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LTELTEAdvanced上行系统级仿真平台设计及若干关键技术研究(1)
密级：保密期限：踌幸邻童大肇硕士研究生学位论文题目：堡星［堡Ｅ：△亟里垒卫￡竺亟上盈丕统级鱼墓垩鱼遮盐区羞王苤毽堇垄婴窒学号：Ｑ２重２５９姓名：盐燮专业：逗篮皇筐：垦丕筮导师：萱查医学院：篮星皇运篮王程堂瞳２０１０年１月８日
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搴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：盐监Ｒ期：丝』２１至：！芝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问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范围，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：坌叠盐同期：丝』翌：圣：！主导师签名：里兰旦胁ｖ≈北京邮电大学硕士学位论文摘要ＬＴＥ／ＬＴＥ―Ａｄｖａｎｃｅｄ上行系统级仿真平台设计及若干关键技术研究摘要随着第三代移动通信系统的逐步应用，人们对系统性能的需求日益提高，促使各标准化组织进行技术演进和革新。３ＧＰＰ（ＴｈｉｒｄｕＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＰａｒｔｎｅｒｓｈｉｐＰｒｏｊｅｃｔ，第三代合作伙伴计划）组织提出了ＬＴＥｔｌ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ，长期演进）项目，在空中接Ｅ１方面采用正交频分多址、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ―ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉ．Ｏｕｔｐｕｔ，多输入多输出）技术和链路自适应等关键技术，使系统性能得到巨大提升。为了满足ＩＴＵ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＵｎｉｏｎ，国际电信联盟）ＩＭＴ－Ａｄｖａｎｃｅｄ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＭｏｂｉｌｅＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ．Ａｄｖａｎｃｅｄ，先进的国际移动通信，简称为“ＩＭＴ－Ａ＂）技术征集的需要，３ＧＰＰ将ＬＴＥ演进到ＬＴＥ．Ａｄｖａｎｃｅｄ（简称为“ＬＴＥ―Ａ”），通过采用多用户ＭＩＭＯ，载波聚合等增强型技术，使其性能指标全面覆盖并高于ＩＭＴ－Ａｄｖａｎｃｅｄ需求，作为３ＧＰＰ向ＩＴＵ提交的４Ｇ（ＦｏｕｒｔｈＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ，第四代移动通信）候选标准。本论文的选题来源于工业和信息化部电信研究院的“十一五”国家科技支撑计划重点项目《ＩＭＴ－Ａｄｖａｎｃｅｄ技术方案研究和关键技术研发》。课题内容是在ＩＭＴ－Ａ的标准化框架下，设计和实现ＩＴＥ／ＩＴＥ．Ａ上行链路的系统级仿真平台，并对其关键技术进行评估，助力ＩＭＴ－Ａ技术提案评估以及后续标准制定工作。第二部分着重设计并实现了ＩＴＥ／ＩＴＥ．Ａ上行链路的系统级仿真平台。首先设计了测试场景和仿真系统参数，然后对各功能模块进行技术方案选择与实现。最后基于所设计的平台仿真分析了不同配置下的系统性能。第三部分具体研究了删ＬＴＥ．Ａ系统上行链路若干关键技术。第一节研究了部分功率控制，分析了其对系统干扰的影响，仿真得到了参数的最佳配置。第二节重点研究了随机配对原则下采用ＭＭＳＥ（ＭｉｎｉｍｕｍＭｅａｎＳｑｕａｒｅＥｒｒｏｒ，最小均方误差）接收检测的的上行多用户虚拟ＭＩＭＯ方案，分析了各种多用户配对原则，并仿真验证了多用户系统相对单用户系统的性能提升。最后一节研究了ＶｏｌＰ（Ｖｏｉｃｅ北京邮电人学硕ｌｊ学位论文摘要ｏｖｅｒＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ，ＩＰ话音）半持续调度方法，从理论上和仿真结果上分析其在节省ＬＴＥ系统信令开销上相比于动态调度方法的优越性能。关键词：ＬＴＥ上行系统级仿真虚拟ＭＩＭＯ部分功率控制半持续调度ｐ＾，ｌ弓北京邮电人学硕Ｊ：学位论文ＡＢＳＴＲＡＣＴＩＭＰＬＥＭＥＮＴＡＴＩＯＮＬＴＥ／ＬＴＥ－ＡＡＮＤＩＴＳＯＦＳＹＳＴＥＭＬＥＶＥＬＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＰＬＡＴＦｏＲＭＦＯＲＴＨＥＵＰＬＩＮＫＯＦＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ’ＳＴＵＤＹＡＢＳＴＲＡＣＴ、。｛，Ａｓｔｈｅｔｈｉｒｄｑｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｍｏｂｉｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｐｌｏｙｅｄ，ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｕｓｅｒｄｅｍａｎｄｆｏｒｓｙｓｔｅｍｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐｒｏｍｐｔｔｈｅＯｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｆｏｒＳｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎｔｏｌａｕｎｃｈｏｎｔｅｃｈｎｉｃａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎ．３ＧＰＰ（ＴｈｉｒｄＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＰａｒｔｎｅｒｓｈｉｐＰｒｏｊｅｃｔ）ｌａｕｎｃｈｅｄｍ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ）ｐｒｏｊｅｃｔ，ｗｈｏｓｅｓｙｓｔｅｍｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｇｅｔａｈｕｇｅｂｏｏｓｔｂｙａｄｏｐｔｉｎｇｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｓｕｃｈａｓＯＦＤＭ（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ），ＭｌＭＯ（Ｍｕｌｔｉ―ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉ－Ｏｕｔｐｕｔ）ａｎｄｌｉｎｋａｄａｐｔｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＩｎｏｒｄｅｒｔＯｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆＩＴＵ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＵｎｉｏｎ）ＩＭＴ－Ａｄｖａｎｃｅｄ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＭｏｂｉｌｅＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ．Ａｄｖａｎｃｅｄ，ｒｅｆｅｒｒｅｄｔｏａｓ”ＩＭＴ．Ａ”），３ＧＰＰｌａｕｎｃｈｅｄＬ１陋一Ａｄｖａｎｃｅｄ（ｒｅｆｅｒｒｅｄｔｏａｓ’’ｍ―Ａ”）ａｓｉｔｓ４Ｇ（ＦｏｕｒｔｈＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ）ｃａｎｄｉｄａｔｅｓｔａｎｄａｒｄｐｒｏｐｏｓａｌ，ｗｈｉｃｈｉＳｓｍｏｏｔｈｌｙｅｖｏｌｕｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｍａｎｄｆｅａｔｕｒｅｄｂｙｓｏｍｅａｄｖａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｔｈｅｔｏｐｉｃｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｒｉｖｅｓｆｒｏｍ”ＥｌｅｖｅｎｔｈＦｉｖｅ―Ｙｅａｒ”ＰｌａｎｋｅｙｐｒｏｊｅｃｔｓｏｆＮａｔｉｏｎａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ－－¨ＩＭＴ－Ａｄｖａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐｒｏｇｒａｍｓｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ”ｗｈｉｃｈｉｓｉｎｃｈａｒｇｅｏｆＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｍ／ｍ．ＡＩｎｄｕｓｔｒｙ．Ｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔａｉｍｅｄａｔｄｅｓｉｇｎａｎｄｓｙｓｔｅｍ―ｌｅｖｅｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅＩＭＴ．Ａｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄｆｒａｍｅｗｏｒｋ，ａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｉｔｓｋｅｙｔｏｍ．ＡｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐｒｏｍｏｔｅＩＭ■Ａｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｐｏｓａｌｅｖａｌｕａｔｉｏｎａｎｄｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄｐｒｏｃｅｓｓ．ＴｈｅｔｈｅｓｉｓｉＳｍａｉｎｌｙｃｏｍｐｒｉｓｅｄｂｙｔｈｒｅｅｐａｒｔｓ．ＴｈｅｆｉｒｓｔｓｅｃｔｉｏｎｏｕｔｌｉｎｅｓｔｈｅＬＴＥ／ＬＴＥ―Ａｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ．Ｉｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄｓｅｃｔｉｏｎ，ａＩＴＥ／ＩＴＥ―ＡｕｐｌｉｎｋｓｙｓｔｅｍｌｅｖｅｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎＩＩ北京邮电大学硕．１：学位论文ＡＢＳＴＲＡＣＴｐｌａｔｆｏｒｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍｉｓｕｓｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆ３ＧＰＰＬＴＥｓｔａｎｄａｒｄｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｅｖｅｒａｌｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ｔｈｅｔｈｒｅｅｓｅｃｔｉｏｎｆｏｃｕｓｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｓｏｍｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ａｆｒａｃｔｉｏｎａｌｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｉｎＬＴＥｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＴｈｅｉｍｐａｃｔｏｎｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｓｕｇｇｅｓｔｅｄｓｃｈｅｍｅｉＳｅｘａｍｉｎｅｄ，ａｎｄ．Ｊ，ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｉＳｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ａｎｕｐｌｉｎｋｍｕｌｔｉ－ｕｓｅｒｖｉｒｔｕａｌＭＩＭＯｓｃｈｅｍｅａｎｄｉｔｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｃｏｍｐａｒｅｄｔｏ气ｓｉｎｇｌｅ．ｕｓｅｒｓｙｓｔｅｍ．Ａｔｌａｓｔ，ａｓｅｍｉ－ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｓｃｈｅｍｅｆｏｒＶｏｌＰ●（ＶｏｉｃｅｏｖｅｒＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ、）ｉＳｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｉｔｓａｂｉｌｉｔｙｔｏｄｅｃｒｅａｓｅｄｏｗｎｌｉｎｋｓｉｇｎａｌｉｎｇｏｖｅｒｈｅａｄａｎｄｍａｉｎｔａｉｎｈｉｇｈｓｙｓｔｅｍｃａｐａｃｉｔｙｉｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｆｒｏｍｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ＬＴＥＵｐｌｉｎｋｓｙｓｔｅｍｌｅｖｅｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎＦｒａｃｔｉｏｎａｌｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌＭｕｌｔｉ―ｕｓｅｒｖｉｔｕａｌＭＩＭＯＳｅｍｉ―ｐｅｒｓｉｓｔｓｃｈｅｄｕｌｅ，１一―一ＩＩＩ北京邮电人学顾‘｝：学位论文目录目录第一章绪论…………………………………………………………………………………………。１１．１课题研究的背景和意义……………………………………………………．．１１．１．１课题研究的项目背景……………………………………………………．１１．１．２课题研究的意义……………………………………………………………２１．２论文的主要工作………………………………………………………………２１．３论文的内容结构……………………………………………………………．．３第二章ＬＴＥ／ＩＴＥ．Ａ技术原理及通信系统仿真方法…………………………………４２．１Ｕ匝／ＬＴＥ．Ａ技术原理…………………………………………………………４２．１．１ＬＴＥ标准化概述…………………………………………………………．４２．１．２ＬＴＥ性能需求……………………………………………………………．５２．１．３ＬＴＥ网络架构……………………………………………………………．．６２．１．４ＬＴＥ空中接口……………………………………………………………．６２．１．５ＬＴＥ与ＬＴＥ．Ａ演进………………………………………………………７２．２通信系统仿真方法概述………………………………………………………８２．２．１通信系统仿真方法………………………………………………………。８２．２．２通信系统仿真评估指标…………………………………………………．９２．２．３通信系统仿真工具………………………………………………………１０第三章ＩＴＥ／ＬＴＥ－Ａ上行系统级仿真平台设计与实现………………………………１１３．１系统总体架构设计…………………………………………………………。１１３．２仿真系统参数设计…………………………………………………………１１３．２．１ＬＴＥ系统参数……………………………………………………………１２３．２．２信道场景仿真参数………………………………………………………１４３．２－３仿真平台其它参数………………………………………………………１５３．３仿真系统功能模块实现……………………………………………………．１５３．３．１系统初始化模块…………………………………………………………．１５３－３．２功率控制模块……………………………………………………………２０３．３．３资源调度模块……………………………………………………………２０３．３．４ＩＭＴ－Ａ信道模块…………………………………………………………２１３．３．５干扰计算模块……………………………………………………………２２３．３．６ＨＡＲＱ功能实现…………………………………………………。……．２３３．３．７ＬＴＥＴＤＤ／ＦＤＤ双工方式实现…………………………………………。２５３．３．８系统级与链路级接口实现………………………………………………２５３．４仿真结果与分析……………………………………………………………．２５３．４．１不同天线配置下ＬＴＥＳＩＭＯ系统性能比较……………………………２６ＩＶ北京邮电人学硕：Ｉ：学位论文目录３．４．２３．４．３３．４．４ＬＴＥ上行调度公平性改进结果比较……………………………………２７ＨＡＲＱ性能比较…………………………………………………………２７ＴＤＤ／ＦＤＤ系统性能比较………………………………………………．２９第四章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ系统中若干关键技术研究…………………………………………．３０４．１部分功率控制研究…………………………………………………………３０４．１．１功率控制原理……………………………………………………………３０４．１．２不同移动通信系统的功率控制…………………………………………３１４．１．３部分功率控制研究………………………………………………………３２４．１．４仿真结果与分析…………………………………………………………３４４．２上行多用户虚拟ＭＩＭＯ方案研究…………………………………………３７４．２．１ＭＩＭＯ系统研究…………………………………………………………。３７４．２．２多用户检测技术…………………………………………………………３９４．２．３上行多用户虚拟ＭＩＭＯ方案研究………………………………………４０４．２．４仿真结果与分析…………………………………………………………４３４．３ＶｏｌＰ半持续调度方法研究…………………………………………………４６４．３．１分组调度方法……………………………………………………………４６４．３．２ＶｏｌＰ半持续调度方法研究……………………………………………。４７４．３．３仿真结果分析……………………………………………………………４８第五章结束语……………………………………………………………………………………５ｌ５．１论文工作总结………………………………………………………………５１５．２下一步的研究方向…………………………………………………………．．５１参考文献…………………………………………………………………………………………………５３缩略语致谢………………。攻读硕士学位期间已录用学术论文…………………………………………………………．５９Ｖ北京邮电人学硕＋ｆ：学位论文第一章绪论第一章绪论１．１课题研究的背景和意义１．１．１课题研究的项目背景本论文结合所承担的工业和信息化部电信研究院通信标准研究所的“十一五”国家科技支撑计划重点项目（（ＩＭＴ－Ａｄｖａｎｃｅｄ技术方案研究和关键技术研发》子课题“ＩＭＴ－Ａｄｖａｎｃｅｄ公共仿真评估系统丌发及关键技术方案评估”，开发ＬＴＥ．Ａ上行链路系统级的全系统仿真平台，并在此平台上对４Ｇ候选关键技术进行了技术评估和研究。随着用户需求的不断提高，目前移动通信系统已经发到了第三代移动通信系统。第一代移动通信技术指模拟蜂窝移动通信技术，主要有美国的ＡＭＰＳ（ＡｄｖａｎｃｅｄＭｏｂｉｌｅＰｈｏｎｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ，高级移动电话系统）、ＴＡＣＳ（ＴｏｔａｌＡｃｃｅｓｓＳｙｓｔｅｍ，完全通路通信系统）和北欧的ＮＭＴ（ＮｏｒｄｉｃＭｏｂｉｌｅＴｅｌｅｐｈｏｎｅ，北欧移动电话系统）等制式。