参数配 置 系统参数配置等 以满足网络的覆盖 容量和质量的要求 td lte 作为新兴的 4g 移 动通信系统 有它独有的技术特点 可以说采用 tdd 双工模式 以及 ofdm 和 mimo 结 合的物理层技术 决定了 td lte 无线网络规划的大部分方法 为了满足前面章节 lte 网络的需求分析 本小节将从覆盖 容量及参数规划等方面对 td lte 的网络规划特点进行简单的叙述 1 3 1 td lte 覆盖规划特点 td scdma 系统中业务信道采用专用信道方式 直接通过链路预算方式就可计算出每 种业务的最大允许路径损耗 进而得到覆盖范围 而 td lte 系统中业务信道均是共享方 式 这就需要先确定小区边缘用户的最低保障速率 根据速率要求和资源分配进行链路预 算 再得到覆盖范围 另外 td lte 中的多天线技术选用何种模式也会对覆盖产生直接 的影响 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 第一章 绪论 5 td lte 的覆盖规划首先需要设定链路预算的系统配置 如系统带宽 每小区用户数 天线模式等 在此基础上 确定小区边缘用户的保障速率 并由此确定边缘用户所分配到 的 rb 数 然后通过确定系统平均带宽开销可以折算得到每个 rb 所需要承载的 bit 数 从 而确定需求的 sinr 作为接收机信号强度预算的输入值 sinr 是覆盖估算中最关键的参 数 覆盖估算的过程主要是根据系统的要求和配置 确定发射机参数 接收机参数 以及 附加损耗参数 得到信道最大路径损耗 再代入无线传播模型 最后计算出信道的覆盖半 径 1 3 2 td lte 容量规划特点 对于任何无线通信系统 频率资源都是系统容量最根本的决定因素 在有限的频带 通过物理层关键技术提高频谱利用率 增加系统容量是无线通信系统关键之所在 在 td lte 系统中 采用了 ofdm mimo 等新技术 用户可以从时域 频域 空域和码域 复用空中接口资源 在确定的频带内 td lte 系统的容量与时频分割的物理资源块数 资源单元数相关 在空域与无线信道环境 天线配置 天线发射端口数 p 及 mimo 数 据流数相关 扩频调制信道与可用码资源相关 td lte 空中接口分为控制面及用户面 控制面信道承载物理层上下行控制信息和高 层信令信息 其容量与信道资源配置 信道格式 接入及调度算法相关 用户面承载用户 上下行业务数据 其容量与业务信道资源配置 业务质量要求 qos 编码调制方式 mcs 无线信道传播环境相关 综上所述 td lte 系统容量分析具有以下特点 1 空中接口物理资源是系统容量决定因素 包括 系统带宽 天线配置 系统帧 结构及时隙配比 控制信道与业务信道配置等 2 具有不确定性 系统调度算法 信道调制编码方式 mimo 数据流数与业务质 量要求 信道环境 干扰水平等时变因素密切相关 动态地变化 3 网络硬件的处理能力对于系统容量的影响不可忽视 因此 对于 td lte 系统的容量分析应客观根据时变条件对网络的影响 在理论估算 系统容量的基础上 通过网络统计或系统仿真的方式进行调整修正 逼近网络实际容量 1 3 3 td lte 参数规划特点 td lte 无线网络参数规划主要包括 邻区规划 频率规划和 pci 码资源规划 13 邻区规划 与 td scdma 系统邻区规划原理基本一致 综合考虑各小区的覆盖范围 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 第一章 绪论 6 及站间距 方位角等进行规划 频率规划 频率规划和无线网络中存在的干扰息息相关 td lte 小区内部由于 ofdm 技术特点 严格同步时小区内干扰较小 td lte 系统的干扰主要是小区间干扰 频率规 划的目的就是提高频谱利用率 通过频率复用 使得可以使用较少的频率资源达到覆盖的 要求 同时好的频率规划可以减少系统存在的干扰 pci 码资源规划 原理上与 td scdma 的扰码规划类似 基本原则是在覆盖区交叠 的相邻小区不分配互相关性相对较高的码字 考虑到 td lte 的主要多址方式是 ofdma 而且系统 pci 码资源充足 td lte 的 pci 码规划比 td scdma 的扰码规划容易 表 1 2 对比了 