第二代移动通信技术指数字蜂窝移动通信技术，主要有欧洲的ＧＳＭ（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍＦｏｒＭｏｂｉｌｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，全球移动通信系统）和美国的ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ．ＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ，码分多址）两种技术。随着用户需求的提高，出现了第二代通信系统及其演进技术，如ＧＳＭ网络演进到ＧＰＲＳ（Ｇｅｎｅｒａｌ（ＥｎｈａｎｃｅｄＤａｔａｒａｔｅｆｏｒＰａｃｋｅｔＲａｄｉｏＳｅｒｖｉｃｅ，通用无线分组业务）／ＥＤＧＥＧＳＭＥｖｏｌｕｔｉｏｎ，增强型数据速率ＧＳＭ演进）。第三代移动通信系统基于ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ．ＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ，码分多址）技术，专为多媒体通信而设计，它能够高速地传输数据：室内可达２Ｍｂｐｓ，步行可达３８４Ｋｂｐｓ，车速可达１４４Ｋｂｐｓ。三个主流标准分别是ＴＤ．ＳＣＤＭＡ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎ．ＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ，时分同步码分多址）、ＷＣＤＭＡ（ＷｉｄｅｂａｎｄＣＤＭＡ，宽带码分多址接入）和ＣＤＭＡ２０００。在第三代移动通信系统继续演进的同时，人们研究提出了突破性的空中接口技术ＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅ，正交频分复用）。最早开Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，电气电子工Ａｃｃｅｓｓ，全球始ＯＦＤＭ的是ＩＥＥＥ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ程师学会）的ＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ微波接入互操作性）。Ｉｎｔｅｒ－ｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙｆｏｒＭｉｃｒｏｗａｖｅ为了对抗ＷｉＭＡＸ等移动宽带无线接入技术的市场挑战，３ＧＰＰ提出了ＬＴＥ。ＬＴＥ的技术特征包括：在空中接口方面采用ＯＦＤＭ替代了３ＧＰＰ长期使用的ＣＤＭＡ作为多址技术，并大量采用了ＭＩＭＯ技术和自适应技术提高数据率和系统性能。在网络架构方面，ＬＴＥ取消了ＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ第１页共５９页Ｍｏｂｉｌｅ北京邮电犬学硕．１：学位论文第一章绪论ＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｙｓｔｅｍ，通用移动通信系统）标准长期采用的ＲＮＣ（ＲａｄｉｏＮｅｔｗｏｒｋＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，无线网络控制器）节点，取而代之以全新的扁平化结构。ＬＴＥ系统的峰值数据率可达上行５０Ｍｂｐｓ，下行１００Ｍｂｐｓ，频谱利用率是Ｒ６版本ＨＳＰＡ（ＨｉｇｈＳｐｅｅｄＰａｃｋｅｔＡｃｃｅｓｓ，高速分组接入）的２．４倍【１１。３ＧＰＰ于２００４年底开始针对ＬＴＥ系统的需求研究，Ｊ下式的技术讨论从２００５年４月丌始，研究阶段（ＳｔｕｄｙＩｔｅｍ，ＳＩ）于２００６年９月完成，工作阶段（ＷｏｒｋＩｔｅｍ，Ｗ１）于２００８年底完成。在２００８年３月份ＬＴＥ标准化基本完成之时，ｌＴＵ于２００８年１月起征集ＩＭＴ－Ａｄｖａｎｃｅｄ技术提案。于是３ＧＰＰ随即启动ＬＴＥ．Ａｄｖａｎｃｅｄ项目。类似于ＩＥＥＥ中通过对８０２．１６ｅＷｉＭＡＸ增强为８０２．１６ｍ作为ＩＭＴ－Ａｄｖａｎｃｅｄ的候选提案，３ＧＰＰ和３ＧＰＰ２中的ＬＴＥ和ＵＭＢ（ＵｌｔｒａＭｏｂｉｌｅＢｒｏａｄｂａｎｄ，超移动宽带）也将通过技术增强来满足ＩＴＵ对于ＩＭＴ－Ａｄｖａｎｃｅｄ的要求，并最终作为这两个组织向ＩＴＵ提交的ＩＭＴ－Ａｄｖａｎｃｅｄ候选提案【２１。１．１．２课题研究的意义ＬＴＥ系统中，ＭＩＭＯ和ＯＦＤＭ的结合，作为高速无线通信研究的一个热点，不仅可以提高通信的容量，而且还可以通过时间、空间或者频率的分集获得很好的抗噪声和多径干扰的能力。一项新技术要投入实际应用都要经过理论研究，技术评估，一致性测试和最终形成标准这几个阶段，因此，技术评估是标准制定的重要环节。评估的主要任务是通过系统仿真，验证系统设计是否满足各性能指标，考察是否需要对系统做进一步的改进，以提升系统性能。为完成这一任务，３ＧＰＰ相关提案为ＬＴＥ验证过程提供了相应的系统性能度量指标和仿真场景，以使得中国ＩＴＵ评估组中的各公司的Ｕ日ＬＴＥ．Ａ仿真结果有一定相关性和可比性。’１．２论文的主要工作本课题第一部分包含一个仿真运行参数（主要包括收发天线数，ＭＩＭＯ调度，信道场景，业务模型，双工方式等）可定制的ＬＴＥ上行链路的系统级仿真平台设计和实现，以及各个模块的关键技术或算法的性能评估和甄选；第二部分重点研究了ＬＴＥ系统上行链路的部分功率控制和多用户虚拟ＭＩＭＯ技术，并对ＬＴＥ系统承载ＶｏｌＰ业务采用的半持续调度方法进行了研究。第２页共５９页北京邮电火学硕．｝：学位论文第一章绪论具体来说，首先，研究了ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ标准的技术原理，对上行链路的系统级平台进行设计和实现，将平台划分为初始化模块，功率控制模块，ＨＡＲＱ（Ｈｙｂｒｉｄ．ＡｕｔｏｍａｔｉｃＲｅｐｅａｔＲｅｑｕｅｓｔ，混合自动重传请求）处理模块，调度模块和干扰计算模块，并设计了链路级与系统级接口。然后，在此ＬＴＥ系统仿真平台设计和实现完成后对其进行系统架构校准，对某些模块采用的技术进行简单分析和性能比较。最后，对删ＬＴＥ．Ａ系统上行链路若干关键技术进行了研究。第一部分研究了上行开环部分功率控制，首先介绍了不同多址方式的移动通信系统中功率控制技术的运用，然后研究了采用频分多址的ＬＴＥ系统中的部分功率控制技术，并通过仿真分析了其对稳定系统干扰提高系统性能的作用。第二部分主要研究上行多用户虚拟ＭＩＭＯ技术，在分析了ＭＩＭＯ系统的性能及各种多用户检测技术的基础上研究了由两个ＳＩＭＯ（ＳｉｎｇｌｅＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉ．Ｏｕｔｐｕｔ，单输入多输出）系统组成的上行多用户虚拟ＭＩＭＯ的原理；接着分析了各种多用户配对原则，并通过仿真验证了随机配对原则下采用ＭＭＳＥ接收检测的多用户系统相对单用户系统的性能提升。最后一部分分别从理论上和仿真结果上分析ＶｏｌＰ半持续调度方法在节省系统信令丌销上相比于动态调度方法的优越性能。１．３论文的内容结构首先介绍了ＬＴＥ标准化进程及关键技术原理，ＬＴＥ的技术原理分别从ＬＴＥ的性能需求、系统架构，空中接口３个方面进行了说明，并对ＬＴＥ．Ａ的增强型技术进行了概述。然后介绍了评估通信系统的仿真方法、评估指标和仿真工具。第三章研究了ＬＴＥ．Ａ系统上行链路系统级仿真平台的总体设计和各模块的具体实现。根据ＬＴＥ．Ａ的需求设计了仿真的基本场景和仿真参数，并对其中某些模块的算法和技术方案进行了简单分析和选择。本章最后通过仿真对比了不同ＭＩＭＯ天线配置，ＨＡＲＱ机制，ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＤｉｖｉｓｉｏｎＤｕｐｌｅｘ，时分双工）／ＦＤＤＤｕｐｌｅｘ，频分双工）双工方式条件下的系统性能。第五章对若干关键技术进行了研究。分别包括上行部分功率控制、上行多用户虚拟ＭＩＭＯ方案以及ＶｏｌＰ半持续调度方法，并从理论上和仿真结果上进行了分析。第六章对北京邮电人学硕十学位论文第二章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ技术原理及通信系统仿真方法第二章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ技术原理及通信系统仿真方法２．１ＩＴＥ／ＩＴＥ．Ａ技术原理ＬＴＥ标准化概述为了满足用户需求和应对宽带接入技术的挑战，国际标准化组织３ＧＰＰ进行２．１．１了ＬＴＥ项目的标准化工作。整个标准发展过程分为研究项目和工作项目两个阶段。２００４年１２月初，在加拿大多伦多，３ＧＰＰ第一次正式进行了ＵＴＲＡＮ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｅｒｒｅｓｔｒｉａｌＲａｄｉｏＡｃｃｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋ，通用陆地无线接入网络）演进研究。ＴｅｒｒｅｓｔｒｉａｌＲａｄｉｏＡｃｃｅｓｓ，通用陆地无线接入）随后立项丌始了ＵＴＲＡ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ＆ＵＴＲＡＮＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ可行性的研究。２００５年，通过技术讨论最终确定ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ，ＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅ物理层基本方案为下行ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ正交频分复用多址）、上行ＳＣ．ＦＤＭＡ（Ｓｉｎｇｌｅ．ｃａｒｒｉｅｒＦｒｅｑｕｅｎｃｙＡｃｃｅｓｓ，单载波频分复用多址）技术。２００６年９月，技术可行性研究阶段正式结束，该阶段主要完成目标需求的定义，明确ＬＴＥ的概念等，然后征集候选技术提案，并对技术提案进行评估，确定其是否符合目标需求，对有可能融合的提案进行讨论，对技术的实际可行性进行甄选，最终选择出适合未来ＬＴＥ的技术方案，还进行了针对系统功能的划分、接口的定义。根据可行性阶段的研究成果，３ＧＰＰ正式开始Ｅ．ＵＴＲＡＮ技术标准制定实质工作。２００８年３月，３ＧＰＰ会议正式冻结了物理层功能模块，但上层协议稍微滞后，其功能模块仍为丌放状态。ＬＴＥ项目整体完成在２００８年１２月，新修订后的标准最终被收纳入３ＧＰＰ第８版本中１３．引。ＩＴｕ对ＩＭＴ－Ａ提出了高速情况下ｌｏｏＭｂｉｔ／ｓ，低速情况下１Ｇｂｉｔ／ｓ的性能目标，并制定了ＩＭＴ－Ａ国际标准化的工作计划，工作时间表为：２００６年，确定工作原则，２００８年年中之前制定“通函”和评估准则；２０１０年底之前提交候选提案，进行技术评估融合，并完成第一版本评估结果，形成相应的技术研究报告以及技术标准文件；之后会继续可能的ＩＭＴｏＡ技术的研究。从工作时间上来看，３ＧＰＰ紧跟ＩＴＵ的工作时间表，ＬＴＥ．Ａ的研究紧跟ＩＴＵ的设计需求。３ＧＰＰ于２００９年初冻结Ｒ８空中接口，可以理解为ＬＴＥ标准进入相对稳定阶段。Ｒ８版本冻结以后，３ＧＰＰ将继续丌展ＬＴＥＲ９版本的研究，考虑到Ｒ８包含了ＬＴＥ的绝大部分特性，Ｒ９版本主要以完善和增强ＬＴＥ系统为目标，不会做大第４页共５９页北京邮ｌ乜人学硕上学位论文第二章ＬＴＥ／ＬＴＥ－Ａ技术原理及通信系统仿真方法规模的工作。Ｒ１０将以ＬＴＥ．Ａｄｖａｎｃｅｄ为主要内容，也就是应对ｌＴＵ对４Ｇ方案的征集工作，提出３ＧＰＰ自己的方案。２．１．２ＬＴＥ性能需求ＬＴＥ是一个高数据率、低时延和基于全分组的移动通信系统。具体目３ＧＰＰ标包括【５，６，７】：（１）频谱带宽配置支持１．５ＭＨｚ、３ＭＨｚ、５ＭＨｚ、１０ＭＨｚ、１５ＭＨｚ和２０ＭＨｚ的灵活带宽配置；以尽可能相似的技术，支持成对和非成对频谱。从技术上保证３ＧＰＰＬＴＥ可以使用第三代移动通信系统的频谱。（２）小区边缘传输速率提高小区边缘传输速率，增强３ＧＰＰＬＴＥ系统的覆盖性能，主要通过频分多址和干扰抑制技术实现。（３）数据率和频谱利用率峰值数据率达到下行ｌＯＯＭｂｐｓ，上行５０Ｍｂｐｓ。频谱效率：下行链路达到５ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ，３－４倍于Ｒ６ＨＳＤＰＡ（ＨｉｇｈＳｐｅｅｄＤｏｗｎｌｉｎｋＰａｃｋａｇｅｓＡｃｃｅｓｓ，高速下ＳｐｅｅｄＵｐｌｉｎｋ行分组接入）；上行链路达到２．５ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ，２－３倍于Ｒ６ＨＳＵＰＡ（ＨｉｇｈＰａｃｋａｇｅｓＡｃｃｅｓｓ，高速上行分组接入）。主要通过多天线技术，自适应编码调制和基于信道质量的频率选择调度来实现。（４）时延提供低时延，用户面内部单向传输时延低于５ｍｓ，控制面从睡眠状态到激活状态的迁移时延低于５０ｍｓ，从驻留状态到激活状态的迁移时延低于１００ｍｓ，以增强对实时业务的支持。（５）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。（６）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。但是，对ＶｏＩＰ业务的支持与低时延目标的实现导致了调度和Ｌｌ／Ｌ２信令设计上的困难，这一问题将会在（７）共存实现与第三代移动通信系统和其它通信系统的共存。支持与现有３ＧＰＰ和非３ＧＰＰ系统的互操作。（８）其它第５页共５９页北京邮电大学硕上学位论文第二章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ技术原理及通信系统仿真方法降低建网成本，实现从Ｒ６的低成本演进；让终端复杂度、成本和耗电更加合理；支持增强的ＩＭＳ（ＩＰＭｕｌｔｉｍｅｄｉａＳｕｂｓｙｓｔｅｍ，ＩＰ多媒体子系统）和核心网；强调后向兼容，同时兼顾兼容性与性能改进的平衡。２．１．３ＬＴＥ网络架构图２－１ＬＴＥ基本架构ＬＴＥ体系架构，包括逻辑网络元素和接口。如图２－１所示。Ｅ．ＵＴＲＡＮ由一个或者多个网络元素演进的ｅＮｏｄｅＢ（ＥｖｏｌｖｅｄＮｏｄｅ．Ｂ，ＬＴＥ基站）组成，ｅＮｏｄｅＢ之间通过Ｘ２接口彼此互联，ｅＮｏｄｅＢ与ＣＮ（ＣｏｒｅＮｅｔ，核心网）通过Ｓ１接口相连，ｅＮｏｄｅＢ与ＵＥ（ＵｓｅｒＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，用户设备）通过空口互连【８１。运营发这２．１．４是正被调的变基本前缀北京邮电大学顺＋｛：学位论文第二章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ技术原理及通信系统仿真方法ＯＦＤＭ系统中的时问和频率资源可以被组合成为子信道在不同用户间分配。在ＯＦＤＭ系统中，所有子载波相互正交，如果同一个帧内的用户的定时偏差和频率偏差足够小，则可以认为同一小区内的用户不会存在相互干扰，比码分多址系统更有优势。、如图２．２所示，ＬＴＥ采用ＯＦＤＭＡ作为下行多址方式。域ＯＦＤＭ调制图２－２ＬＴＥ下行多址方式如图２．３所示，ＬＴＥ采用ＤＦＴ－ＳＯＦＤＭ（ＳＣ．ＦＤＭＡ）作为上行多址方式。―＋时｛点频域―＋―◆心豢勰Ｈ。呷ｕＱ，舭ＡＭｉ惝雕Ｉ］删，卜―＋子载ＤＦＴ波映广―］域ＩＦＦｒ―＋叫加ｃＰ卜一射Ｉ．．．．．－ＪＩ――◆－ＤＦｒ－ＳＯＦＤＭ调制图２―３ＬＴＥ上行多址方式２．１．５ＬＴＥ与ＬＴＥ．Ａ演进２００８年３月，３ＧＰＰ组织启动了ＬＴＥ．Ａ标准工作，协议版本为Ｒｅｌｅａｓｅ１０。ＬＴＥ．Ａ标准相对于ＬＴＥ进行技术性能的全面增强，类似于ＨＳＰＡ相对于ＷＣＤＭＡ的技术增强。２００９年９月，ＬＴＥ．Ａ将作为４Ｇ候选技术标准向ＩＴＵ提交，预计２０１１年ＬＴＥ．Ａ商用系统将被部署并趋于成熟。ＬＴＥ．Ａ在标准化过程中强调后向兼容性特性，在网络结构方面，ＬＴＥ．Ａ与ＬＴＥ完全兼容，保证了网络结构的平滑演进，在终端技术方面，ＬＴＥ．Ａ系统的引第７页共５９页北京邮电人学硕上学位论文第．二章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ技术原理及通信系统仿真方法入不会对ＬＴＥ终端造成影响，满足后向兼容，有效降低终端开发的难度。ＬＴＥ．Ａ的技术指标全面满足并高于ＩＭＴ＝Ａ需求Ｉ引，包括：支持下行峰值速率１Ｇｂｐｓ，上行峰值速率５００Ｍｂｐｓ；系统性能指标，如小区与链路吞吐率已经明显超越了ＩＭＴ－Ａ要求。Ｕ琶．Ａ提出采用８Ｘ４的高阶ＭＩＭＯ配置，原来的４天线端口扩充为８个，并且Ｊ下在标准化下行参考信号、预编码码本设计，还提出了载波聚合、中继、ＣｏＭＰ（ＣｏｏｒｄｉｎａｔｉｖｅＭｕｌｔｉｐｌｅＰｏｉｎｔ，协同多点）技术、多用户波束赋形等关键技术。２．２通信系统仿真方法概述２．２．１通信系统仿真方法通信系统仿真一般分为链路级仿真和系统级仿真。链路级平台中包含一个基站和一个终端，关注的是一条链路在一定信噪比下传输的误码率，系统级平台中包含多个基站和多个终端，关注的是整个网络的吞吐量等性能指标。当链路级与系统级仿真不在同一平台中进行时，两者通过系统级和链路级接口相联系。链路级仿真一般用于算法研究和算法比较。在３ＧＰＰ技术报告ＴＲ２５．９９６中，链路级仿真被定义为校准目的，用于比较一个给定算法的不同实现方式的性能。这是因为一条链路的仿真结果不能体现整个系统的性能，不足以对系统的典型行为做出结论性评价，如调度算法和ＨＡＲＱ等。系统级仿真分为静态仿真和动态仿真，可以用于最终算法的比较。２．２．１．１静态仿真静态仿真，又称“快照法”。采用蒙特卡罗方法，通过对移动通信系统场景进行多次的抓拍，对每一次抓拍建立一个理想系统平衡点，然后统计系统的性能。每间隔一段时间进行一次快照抓拍，每次抓拍是独立的。每次快照中，移动台随机分布于服务区中，通过迭代方式计算功率、干扰等指标，并记录下该瞬间的服务数，次在仿真不２．２．１．２动用户终业务数ｔ！．，兀北京邮ｌ乜人学硕上学位论文第二章ＬＴＥ／ＬＴＥ－Ａ技术原理及通信系统仿真方法收和发送，智能天线赋形，测量上报；ＲＮＣ对系统无线资源的管理等过程）以及网络中各个单元之间的信息和信令交互过程。在整个动态模拟过程中，动态仿真要及时不断地统计各种业务的服务质量指标，所以运算量大、耗时长。动态仿真与静态仿真相比具有以下优点：可以更为精确地体现系统的动态特征；可以较准确地模拟快速功率控制和切换过程；可以更真实地模拟分组业务的到达模型及交互特性；可以反映突发式分组业务与语音业务之间的相互影响；可以更好地分析、检验和改进各种复杂的无线资源管理算法【ｌｏ】。２．２．２通信系统仿真评估指标本小节对各种系统仿真评估方法和度量指标进行了总结。对不同业务系统的评估采用不同的系统性能指标。（Ｉ）一般数据业务下的系统指标主要包括：ａ１用户峰值速率用户峰值速率的评估需考虑所有的开销（控制信道、导频、保护间隔、编码率等）。该值为系统中所有用户都采用最高调制方式，最大天线数等最优配置下的传输速率，一般通过理论分析得到。ｂ１频谱效率用户峰值速率是一个理论值，因为其合计的小区吞吐量是小区内所有用户共享现有资源时的值。考虑实际的噪声、信道衰落、用户间干扰对发射信号的影响，接收机并不能完全接收到所需信号。实际吞吐量无法达到理论吞吐量的上限，因此，在仿真中，吞吐量用实际情况下所有时隙能正确接收的数据包大小除以所有时隙数得到，频谱效率用吞吐量除以带宽得到。频谱效率是站间距和小区用户数的函数，其统计应该在满足公平标准和延时标准的前提下进行。要求用户在小区内位置随机分布，且系统采用满负载，多小区的系统，可以采用小区绕卷（Ｗｒａｐｒｏｕｎｄ）的方法。频谱效率分为（扇区）平均频谱效率和边缘用户频谱效率。（扇区）平均频谱效率，由所有用户正确接收到的数据之和除以仿真时间除以带宽除以总扇区数得到，单位为ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ／ｃｅｌｌ。用户频谱效率由每个用户的总吞吐量除以总的时间得到。