td lte 和 td scdma 无线网络规划的特点 表 1 2 td lte 与 td scdma 规划特点对比 项目项目项目项目 td scdma td lte 干扰 同频内码间干扰 mai 干扰 时隙比 例不同时交叉时隙干扰 小区间干扰 频偏干扰 mai 干扰 时隙比例不同时交叉时隙干扰 覆盖 与干扰 容量存在一定关系 由小区边缘最低保障速率决定 容量 与干扰 覆盖存在一定关系 同信道配置 参数配置 调度算法 小 区间干扰协调算法 多天线技术选取等 都有关系 频率规划 可优化性能 与码规划 时隙比例规划 结合 可同频组网或异频组网 与 pci 规划 时隙比例规划结合 双工方式 上下行时隙可以灵活配置 适合对称和 不对称业务 资源使用率高 上下行时隙可以灵活配置 适合对称和 不对称业务 资源使用率高 小区呼吸 有一定的呼吸效应 覆盖受话务网络负荷影响 网络部署是容量决定覆盖 小区间同频干扰可能会使得系统存在 一定的呼吸效应 切换 无软切换 切换去设置考虑切换性能 系统对切换比例不明显 硬切换 扰码数量 32 个扰码组 扰码规划要求较高 规划需要借助专门软件 504 个扰码组 扰码规划要求较低 业务覆盖 不同业务覆盖差异小 不同数据速率的覆盖能力不同 1 4 论文的内容和结构论文的内容和结构论文的内容和结构论文的内容和结构 第一章首先简单介绍了 td lte 系统框架 然后根据 td lte 系统特有的技术特点分 析了 td lte 无线网络规划的意义与特点 第二章主要阐述了 td lte 物理层的关键技术 首先阐述了 ofdm 和 mimo 技术的 特点 然后分析了 td lte 系统物理层的技术特点 第三章首先提出了 td lte 无线网络规划流程 并基于规划流程分析提出了 td lte 无线网络规划中部分技术方法 主要内容包括基础信息收集 传播模型分析 覆盖估算 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 第一章 绪论 7 以及容量估算等 为 td lte 无线网络规划提出一种可行方案 第四章给出了 td lte 无线网络参数规划方法 其内容主要包括频率规划 无线参数 设计以及系统的干扰分析等 最后给出了系统的仿真方法 第五章是论文的总结和展望 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 第二章 td lte 系统物理层关键技术 8 第二章第二章第二章第二章 td lte 系统系统系统系统物理层物理层物理层物理层关键技术关键技术关键技术关键技术 td lte 系统在物理层技术上实现了重大革新 关键技术创新主要包括 以 ofdma 为基本多址技术实现时频资源的灵活配置 通过采用 mimo 技术实现频谱效率的大幅度提 升 通过采用 amc 功率控制 harq 等自适应技术以及多种传输模式的配置进一步实 现了对不同应用环境的支持和传输性能优化 通过采用灵活的上下行控制信道设计为充分 优化资源管理提供了可能 2 本章节首先讨论 ofdm 和 mimo 技术原理以及其在 td lte 系统中的应用 然后介绍 td lte 系统的帧结构 物理层信道和物理层信号 2 1 td lte 的的的的 ofdm 技术技术技术技术 2 1 1 ofdm 基本原理 正交频分复用 ofdm 23 技术从根本上说是一种频分多址技术 但是它与普遍应用的频 分复用 fdm 技术不同 ofdm 各个载波之间相互叠加但相互正交 避免载波间干扰 ici 的基础上节省了带宽资源 提高了频率利用率 5 从图 2 1 中可以更直观的看出 ofdm 技 术与 fdm 技术的不同 图 2 1 ofdm 与传统 fdm 多载波系统频谱效率比较 虽然 ofdm 技术比传统的 fdm 技术先进的多 但是 ofdm 并不是一个新技术 早在 20 世纪 60 年代就已经提出了 ofdm 技术能够得以广泛使用 主要是两个关 键技术的提出 离散傅里叶变化 dft 和循环前缀 cp 采用离散傅里叶变化 dft 进 行 ofdm 调制和解调 使 ofdm 各个子载波信号的生成只需要一个振荡器 从而使 ofdm 的调制实现简单化 在各子载波间加入循环前缀使 ofdm 各个子载波的调制 信号在复杂的传输信道能够保持正交性 