评估时采用用户频谱效率ＣＤＦ（ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＦｕｎｃｔｉｏｎ，累积分布函数）曲线的５％值作为边缘用户频谱效率。用户频谱效率ＣＤＦ曲线，是在满足公平性和延时标准的满负载ＦｕｌｌＢｕｆｆｅｒ系统中，站问距和小区用户数的函数１１１Ｊ。ｃ）系统干扰除了前面的两个指标，上行系统中还需要统计系统干扰。由于上行系统每个用户的发射功率不同，因此系统干扰波动较大，会造成用户调制编码方式选择的第９页共５９页北京邮电人学硕上学位论文第二章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ技术原理及通信系统仿真方法不准确，从而影响系统性能，因此评估指标还包括ＩＯＴＣＤＦ曲线，该曲线反应了系统功控算法的性能。７类似于ＣＤＭＡ系统中采用背景噪声提升（ＲｉｓｅｏｖｅｒＴｈｅｒｍａｌ，Ｒｏｎ来描述干扰，ＯＦＤＭＡ系统中采用背景噪声干扰ｆＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＯｖｅｒＴｈｅｒｍａｌ，ＩＯＴ）来描述系统干扰，用如下公式来表示：１０Ｔ：尘坐Ⅳ式（２．１）其中，，是接收到的干扰，Ⅳ是噪声【１２１。（２）语音等实时业务下的系统指标包括：系统容量，即系统中满足ＱｏＳ（ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ，服务质量）的用户数。２．２．３通信系统仿真工具（１）Ｃ语言是一种计算机程序设计语言。它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。因此，它的应用范围广泛，不仅仅是在软件歼发上，而且各类科研都需要用到Ｃ语言，具体应用比如单片机以及嵌入式系统丌发。（２）ＭＡＴＬＡＢＭＡＴＬＡＢ是一种用于工程计算的高性能语言，它集中了计算功能、数据可视化功能和程序设计功能。其特点是以数组和矩阵为元素，主要包括以下几个部分：ＭＡＴＬＡＢ语言、ＭＡＴＬＡＢ工作环境、ＭＡＴＬＡＢ旬柄图形控制系统、ＭＡＴＬＡＢ数学函数库、ＭＡＴＬＡＢ工具箱和ＭＡＴＬＡＢ的应用程序接口。ＭＡＴＬＡＢ被称作为第四代计算机语言。除了简洁易用，功能强大的工具箱是ＭＡＴＬＡＢ的另一特色。ＭＡＴＬＡＢ包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱用于多种学科，由各专业领域内学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，就可以直接进行高，精，尖的研究。第１０页共５９页北京邮电人学硕士学位论文第三章ＬＴＥ／ＬＴＥ．ＡＪ－行系统级仿真，｝，台设计与实现第三章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ上行系统级仿真平台设计与实现３．１系统总体架构设计整个仿真过程共运行Ｎ次，每次仿真称为一个ｄｒｏｐ。每个ｄｒｏｐ以不同的随机数种子更新生成信道所需的随机参数，并随机撒点确定本次系统快照中的用户位置，保证每次仿真的独立性。每一个采样间隔为一个ＴＴＩ，每个ｄｒｏｐ由Ｎ个丌Ｉ组成，每个ＴＴＩ为每次仿真通信系统工作的最小单位。假设在这个时间间隔内，信道状况不发生变化。每个ＴＴＩ进行一次完整的传输过程，包括终端ＨＡＲＱ同步数据处理，资源调度，接收端译码和反馈等。合理设置ｄｒｏｐ数和１１１数，可以控制仿真精度和统计结果的准确度。按照功能将平台模块化，如图３－１所示。霄－葛磊音恶磊｛【．．．。．．．．．。一．――Ｊ１．――…――Ｊｉ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．＿ｊ―ＪＬ图３－１平台功能模块划分从代码实现结构上划分，分为５个功能模块：初始化模块、ＨＡＲＱ发端处理模块、业务模块、资源调度模块、干扰计算模块；从功能上划分，除了前面５个模块还有仿真流程控制模块和数据存储模块。区别于下行链路仿真平台，ＬＴＥ上行链路仿真平台的功控模块，调度模块和干扰计算模块有较大的不同。后文会一一进行阐述。３．２仿真系统参数设计北京邮电人学硕士学位论文第三章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ，ｔ－行系统级仿真平台设计．＋ｊ实现衡，仿真业务支持满缓存业务（ＦｕｌｌＢｕｆｆｅｒ）和ＶｏｌＰ业务。３．２．１ＬＴＥ系统参数根据ＩＴＵ文档【１５ｌ和相关３ＧＰＰ规洲１６，１７］，ＬＴＥ系统中的子载波『白Ｊ隔为１５ＫＨｚ，考虑到升余弦滚降因子，假设信道带宽为１０Ｍ，实际调度与发送信号的带宽约为９Ｍ，因此，在频域上，带宽为１０ＭＨｚ的系统由６００个子载波所组成。在时域上，每个ＴＴｌ（ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＴｉｍｅＩｎｔｅｒｖａｌ，发送时Ｉ＇ＦｌＪＩ＇ＮＪ隔）时长是ｌｍｓ。一个时频调度单位为一个ＰＲＢ（ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｓｏｕｒｃｅＢｌｏｃｋ，物理资源块），即１２个子载波。类似地，仿真带宽与时频资源块个数的对应关系如表３－１所示。表３－１系统带宽与资源块数目的关系系统带宽（ＭＨｚ）子载波总数ＰＲＢ总数１．２５７３６５３０１２５１０６０１５０２０１２０１１００ＬＴＥ在空中接Ｅｌ上支持两种帧结构：Ｔｙｐｅｌ和Ｔｙｐｅ２，如图３．２所示，其中Ｔｙｐｅｌ用于ＦＤＤ；Ｔｙｐｅ２用于ＴＤＤ，无线帧长度为１０ｍｓ。在ＦＤＤ中１０ｍｓ的无线帧分为１０个长度为ｌｍｓ的子帧，每个子帧出两个长度为０．５ｍｓ的时隙组成。在ＴＤＤ中１０ｍｓ的无线帧由两个长度为５ｍｓ的半帧组成，每个半帧由５个长度为ｌｍｓ的子帧组成，其中有４个普通的子帧和１个特殊子帧。普通子帧由两个０．５ｍｓ的时隙组成，特殊子帧由３个特殊时隙ＵｐＰＴＳ（ＵｐｌｉｎｋＰｉｌｏｔＴｉｍｅＳｌｏｔ，上行链路导频时隙）、ＧＰ（ＧｕａｒｄＰｅｒｉｏｄ，保护时间）和ＤｗＰＴＳ（ＤｏｗｎｌｉｎｋＰｉｌｏｔＴｉｍｅＳｌｏｔ，下行链路导频时隙）组成。砸们Ｄ■啊Ｌ二』～生．Ｕ―Ｌ■一上！一』二～Ｉ一生一二一■■’一一＿…――一ｒ一一‘―――厂一一―――Ｔ一…―１一一―――１厂一～一…＋一广…―一―］Ｔｙｐｅ２ＴＤＤ８９／ｌ／、ＤｗＰＴＳＧＰＵＤＰＩ．ＳＤＷＰＴＳＧＰＵｐＰＴＳ图３－２Ｕ［’Ｅ无线帧结构第１２页共５９页北京邮电人学硕＿ｆ：学位论文第三章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ上行系统级仿真ｉＦ台设计与实现表３－２ＴＤＤ时隙西己比表子帧序号时隙Ｏ１２３４５６７８９蔓吓锈ＤＳＵＤＤＤＳＵＤＤＬＴＥ的基本天线配置是下行２Ｘ２，上行１Ｘ２，ＬＴＥ．Ａ的基本天线配置要求是下行４Ｘ４，上行是２Ｘ４。信道估计采用理想信道估计。图３－３上行导频图样如图３．３所示，每个ＰＲＢ有２４个符号用于发送导频，因此控制信令和参考信号开销，在系统级折合成为：每２０Ｍ带宽有８个ＰＲＢ用于ＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ，确认信息）、ＣＱＩ（ＣｈａｎｎｅｌＱｕａｌｉｔｙＩｎｄｉｃａｔｏｒ，信道质量指示）、ＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇｍａｔｒｉｘｉｎｄｉｃａｔｏｒ，预编码矩阵指示符）反馈，每个子帧２个ＯＦＤＭ符号用于发送上行导频，每５ｍｓ有２个ＯＦＤＭ符号用于特殊子帧的ＵｐＰＴＳ时隙。因此仿真中用于发送数据的ＰＲＢ数要从表３－１中提到的ＰＲＢ数减去控制信令和参考信号开销得到。Ｓｏｕｎｄｉｎｇ周期为５ｍｓ，因此仿真平台的反馈时延为５ＴＴＩ，即Ｏ时刻在接收第１３页共５９页北京邮电人学硕卜学位论文第三章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ上行系统级仿真平台设计．’ｊ实现端计算的ＣＱＩ，在５时刻在发送端用于调度和ＭＣＳ（ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＳｃｈｅｍｅ）选择。ａｎｄＣｏｄｉｎｇＩＭＴ－Ａ信道定义了４种测试场景：室内热点（ＩｎｄｏｏｒＨｏｔｓｐｏｔ，ＩＮＨ），城市微ｄｘｌ又（Ｕｒｂａｎｍｉｃｒｏ，ＵＭＩ），城市宏小区（Ｕｒｂａｎｍａｃｒｏ，ＵＭＡ）和郊区（Ｒｕｒａｌｍａｃｒｏ，ＲＭＡ），每种场景又分为视距（１ｉｎｅ．ｏｆ－ｓｉｇｈｔ，ＬＯＳ）和非视距（ｎｏｎ．ＬＯＳ，ＮＬＯＳ）两种传播场景。每种测试场景具有不同的路径数，每条路径包含２０条子径，每条子径的功率，时延，以及到达角和离丌角等参数服从各自的概率密度分稚函数和它们之间的互相关函数。每种测试场景主要参数如表３．３所示。表３．３ＩＭＴ－Ａ信道测试场景主要参数室内ＬＯＳＮＬＯＳ３．４３６０６．７．７０Ｏ．１８．７．４１Ｏ．１４．７．１９０．４０城市微小区ＬＯＳＮＬＯＳ２．５３２００１０―６．８９Ｏ．５４城市宏小区ＬＯＳＮＬＯＳ２３０５００２５．７．０３０．６６．６．４４Ｏ．３９郊区ＬＯＳＮＬＯＳ８００１２０１７３２３５．７．４９Ｏ．５５．７．４３中心频率（ＧＨｚ）运动速度（ｋｍ／ｈ）站问距（ｍ）基站天线高度（ｍ）时延扩展均值均方差均方差ｌｏｇｌ０（［ｓ］）阴影衰落０．４８３４３４４６４８（ｄＢ）ＬＯＳ场景Ｋ因子（ｄＢ）极化因子（ｄＢ）均值均方差７ＮｉＡＮ／Ａ１０４１９２０５１１９Ｎ｜ＡＮ／Ａ８．０３９Ｎ／Ａ７Ｎ／Ａ４１１４５９３３．５８４１２２０５１１Ｎ｜久７３２０２０２１５４１２８１１２０２Ｎ｝Ａ７４１０２０２３均值均方差考虑强径的路径数每条路径的子径数离丌角角度扩展ＡＳＤ到达角角度扩展ＡＳＡ１５２０５８１２２０３１９２０１０２２１７３其它具体参数详见文献【１５１。第１４页共５９页北京邮电人学硕上学位论文第三章ｕ’Ｅ／Ｌ１［Ｅ．Ａ卜行系统级仿真平台设计与实现３．２．３仿真平台其它参数表３４仿真平台其它参数参数取值网络拓扑１９小区，共５７扇区（室内场景为２小区）天线配置详见３．２．Ｉ节移动台发射功率２４ｄＢｍ（室内场景为２１ｄＢｍ）基站端噪声系数５ｄＢ基站天线增益１７ｄＢｉ（室内场景为０ｄＢｉ）路径损耗１２８．１＋３７．６１０９１０（Ｒ），Ｒ－距离（ｋｍ）白造功率谱密度－１７４ｄＢｍ／Ｈｚ基站天线图样（水平）（３扇区小区）巾卜ｍｉｎ№川加小岛拈＝７０ｄｅｇｒｅｅｓ．