5 ofdm 是一种特殊的多载波传输方案 它不仅仅是一种多址技术 还可以看作 是一种调制技术 其主要思想是 将信道分成若干正交子信道 将高速数据信号转换 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 第二章 td lte 系统物理层关键技术 9 成并行的低速子数据流 调制到每个子信道上进行传输 5 2 1 2 ofdm 信号处理过程 ofdm 信号处理过程如图 2 2 所示 在发射机端对高速的数据流进行串并变换后 用 快速傅里叶反变换将信号进行转换 调制到各个子载波上 把信号的频谱变换到时域在信 道中传输 并进行并串转换 加上循环前缀后构成一个 ofdm 符号 再经过上变频后发送 出去 在接收机端将接收到的信号进行下变频后去除循环前缀 通过 fft 运算将各个子载 波上的信号进行解调 经过并串变换后再进行其他处理 可以发现接收端信号处理是发送 端的逆过程 46 图 2 2 ofdm 系统原理框图 2 1 3 ofdm 技术特点及主要优缺点 ofdm 作为 td lte 的主要多址技术 其主要优点有 1 频谱利用率高 2 接收机的复杂度低 3 带宽扩展性强 4 易于 mimo 系统的实现 5 易于同链路自适应技术结合 虽然 ofdm 系统的优点是显而易见的 但是也有一些内在的局限性和问题 1 峰均功率比 papr 高 32 由于 ofdm 符号是多个独立调制子载波相加而成 如果在同一时刻多个子载波都处于 峰值 这样合成信号可能产生比较大的峰值功率 最终造成过高的峰均功率比 高的 papr 使射频功放的效率减低 增加了发射机射频模块的成本和耗电量 2 时间和频率同步 ofdm 系统是正交频分多址 子载波相互重叠 所以受同步误差的影响较大 在时域 中 ofdm 系统通过加入 cp 对时间同步的误差敏感度有了很大的降低 但是在频域中 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 第二章 td lte 系统物理层关键技术 10 子载波宽度较小 对频偏非常敏感 因此 ofdm 系统需要保持严格的频率同步 才能确保 子载波之间的正交性 3 小区间干扰 不同于 cdma 系统 ofdm 能够很好的保证小区内用户的正交性 小区间干扰成为 ofdm 系统需要解决的重点问题 可能的解决方案包括 跳频 ofdma 加扰 小区间频 域协调 干扰协调等 1 2 1 4 td lte 系统的上下行多址方式 td lte 系统的上下行多址方式主要是基于 ofdm 技术 其中下行链路由于基站规模 较大 为了获得较高的数据速率可以增加成本和复杂度来避免 ofdm 的一些技术弊端 所 以下行链路的方式采用的是 ofdma 在上行链路的多址方式选择中 由于 ofdm 系统的 高 papr 特点 使得终端发射功率和功放成本存在很大的问题 在综合考虑各方面因素的 影响后 td lte 的上行多址方式选择了 sc fdma 也就是单载波频分多址 2 通过上述分析可知 sc fdma 主要是避免了 ofdm 系统中高 papr 问题 通过图 2 3 可以发现 sc fdma 系统的发射过程和 ofdm 系统十分相似 只是比 ofdma 多一个 dft 预编码过程 33 m dft n ifft m m m m 图 2 3 sc fdma 信号生成框图 2 2 td lte 的的的的多天线多天线多天线多天线技术技术技术技术 2 2 1 mimo 技术简介 多径效应是无线通信系统都要解决的一个问题 相比于传统单天线系统中对多径效应 采取克服和避免的方法 在多天线 mimo 系统中 多径效应变成了一个有利因素并被 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 第二章 td lte 系统物理层关键技术 11 加以利用 简单来说 mimo 就是在发送端和接收端设置多根天线来发送和接收信号 发 射天线和接收天线数并不一定相同 通过一系列复杂的发送接收技术 实现系统容量的提 升 6 在 mimo 系统中 当各天线相互独立时 较单天线系统可以显著提高信道容量 34 增 加的信道容量一方面可以用来提高信息传输速率 另一方面也可以通过增加信息冗余度来 提高系统的传输可靠性 