Ａｍ＝２０ｄＢ基站天线图样（垂直）（３扇区小区）槲“ｎ【１２（警）２，叫加圳‰＝１５．ＳＩ．Ａｖ：２０ｄＢＬ２Ｓ接口ＥＥＳＭ（ＥｘｐｏｎｅｎｔｉａｌＥｆｆｅｃｔｉｖｅＳＩＲＭａｐｐｉｎｇ，指数有效信噪比映射）接收算法ＭＭＳＥ双工方式ＦＤＤ，ＴＤＤ，上下行时隙配比：２：３调制方式ＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ，６４ＱＡＭ除了以上基本参数，仿真平台其它运行参数，如带宽，天线数，运行场景，业务模型等，封装成为全局变量或模块，根据评估要求进行设置。３．３仿真系统功能模块实现３．３．１系统初始化模块３．３．１．１地理位置与用户位置生成．（１）地理位置基本六边形网络簇为１９小区，共５７扇区。对于每个小区都需要考虑其周围两层小区的干扰情况，因此采用Ｗｒａｐ．ｒｏｕｎｄ技术【１８】。仿真中通过映射的方法在虚拟小区中采用实际小区的功率干扰情况。虚拟小区在干扰计算中采用中心六边形网络位移以后对应位置实际小区的功率进行计算，以保证每个小区都考虑了其周围两层小区干扰。虚拟小区网络可以看成是原六边形网络的位移。原六边形网第１５页共５９页北京邮电大学硕卜学位论文第三章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ上行系统级仿真平台设计与实现络和每个位移的小区网络的扇区具有一一映射的关系，因此，位移的小区网络中的每个小区与中心原六边形网络中的对应小区除了位置不同外，都具有相同的天线配置、通信量、衰落、路径损耗等。如图３．４所示。例如，当１５号小区为服务小区的时候，需要考虑虚拟小区２，１，７，８，９，１０，１１，１２，１８和实际小区１４，４，５，１６，１７，６，０，３，１３的干扰。１３――＿／６―７一一７―一７一一，７１４４、一一ｒ一一７５，――５，－一１８――７１５一√１７…一。。。１５ｊ一一一７ｒ一７１７――１０一－１６…１１Ｉｌ…一９――、、１２９～１２ｒ２ｒ８～。３…８―３一～ｌ～―、１３ｊ一一４．．．．，――７――一＋４一――?６一一一１４ｉ５１４／一１８＋一１７ｊ１６～７／ｌ，一１３一一／０一一７‘６／５厂一１８１５１０―√１６…一ｌｌ…９９１２１７―――?――１０――――Ｉｉｒ一一２一一――２，一一８―一√３一一一ｌ，一１３，，一――：７一‘一―７图３４１９小区ｗｒａｐａｒｏｕｎｄ模型基站位于六边形小区的中央，天线采用３扇区天线，每个扇区采用的天线方向图相同，以减少相邻小区间同频干扰。２图３．５三向天线将小区划分为３个扇区（２）用户位置设定用户总数以后，随机分布在５７个扇区。每个扇区的用户数随机分布，但设置下限，避免有的扇区一个用户也没有的情况发生，使仿真平台更具有普适意义。当某小区撒到的用户数少于用户数下限第１６页共５９页北京邮电人学硕士学位论文第三章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ．Ｊ：行系统级仿真甲台设计与实现时，重新初始化所有用户位置。３．３．１．２衰落计算用户位置确定以后，计算每个用户的传输损耗，存入全局变量。传输损耗主要受小尺度衰落和大尺度衰落影响。小尺度衰落与信道快衰特性相关，在３．３．４节再作介绍。大尺度衰落主要考虑路径损耗，阴影衰落和天线增益。路径损耗由传播模型决定，如ＣＯＳＴ２３１，Ｏｋｕｍｒａ．Ｈａｔａ等，根据文献【１９ｌ，Ｌ＝１２８?１＋３７?６ｌｏｇｌ。（尺），Ｒ（ｋｍ）式（３．３）阴影衰落根据文献ｆ２０】，ｆｏ．５ＢｅｔｗｅｅｎｃｅｌｌｓＳｈａｄｏｗｉｎｇｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ＝｛一【１Ｂｅｔｗｅｅｎｓｅｃｔｏｒｓ式（３．４）阴影衰落Ｓ＝１０鼍仃。，其中五＝口Ｚ＋％，且口２＋６２；１。Ｚ是所有扇区的公共因子，Ｚｉ在小区间相互独立。Ｚ和Ｚｉ数学期望都为Ｏ，标准方差为８ｄＢ的高斯随，．，１，』＝，Ｊ＝一。＾１机变量。当”２时，则相关性为５０％；当口２；Ｌ６２；０时相关性为１００％。天线增益的计算采用３扇区天线，根据公式（３．１），每根天线的最大增益为１４ｄＢｉ，随着与视轴方向的偏离，天线增益逐步降低，最大衰减为２０ｄＢ。图３．６说明了天线增益随角度变化情况。厂、ｌ‘ｌ．１竺．１０Ｊｆ＇：．１５ｌ’ｆ。ｆ．２０ｌ｝ｊ．２５．１８０一ｌｊＯ．１：Ｏ．９０．６０．３００３０６０玎ｍｊｚｏｎｔ越Ａｎｇｌｅ―Ｄｅｇｒｅｅ５图３－６三扇区结构天线增益图第１７页共５９页北京邮电大学硕．Ｉ：学位论文第三章ＩＴＥ／Ｉ砸．Ａ上行系统级仿真、Ｆ台设计‘ｊ实现３．３．１．３业务模型生成常用的业务模型主要有以下四种：ＦｕｌｌＢｕｆｆｅｒ（满缓存模型）、ＦＴＰ（ＦｉｌｅＴｒａｎｓｆｅｒＰｒｏｔｏｃｏｌ，文件传输协议）、Ｈ１ｒｒｒＰ（ＨｙｐｅｒＴｅｘｔＴｒａｎｓｆｅｒＰｒｏｔｏｃｏｌ，超文本传输协议）和ＶｏｌＰ。ＦｕｌｌＢｕｆｆｅｒ业务模型是最简单的业务模型，即只要能够占有资源，所有用户都有数据可供发送，不存在没有数据发送的情况，而且数据包没有时延和ＱｏＳ要求。ＦｕｌｌＢｕｆｆｅｒ业务模型便于评估某项技术的性能或者是不同研究机构对研究结果进行对比。实现流程包括：每个ＴＴｌ首先检查每个用户的所有ＡＲＱ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＲｅｐｅａｔＲｅｑｕｅｓｔ，自动请求重传）过程的发送缓存是否为空，如果为空就向其发送缓存中装填数据，并针对该用户给装填的数据包一个唯一的ＡＲＱ进程号作为标识。当该包被调度后，对该ＡＲＱ进程号的数据包不做检查；当该包成功接收或重传超时丢弃后，数据包的ＡＲＱ进程号恢复初始状态，代表已经装满数据，等待该用户下次调度。ＶｏｌＰ业务在计算机仿真分析中采用２状态模型【１５１，分别是激活状态和静默状念。基于速率为１２．２ｋｂｐｓ的ＡＭＲ（ＡｄａｐｔｉｖｅＭｕｌｔｉＲａｔｅ，自适应多速率）声码器，激活期数据包为进行头压缩后的语音业务的数据，包大小为４０ｂｙｔｅ。在静默期没有语音数据传输，只有由于背景噪声产生的ＳＩＤ（ＳｉｌｅｎｃｅＤｅｓｃｒｉｐｔｏｒ）包，包大小为１５ｂｙｔｅ。语音帧长为２０ｍｓ，ＶｏｌＰ数据包到达间隔是固定的，在瞬态／激活期时为２０ｍｓ，静默期为１６０ｍｓ。每个数据包在其产生后５０ｍｓ内没有成功传输则丢弃，当一个用户的误包率超过２％时，该用户过载。当系统中９８％以上的用户满足不过载时，系统满足ＶｏｌＰ业务的需求，否则系统过载，满足这一条件的最大用户数为ＶｏｌＰ的系统容量。每个Ｄｒｏｐ开始时，每个用户具有随机分配的初始状态和用户状态跳转问隔计数器，ＶｏｌＰ业务模型实现流程如图３．７所示。第１８页共５９页北京邮电人学硕上学位论文第三章ＬＴＥ／ＬＴＥ．ＡＥ行系统级仿真平台设计与实现器室ＹＥＳ懈一Ｎ０Ｙ『Ｓ一空害图３．７ＶｏｌＰ业务模型实现流程第１９页共５９页￡北京邮电人学硕士学位论文第三章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ上行系统级仿真，Ｆ台设计０实现３．３．２功率控制模块功率控制的直接效果是通过调整终端在每个资源调度单位上的发射功率，决定每个终端能支持发送的单位资源块数。具体步骤包括：确定终端的大尺度衰落；根据功率控制的方案确定终端在每个ＰＲＢ上的发射功率；用终端的最大发射功率除以每个ＰＲＢ上的发射功率，得到其能支持发送的最大ＰＲＢ数，作为资源调度的参考。Ｐｐｃ―ＰＲＢ（旷‰ｔ扭）＋ｍｉｎ０，ｍａｘＲ晌（删ａ×（‰矿厶船））］）式（３．５）其中Ｌ为某终端的大尺度衰落（包括路损、阴影衰落和天线增益等），口是小区中心用户与小区边缘用户公平性的调整因子，在０－１间取值；ｋ．ｉｌｅ是用户大尺度衰落值ＣＤＦ曲线的某一点的大尺度衰落值，Ｒｍ；ｎ为发射功率下限，只御为最大发射功率。本模块的调整参数主要为功率控制调整后用户信号到达基站的功率ＰＯ，公平因子口。３．３．３资源调度模块?３．３．３．１分组调度在资源调度模块设计中，需要采用相对合理的调度算法，常用的调度算法有轮循（ＲｏｕｎｄＲｏｂｉｎ，ＲＲ）调度算法、比例公平（ＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌＦａｉｒ，ＰＦ）调度算法和最大载干比（ＭＡＸＣ／Ｉ，ＭａｘｉｍｕｍＣａｒｒｉｅｒｔｏＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）调度算法三种。轮询调度算法的主要原则是：顺序依次调度所有用户。比例公平调度算法的主要原则是：根据每个用户的优先级因子从高到低选择调度用户。优先级因子根据以下式子进行计算：鼬∽２黼瓣，其中，只Ｏ，七）表示第ｆ用户在第ｆ时刻在第七资源块上的优先级因子，ａ是指数公平因子，默认值选取为０．７５。互（ｆ）在每个资源块调度完成后都需要更新，如果该资源块没有分配给用户ｆ，则使用卢ｌＯ一１）更新，否则使用ｆｌ互（ｔ一１）＋（１一ｆ１）Ｎ，新，其中，卢因子体现该用户已发数据总量对公平性的影响，取值为０．９９，Ⅳｆ是第ｆ用户第ｆ时刻已发的数据总量。Ｒｉ（ｔ，七）为ｆ用户在ｆ时刻第七资源块上根据信道状况确定的可发数据量。北京邮电人学硕上学位论文第三章ｌＴＥ／ＩＴＥ．Ａｔ行系统级仿真．甲台设计‘ｉ实现需要特别说明的是，ＬＴＥ上行采用单载波频分多址接入，因此上行链路调度的特点是相同用户占用的资源块在频域上必须是相连的。因此本平台中的调度实现分为两个阶段：第一阶段，解决每个用户可以占用多少个资源块的问题：遍历所有ＰＲＢ，根据每个ＰＲＢ上反馈的窄带ＣＱＩ，采用比例公平调度算法，在每个用户占用资源块数不超过其功控支持块数的前提下，计算出每个用户可以占用的资源块数。第二阶段，解决每个用户在哪段资源块上调度的问题：遍历所有用户，从待分配的第一个资源块丌始，根据第一阶段确定的每个用户的发送ＰＲＢ数，计算每个用户在此段资源上的ＳＩＮＲ（ＳｉｇｎａｌＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ，信号干扰噪声比），计算方法是把当前用户在这段资源上的窄带ＣＱＩ根据ＥＥＳＭ映射成为一个信噪比，选择该信噪比最大的用户调度。分配完该用户以后，从待分配的第一个资源块开始遍历其余用户，重复以上操作。３．３．３．２调制编码方式选择用户发送的位置选定以后要进行调制编码方式选择，这里需要考虑控制时延，如３．２．１节所述，ＣＱＩ反馈周期为５ｍｓ，则采用５个１１１之前的接收端计算得到的ＣＱＩ经过反馈在当自订时刻用于ＭＣＳ选择。传输带宽和发射功率确定后，根据信道状况，自适应编码调制增加了系统的频谱效率。３．３．４ＩＭＴ－Ａ信道模块信道建模步骤：首先进行用户参数定义，包括测试场景、网络拓扑和天线配置；然后生成传播参数，包括大尺度参数和小尺度参数：最后，生成信道响应。ｔ时刻，某用户第Ｓ号发射天线到基站第Ｕ号接收天线的无线信道中，第１１条路径的时域信道响应通过以下公式计算Ｉｌ５Ｊ：第２１页共５９页北京邮电人学硕十学位论文第三章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ上行系统级仿真甲台设计与实现其中，Ｕ为接收天线序号，ｓ为发送天线序号，ｎ为路径序号，只为第ｎ条主路径的功率，ｍ为每个路径的子径序号，Ｆ为接收／发送天线在垂直和水平方向上的增益，ｋ是个常数等于２ｕ／ｋ，九为载波的波长，ｄ，为ＭＳ天线之间的距离，ｄ“为ＢＳ天线之问的距离，①一棚为第ｎ条路径第ｍ条子路径的相位差，％，ｍ为ＭＳ移动速度。ＬＯＳ场景下，公式（３．７）变为：队ｎｏ）２√去巩＾一ｏ）＋６㈦悟［急艇种印‘苫划唧（二‰）］［茂艇弭．ｅｘｐ（ｊｄ，娥１ｓｉｎ（丸岱））ｅｘｐ（ｊｄ。娥１ｓｉｎ（吼∞））ｅｘｐ（＿『勿毗∞ｆ）式（３．８）其中，ＡＲ为ＬＯＳ因子。３．３．５干扰计算模块干扰计算模块主要实现两部分功能，分别是数据包译码和ＣＱＩ反馈。每个用户接收端信噪比龇ⅣＲ＝足／（￡＋昂）；足等于发射功率乘以大尺度衰落，天线增益，小尺度衰落，接收算法增益以及接收端噪声系数等其他损耗。３．３．５．１数据包译码接收端采用ＭＭＳＥ均衡，计算出每个子载波每个数据流的信号功率和噪声功率。它考虑了信号的流问干扰和噪声带来的影响，增大了信号与干扰信号及噪声的比值，增加了Ｊ下确译码的概率。其目标是使估计值经过与原始信号相同的过程以后的值与接收端实际接收信号的最小均方误差最小，经过对目标函数求解可以得到估计矩阵：Ｍ删Ｈ日＋赤，）－１∥式（３－９）其中Ｈ为单流或者多流的信道转移矩阵。计算出每个用户在所占用的每个子载波上的信噪比后，再通过ＤＦＴ计算出每个用户的有效信噪比。根据计算出第２２页共５９页北京邮电人学硕七学位论文第三章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ．１－．行系统级仿真平台设计与实现的有效信噪比在用于ＭＣＳ选择的链路级曲线上寻找该信噪比下采用该包调制编码方式所能达到的误包率，假如是Ｏ．８，则说明该包有８０％的概率传错，生成一个均匀分布的随机数，其小于０．８的概率也应是８０％，如果这一随机数小于０．８，判定当前数据包没有正确接收，否则数据包传输成功。３．３．５．２系统干扰和信噪比反馈反馈的信噪比由于上行系统中每个用户的发射功率不一样，因此为了更加准确地反应系统的平均统计特性，反馈的ＣＱＩ不能用当前时刻用户在占用子载波上的接收信噪比，而是用信号功率除以系统平均干扰得到反馈信噪比。由于系统的平均干扰波动比较大，因此对系统ｌＯＴ计算采取干扰累加和平滑处理，平滑窗长取经验值４。然后用ＭＭＳＥ检测之后总的接收信号功率处以ＩＯＴ，作为反馈的ＣＱｌ用于发送端数据包调度的ＭＣＳ选择。根据ＴＳ３６．２１３Ｓｅｃｔｉｏｎ７．２．１的描述，在ＣＱＩ的反馈带宽方面，可以考虑两种反馈方式：宽带ＣＯＩ和窄带ＣＱＩ反馈。宽带ＣＱＩ反馈就是在较宽的带宽内只上报一个ＣＱＩ值，而窄带ＣＱＩ反馈是在每个子带内分别上报ＣＱＩ值。３．３．６ＨＡＲＱ功能实现若为．１图３－８ＣＣｍ熔Ｑ发端处理模实现流程第２３页共５９页北京邮电人学硕士学位论文第三章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ．１：行系统级仿真甲台设计．’ｊ实现根据合并方式的不同，ＨＡＲＯ可以分为相位合并（ＣｈａｓｅＣｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ，ＣＣ）ＨＡＲＯ和增量冗余（ＩｎｃｒｅｍｅｎｔａｌＲｅｄｕｎｄａｎｃｙ，ＩＲ）ＨＡＲＯ两种。以ＣＣ为例，发送端和接收端的ＨＡＲＱ功能实现流程如图３．８，图３．９所示。图３－９ＣＣＨＡＲＯ接收端处理模块流程图（ＣＣ）ＬＴＥ上行系统由于上行链路的复杂性，来自其它小区用户的干扰不确定，基站无法精确估测各个用户实际的ＳＩＮＲ值。ＳＩＮＲ值的不准确导致了上行链路对于ＭＣＳ选择不够精确，所以更多地依赖ＨＡＲＱ技术来保证系统性能，因此上行链路的平均传输次数高于下行链路，考虑到控制信令开销的限制，ＬＴＥ上行系统采用同步ＨＡＲＱ技术。第２４页共５９页北京邮电大学硕：ｌ：学位论文第二三章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ上行系统级仿真－、Ｆ台设计与实现３．３．７ＵＥＴＤＤ／ＦＤＤ双工方式实现根据３．２．１节设置的时隙配比表实现时分双工。ＴＤＤ与ＦＤＤ在实现流程上的区别是在ｓｏｕｎｄｉｎｇ时隙，上行发送参考信号，对用户进行调度，计算系统干扰并反馈ＣＱＩ，但是不进行译码判决和吞吐量累加。只有在ｓｏｕｎｄｉｎｇ时隙更新反馈的用户ＣＱＩ，非ｓｏｕｎｄｉｎｇ时隙的用户ＣＯｌ取为上一时刻的值。在全系统的系统级仿真中，有时候由于复杂度的限制不可能把系统级和链路级作为一个完整的模型建立在同一个计算机平台上，无法对每条用户和基站间的无线链路都进行实际的仿真计算，因而需要引入Ｌ２Ｓ（ＬｉｎｋｌｅｖｅｌｔｏＳｙｓｔｅｍｌｅｖｅｌ）接口即链路级和系统级接口，在链路级仿真和系统级仿真之间建立必要的输入输出连接关系。一【亦２－１―１式（３－１０）其中，ＳＩＮＲ表示拟合后的有效信噪比，Ｍ表示占用的资源块数，Ｎ表示ＦＦｒ点数，ＳＮＲｍ＋争表示第七个子载波上的信噪比值。３．４仿真结果与分析仿真平台开发完成后，用于技术评估之前需要先进行系统架构校准。北京邮电人学硕十学位论文第三章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ．Ｉ：行系统级仿真平台设计．’ｊ实现可以对３．４．１不同天线配置下ＬＴＥＳＩＭＯ系统性能比较ＬＴＥ的基本配置中，上行为１Ｘ２系统，由于多输入多输出的多天线系统增加了空间自由度，增加了接收合并增益，使系统容量随着发送或接收天线数的增加得到巨大提高。公平调度，业务模型采用ＦｕｌｌＢｕｆｆｅｒ，接收端采用ＭＭＳＥ均衡算法，４天线采用垂直极化，８天线采用交叉极化，天线问距都为０．５波长，双工方式为ＦＤＤ，其它参数如３．２节所述采用相同的设置，不同接收天线配置下的ＳＩＭＯ系统频谱效率如下表：表３－５１Ｘ，Ｎ天线配置下扇区平均频谱效率对比扇区平均频谱效率１Ｘ４１Ｘ８（ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ／ｃｅｌｌ）ＵＭｌＵＭＡＲＭＡ１．７２１．４５１．６５２．０７２．０ｌ２．０ｌ表３－６１ＸＮ天线配置下边缘用户频谱效率对比边缘用户频谱效率１Ｘ４１Ｘ８（ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ）ＵＭｌＵＭＡＲＭＡ０．０５５０．０５６０．０７６０．０６４０．０７４０．０９２当天线数增加时，ＩＭＴ－ＡＵＭＩ，ＵＭＡ，ＲＭＡ场景的扇区平均频谱效率分别提升２０％，３８％，２２％，边缘用户频谱效率分别提升１６％，３２％，２１％。网络拓扑结构相同的ＵＭＩ，ＵＭＡ，ＲＭＡ场景，ＲＭＡ的提升最大，这是因’’为由于ＲＭＡ的站问距较大，运动速度较大，该场景下每个天线对之间的信道相关性较小，因此可以获得更大的分集增益。相同测试场景下，边缘用户频谱效率比扇区平均频谱效率提升要大，可以看出当信噪比不好的时候，ＭＩＭＯ技术的优势更为突出。在宽带无线通信系统中，存在严重的多径衰落，ＯＦＤＭ技术通过ＦＦｒ变换将频率选择性的多径衰落信道在频域内分为多个平坦信道，从而消除了多径带来的码间干扰的影响，同时，ＭＩＭＯ技术能够在空间中产生独立的并行信道，在这第２６页共５９页北京邮电人学硕上学位论文第三章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ上行系统级仿真平台设计与实现些并行信道中同时传输多路数据流，可以有效提高了系统传输速率，因此由ＭＩＭＯ提供的空间复用技术能够在不增加系统带宽的情况下提高频谱效率。３．４．２ＬＴＥ上行调度公平性改进结果比较根据３．３．３．１描述的调度方法，可以称为单载波频分多址接入条件下的比例公平调度算法。其有可能导致这样一种状况，信道状况好的用户，可以分配到很多资源块，但是信道状况不好的用户，有可能在第一阶段频选调度的时候分配不到太多的资源块，系统运行时问不够长的时候，无法保证一定的边缘频谱效率。考虑采用轮询调度的思想进行公平性改进，即把频带分为若干段，根据宽带ＣＱＩ反馈做频选调度，选出来的用户个数等于分段的段数，每个用户占用的资源块数相等，相当于在调度的第二阶段对第一阶段选出来的用户采用轮询调度。同时，因为上行系统每个用户的发射功率不一样，造成上行系统干扰波动较大，而且由于单载波的限制，用户往往不能调度在最优的资源上，而宽带ＣＱＩ反映的是该用户在全频带的平均信道状况，因此第一阶段用于频选调度的信噪比应是宽带ＣＱＩ，而不是窄带ＣＱＩ。表３．７上行调度公平性改进性能比较公平性改进前公平性改进后扇区平均频谱效率（ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ／ｃｅｌｌ）３．４５３．２８边缘用户频谱效率（ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ）０．２１７０．２３７从上表可以看出，公平性改进以后，边缘用户的频谱效率得到提高，但是由于在这种调度方法下部分信道状况不好的用户也得到了相等资源块的调度，但是发送成功率受信道条件的限制不高，因此系统平均扇区吞吐量会相应地降低。３．４．３地堰Ｑ性能比较ＨＡＲＱ技术和ＡＭＣ（ＡｄａｐｔｉｖｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎａｎｄＣｏｄｉｎｇ，自适应调制编码）技术都是链路自适应技术，它们的结合使用可以带来更大的数据速率。在ＡＭＣ中采用ＣＱＩ测量来设定调制编码格式，而在ＨＡＲＱ中则是由链路层信息来进行重传判决。