或者在两者之间得一个合理的折中 mimo 的主要技术分为空间 复用和分集 34 空间复用提高频谱利用率 使系统在一定的频带内获得更高的数据速率 而分集技术可以提高系统的传输可靠性 降低接收机灵敏度 从而提高系统容量和小区覆 盖半径 2 2 2 分集与空间复用技术 分集技术按照一定的标准可以分为接收分集和发射分集 6 接收分集主要是在多接收 天线情况下 通过合并由多接收天线上得到的多路接收信号实现的 发射分集主要分为时 间分集 频率分集和空间分集三种 几种常见的发射分集实现方法如下 1 延迟发射分集 为不同的天线上的发射信号在时域上引入不同的延迟 2 循环延迟发射分集 各个天线支路的信号经过循环移位后并行发送 3 切换发射分集 包括时间切换发射 tstd 分集和频率切换发射 fstd 分集 tstd 分集是不同的天线支路在不同的时间段发送 而 fstd 分集是不同的天线支路使用 不同的子载波集合发送 4 空时 频 编码 主要包括空频分组码 sfbc 和空时分组码 stbc 空间复用技术就是把高速数据流分割成多组数据速率相对较低的数据流 使用相同的 时频资源在不同的天线独立地发送不同数据流 在接收端使用空间均衡器分离出各组信 号 这样 在信道质量好的情况下 大大提高了数据的传输速率和信道容量 空间复用分为开环空间复用和闭环空间复用 6 其中开环空间复用接收端和发送端无 需信息交互 而闭环空间复用需要接收端发送反馈信息到发送端 然后发送端根据反馈信 息调整天线发送方式 2 2 3 td lte 系统的多天线技术 td lte 系统 mimo 的发送过程如图 2 4 所示 从图中可以看出 mimo 系统中码字和 层之间的关系 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 第二章 td lte 系统物理层关键技术 12 图 2 4 mimo 发送示意图 在 3gpp 的 r8 版本中 td lte 系统基本的 mimo 配置是 下行天线支持 2 2 即 2 天线发送 2 天线接收 上行天线支持 1 2 即 1 天线发送 2 天线接收 td lte 系统中的多 天线技术主要有发射分集 码字和层映射 预编码 波束赋形等技术 实际网络中 td lte 的多天线发送方式可以根据信道情况从规定的 8 种天线传输模式中选择 3 标准中规定的 8 种天线传输模式如表 2 1 所示 表 2 1 td lte 系统中天线传输模式 模式模式模式模式 传输模式传输模式传输模式传输模式 技术描述技术描述技术描述技术描述 应用场景应用场景应用场景应用场景 1 单天线传输 信息经过单天线进行发送 无法布放双通道室分 系统的室内站 2 发射分集 同一信息的多个信号副本分别通过多个衰 落特性相互独立的信道进行发送 信道质量不好时 如小 区边缘 3 开环空间复用 终端不反馈信道信息 发送端根据预定义的 信道信息来确定发射信号 信道质量好且空间独 立性强时 4 闭环空间复用 需要终端反馈信道信息 发送端采用该信息 进行信号预处理以产生空间独立性 信道质量好且空间独 立性强时 终端静止时 性能好 5 多用户 mimo 基站使用相同时频资源将多个数据流发送 给不同用户接收端利用多跟天线对干扰数 据流进行取消和零陷 6 单层闭环空间复 用 终端反馈 ri 1 时 发射端采用单层预编码 使其适应当前的信道 7 单流波束赋形 发送端利用上行信号来估计下行信道的特 征 在下行信号发送时 每根天线乘以相应 的特征权值 使其天线阵发射信号具有波束 赋形效果 信道质量不好时 如小 区边缘 8 双流波束赋形 集合复用和智能天线技术 进行多路波束赋 形发送 既提高用户信号强度 又提高用户 的峰值和均值速率 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 第二章 td lte 系统物理层关键技术 13 2 3 td lte 物理层概述物理层概述物理层概述物理层概述 2 3 1 帧结构 由于 td lte 系统采用的 tdd 双工模式 上下行在同一工作频率 所以帧结构需要同 时给出上下行占用资源的时间和位置等信息 td lte 系统帧结构如图 2 5 所示 图 2 5 td lte 系统帧结构 29 从图 2 5 可以看出 td lte 系统帧结构主要继承了 td scdma 系统 10ms 的无线 帧首先被分割为两个 5ms 的半帧 每个半帧又分为 5 个长度为 1ms 的子帧 这样 10ms 无 线帧包含编号为 0 9 的 10 个子帧 每一个 5ms 半帧又由 8 个常规时隙和 dwpts gp 和 uppts 三个特殊时隙构成 一个常规时隙长度为 0 5ms 三个特殊时隙共 1ms 占一个子 帧 td lte 帧结构存在多种时隙比例配置 共有 7 种不同的上下行比例配置 如图 2 6 和 9 种特殊子帧配置 如表 2 2 便于支持不同配比的上下行服务 1 图 2 6 td lte 上下行资源配置示意图 dl ul 2 3 dl ul 3 2 dl ul 4 1 dl ul 7 3 dl ul 8 2 dl ul 9 1 5ms 周期 10ms 周期 1ms 10 ms 下行 上行 dl ul 5 5 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 第二章 td lte 系统物理层关键技术 14 表 2 2 特殊子帧配置表 normal cp 特殊子帧配置特殊子帧配置特殊子帧配置特殊子帧配置 dwpts gp uppts 0 3 10 1 1 9 4 1 2 10 3 1 3 11 2 1 4 12 1 1 5 3 9 2 6 9 3 2 7 10 2 2 8 11 1 2 2 3 2 物理层资源块 td lte 物理资源模块主要是基于 ofdm 多址方式的技术特点 td lte 最小资源粒 度在时域上为一个调制符号 在频域上为一个子载波 2 常规 cp 的 ofdm 基本资源粒度 如图 2 7 所示 ofdm 技术的优点之一就是灵活的时域频域资源配置 可以根据系统不同 信道 不同要求采用不同的资源配置 图 2 7 资源粒度 29 从图 2 7 中看到 td lte 的物理资源主要分为 4 类 资源单元 re 资源块 rb 资 源单元组 reg 和控制信道单元 cce 7 symbols one slot nc subcarriers 12 subcarriers rb 12x7 re re resource grid example 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 第二章 td lte 系统物理层关键技术 15 re resource element 最小的时频资源定义为基本资源单元 rb 时域上为 1 个符 号 频域上为一个子载波 4 rb resource block 业务信道的资源单位 时域上为一个时隙 频域上为 12 个子 载波 4 reg resource element group 控制信道的资源单位 一个 reg 包含 4 个连续的 re 4 cce channel control element 为 pdcch 信道分配的资源单位 cce 是一个逻辑 单元 1 个 cce 包含 9 个连续的 reg 3 2 3 3 物理层信道和物理信号 1 上行物理信道和物理信号 上行物理信道指一组承载来自高层信息的资源单元 td lte 系统定义了 3 种物理上 行信道和 2 种物理上行参考信号 物理上行共享信道 pusch 物理上行控制信道 pucch 物理随机接入信道 prach 解调参考信号 dmrs 探测参考信号 srs 30 2 下行物理信道和物理信号 下行物理信道也是一组承载来自高层信息的资源单元 td lte 系统下行链路定义了 6 种物理信道和 2 种物理信号 物理下行共享信道 pdsch 物理广播信道 pbch 物理控制格式指示信道 pcfich 物理下行控制信道 pdcch 物理 harq 指示信道 phich 下行参考信号 pss sss 同步信号 sr 30 td lte 系统物理层技术内容广泛且复杂 限于篇幅本文通过表 2 3 简单总结了 td lte 系统物理层关键技术的大部分参数 方式与特点 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 第二章 td lte 系统物理层关键技术 16 表 2 3 td lte 系统物理层关键技术描述 关键技术关键技术关键技术关键技术 技术描述技术描述技术描述技术描述 双工方式 tdd 双工方式 多址接入方式 下行 ofdm 上行 sc fdma dft s ofdm 用于降低发送信号峰均比 系统支持带宽 支持 1 4mhz 3 0mhz 5mhz 10mhz 15mhz 和 20mhz 帧结构 帧长 10ms 分为 10 个子帧 每个子帧长度为 1 0ms 每个子帧等分 2 个时隙 td lte 包含 3 个特殊时隙 dwpts gp 和 uppts tti 1 0ms 上下行资源配比 支持周期为 5ms 和 10ms 的 7 种上下行资源配比 子载波间隔 分为两种 15khz 和 7 5khz 用于专用载波 mbms 业务 cp 长度 常规 cp 4 69 s 扩展 cp 16 67 s 子帧结构 常规 cp 子帧 下行支持 7 个 ofdm 符号 上行支持 7 个符号 sc fdma 符号块 扩展 cp 子帧 下行支持 6 个 ofdm 符号 上行支持 6 个符号 sc fdma 符号块 专用载波 mbms 业务子帧 下行支持 3 个 ofdm 符号 调制方式 qpsk 16qam 64qam 资源映射 下行支持集中式和分布式 上行只支持集中式 基本资源块为时域 1 0ms 频域 180khz 有 12 个子载波组成 导频设计 支持公共导频和专用导频方式 公共导频可用于信道质量和切换等测量以及数据 传输时信道估计 专用导频主要用于智能天线下的数据传输信道估计 信道编码 采用 qpp 交织器的 turbo 码 支持 tail biting 的卷积码 rm 码 奇偶校验码和 crc 码 多天线技术 下行 预编码 su mimo 预编码 mu mimo 开环 su mimo 发射分集 波 束赋形 上行 mu mimo 天线选择切换分集 调度方式 在每个 tti 内基于频域进行调度 链路自适应 采用基于信道状态的自适应调制编码 amc 混合自动重传请求 harq 支持 chase 合并及增量冗余混合重传 下行 异步 harq 重传 上行 同步 harq 重传 上行功率控制 采用慢速开环功率控制 控制信道采用路损全补偿方式 业务信道采用路损部分补偿方式 上行时间同步 通过发送时间提前量方式确保上行信号同步 小区初搜 采用主同步和辅同步信号区分的分层同步方式 随机接入 支持 5 种随机接入序列格式 系统同步 小区间同步 物理层测量 包括信道状态测量 信道质量测量 干扰管理测量 移动性测量等 其中移动性 测量包括同频测量 异频测量 不同无线接入系统间测量 干扰抑制技术 采用小区边缘 icic 方式减少小区间干扰 mbms 支持混合载波和专用载波方式 2 4 本章小结本章小结本章小结本章小结 本章在对td lte系统物理层的多址接入方式 多天线技术以及无线资源分配方式简单 介绍的基础上 分析了td lte系统的主要物理层技术特点为 以ofdma多址接入技术和 多天线mimo技术作为技术基石 系统资源采用共享的方式 系统资源分配和控制具有 自 适应 的特征 最后给出了td lte物理层信道的概要描述 为无线网络规划方法的研究提 供了基础 南京邮电大学全日制工程硕士研究生学位论文 第三章 td lte 无线网络规划总体技术研究 17 第三章第三章第三章第三章 td lte 无线网络无线网络无线网络无线网络规划规划规划规划总体总体总体总体技术研究技术研究技术研究技术研究 3 1 无线网络规划概述无线网络规划概述无线网络规划概述无线网络规划概述 无线通信网络规划包括无线接入网规划 核心网规划和承载网规划等 本文主要涉及 接入网规划部分 9 无线网络规划是无线网络建设的基础 优质的网络服务是从优质的网 络规划开始的 td lte 的无线网络规划流程与 2g 3g 网络规划流程十分相似 同时 td lte 作为一种新的无线通信技术 其无线网络规划有其自身的特点 td lte 网络规划是非常重要的过程 如果网络规划不当 将会使系统的 qos 很差 出现呼叫中断率很高 阻塞率很高等问题 这也会为后续的网络优化带来严重的问题 甚 至是无法解决的问题 虽然有部分学者认为网络规划并不重要 实际网络部署之后的优化 才是真正实际解决网络部署问题 但是好的网络规划可以提高网络部署的效率 使网络的 建设和运营有一个良好的基础 10 3 1 1 规划目标 td lte 网络规