ＡＭＣ可以根据ＵＥ的测定或者网络提供的信息条件来灵活的选择适当的ＭＣＳ，但需要ＵＥ进行准确的信道测量并且受到相应时延的影响。｜Ｌ讯Ｑ能够自动的适应信道条件的变化并且对测量误差和时延不敏感。ＡＭＣ和ＨＡＲＱ相结合起来可以得到最好的效果。首先通过ＡＭＣ对速率进行粗略的选择，然后再由ＨＡＲＱ进行精确的调节，可以更好地达到自适应的效果。第２７页共５９页北京邮电人学硕一｝：学位论文第三章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ上行系统级仿真甲台设计与实现在Ｃ０愀调效果工运盏ｖ讲簌粤啜１２扇区平均频谱效率边缘用户频谱效率图３．１０ＣＱｌ微调性能比较ＵＭＩ场景下，ＣＱＩ的微调效果不是很明显。因为信道变化快到一定程度的时候，选择的信道参数很难与信道实际情况相匹配，所以自适应技术更适用于多普勒扩展不是很大的情况。边缘用平均频户频谱１次传２次传谱效率３次传４次传效率输成功输成功输成功输成功丢包率（ｂｉｔ／ｓ／Ｈ（ｂｉｔ／ｓ／Ｈ率率率窒ｚ／ｃｅｌｌ）ｚ）ＩＲ０．８８７００．０２６００．８６２４０．１３４７０．００２２０．０００３０．０００２ＣＣ０．８８１７０．０２５８０．８６５９０．１２４４０．００７２０．００１６０．Ｏ００７采用ＩＲ的合并方式，每次发送的数据包合成一个具有更大冗余信息的编码第２８页共５９页北京邮电大学硕．１二学位论文第三章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ上行系统级仿真．、Ｆ台设计与实现包进行合并译码，可以得到更高的译码正确率。采用ＣＣ的合并方式，各次重传冗余版本均与第一次传输相同，即重传分组的格式和内容及调制编码方式与第一次传输的相同。因此在２次重传的时候，ＩＲ重传成功率明显比ＣＣ高，总的丢包率也只是ＣＣ的２５％。３．４．４ＴＤＤ／ＦＤＤ系统性能比较表３－９ＴＤＤ／ＦＤＤ性能对比天线方式／天线问距ＩＭＴ－Ａ指标ＦＤＤＴＤＤ平均频谱效率１．４１．５３１．４７（ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ／ｃｅｌｌ）垂直极化／４波长边缘用户频谱效率０．０３０．０６１０．０５２（ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ）平均频谱效率１．４１．４５１．３６垂直极化／０．５波长（ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ／ｃｅｌｌ）边缘用户频谱效率０．０３０．０５６Ｏ．０５１（ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ）从结果可以看出，ＴＤＤ系统的频谱效率与ＦＤＤ相比稍差，两种天线方式下，分别下降４％和６％，天线间距较大的情况下，性能下降较少。这是因为ＴＤＤ系统中的上下行转换时隙会造成信噪比的损失，因此性能会比ＦＤＤ系统稍差。由３．２．１节所述的ＬＴＥＴＤＤ物理层帧结构，假设把ｓｏｕｎｄｉｎｇ时隙算作上行时隙，转换时隙既不属于上行也不属于下行占用，在上下行时隙配比为２：３的条件下，上行的ＯＦＤＭ符号占用比率是（１４＋１４＋２）／（１４＋１４＋１４＋１４＋１３），下行激活时间为（１４＋１４＋１１）／（１４＋１４＋１４＋１４＋１３），总带宽相同的理想情况下，工程上可以根据ＦＤＤ频谱效率大致推算ＴＤＤ系统的频谱效率。第２９页共５９页北京邮电大学硕．１二学位论文第阴章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ系统中若干关键技术研究第四章ＬＴＥ／‘ＬＴＥ．Ａ系统中若干关键技术研究４．１部分功率控制研究４．１．１功率控制原理４．１．１．１功率控制的目的功率控制是在移动通信系统中根据信道变化情况及接收到的信号功率通过反馈信道，按照一定的规律控制和调节发射信号功率。一般通信系统中引入功率控制的目的主要是克服“阴影”效应带来的慢衰落；克服由于多径传播、空问选择性衰落而引入的慢平坦性衰落；克服上行链路中的“远近”效应；克服下行链路中的“角”效应。４．１．１．２功率控制的分类移动通信中的功率控制按照上下行链路来分类，可以分为上行功率控制和下行功率控制。上行功率控制是指控制用户的发射频率使得基站接收到的小区内所有用户发射至基站的信号功率或信号干扰比ＳＩＲ基本相等，它可以克服“阴影效应”。下行功控是根据信道，慢变化自适应地分配各业务信道的功率份额，使小区中所有用户收到的导频信号功率或信号干扰比ＳＩＲ基本相等。若从功率控制的方法看，可以分为歼环、闭环和外环功率控制。开环功率控制是指用户根据下行链路接收到的信号强度或者ＳＩＲ，对信道的衰落情况进行实时估计。若用户接收到的信号强度或者ＳＩＲ较强，表明用户与基站距离很近，或者信道状况较好，这是用户可以减低发射功率，反之，则增大发射功率。闭环功率控制是指利用上行基站接收通过一个反馈闭合环路送至移动台控制移动台上行发送。它克服开环功率控制精度不高的缺点，比如移动台利用下行接收控制上行发送，由于存在衰落的不对称性、反馈时延导致的误差、精度不高等。闭环功率控制又包括内环与外环功率控制，其中内环功率控制又称为快速功率控制，外环功率控制又称慢速功率控制。各种功控方式分别适用于不同的环境，其中快速功控主要用在低速移动与深衰落环境中，而慢速功控主要用在快速移动的环境中１１９Ｊ。４．１．１．３功率控制准则功率控制准则是功率控制的依据，从原理上大致可以分为：功率平衡准则、信噪比准则、混合平衡准则及误码率平衡准则。功率平衡是指在接收端，各用户收到的信号功率应相等。对于上行链路，功率平衡的目的是使各用户到达基站的信号功率相等。对于下行链路，则是要求各第３０页共５９Ｉ贞北京邮电人学硕上学位论文第四章ＬＴＥ／ＬＴＥ－Ａ系统中若干关键技术研究用户接收到基站的信号功率相等。信号干扰比平衡是指接收到信号干扰比应相等。对于上行链路，信号干扰比平衡的目标是使基站接收到的各个用户的信号干扰比应相等；对于下行链路，其目标是使各个用户接收到基站信号的信号干扰比应相等。功率平衡和信号干扰比平衡混合体制是指将前两种准则混合使用。功率平衡准则的功率控制方法易于实现，但是其性能不如基于信号干扰比平衡的功控。基于信号干扰比平衡的功率控制也存在局限性，如果一个用户到达基站的信号干扰比过低时，需增大其发射功率，使接收端的后处理信噪比增大，但是同时也增加了对其他用户的干扰，它必然导致其它用户也要增大其发射功率，这样循环正反馈有可能使系统崩溃。因此可以将二者结合使用。误码率平衡准则是指根据误码率来调整发射功率。由于误码率与信噪比或信号功率之间不存在简单的线性映射关系，且与信道性质有关，因此采用工程经验中的门限值来作为调整的依据。４．１．２不同移动通信系统的功率控制４．１．２－１ＩＳ－９５／ＣＤＭＡ，７．０００系统的功率控制ＣＤＭＡ系统是干扰受限系统，必要的功率控制可以有效地限制系统内部的干扰，从而降低小区内和小区Ｉ、日Ｊ的干扰，还可以克服蜂窝系统的远近效应，减小ＵＥ的功耗。ｌＳ．９５中下行链路采用同步码分体制，上行链路采用异步码分体制，因此下行链路优于上行链路，一般采用较简单的慢速闭环功率控制方案；上行性能比同步码分的差，所以在功控方面要求比下行高，一般由初控、精控与外环控制３部分组成。ＣＤＭＡ２０００与ＩＳ．９５完全兼容，因此两者的功率控制技术绝大部分一致。４．１．２．２ＷＣＤＭＡ系统的功率控制宽带码分多址ＷＣＤＭＡ属于码分多址系列，功控的原理和方法和ＩＳ．９５的大同小异，不同点在于：ＷＣＤＭＡ功控方式包含两种类型――非压缩模式和压缩模式。ＷＣＤＭＡ上行链路中仅有物理随机接入信道及上行公共分组信道采用开环功率控制，其余信道采用闭环功率控制。上行闭环功控同时控制一个专用物理控制信道（ＤＰＣＣＨ，ＤｅｄｉｃａｔｅｄＰｈｙｓｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌＣＨａｎｎｅｌ）和若干专用物理数据信道（ＤＰＤＣＨｓ，ＤｅｄｉｃａｔｅｄＰｈｙｓｉｃａｌＤａｔａＣＨａｎｎｅｌ）。ＷＣＤＭＡ上行ＤＰＣＣＨ／ＤＰＤＣＨｓ功控从原理上看也是采用开环、闭环和外环３种方式。下行也是主要针对ＤＰＣＣＨ／ＤＰＤＣＨｓ进行功控，原理与上行类似。第３１页共５９页北京邮电人学硕上学位论文第四章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ系统中若干关键技术研究４．１．２．３ＴＤ－ＳＣＤＭＡ系统的功率控制由于ＴＤ．ＳＣＤＭＡ系统采用的是ＴＤＤ模式，上下行链路使用相同的频段，因此上、下行链路的平均路径损耗存在显著的相关性。这一特点使得ＵＥ在接入网前，或者网络在建立无线链路时，需要进行开环功率控制，根据计算下行链路的路径损耗来估计上行或下行链路的初始发射功率。ＴＤ．ＳＣＤＭＡ系统中，上行寻呼信道、随机接入信道等信道随机接入时的初始发射功率通过开环功率控制确定。稳定期，上行专用信道和上行共享信道采用闭环功控。ＴＤ―ＳＣＤＭＡ系统中，下行专用信道上使用快速闭环功率控制，ＵＥ根据ＮｏｄｅＢ的接收ＳＩＲ值调整发射功率，来补偿无线信道的衰落。每一子帧（５ｍｓ进行一次）。功率控制速率为２００ＨＺ，功率控制步长可选为ｌｄＢ、２ｄＢ、３ｄＢ。４．１．２．４ＬＴＥ／ＬＴＥ－Ａ系统的功率控制ｍ／ＬＴＥ．Ａ系统以码分多址（ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ）为核心特征之一，它在ＯＦＤＭ的各个正交子载波上实现用户接入。将用户的信息承载在相互正交的不同的载波上，可以有效对抗频率选择性衰落，能够很好地获得多用户频率、时间分集增益。具有高频谱利用率和系统资源分配灵活性的同时，解决了宽带无线通信系统中的码间干扰问题。因此，ＬＴＥ系统不存在ＣＤＭＡ系统因远近效应而进行功率控制的必要性。ＬＴＥ最终决定下行数据信道不采用功率控制，上行数据信道采用功率控制。其上行功控主要用于补偿信道的路径损耗和阴影衰落，并用于抑制小区间干扰。ＬＴＥ上行功率控制的目的决定了它不需要采用ＣＤＭＡ系统中的快功控方式，而采用慢功控方式，功控频率不高于２００Ｈｚ。具体来说，上行功率控制的作用包括：一是保证一定的ＱｏＳ，使数据包在有限重传次数内能够『Ｆ确接收。二是可靠的控制信道传输。三是使系统的ｌＯＴ稳定在一定的水平，应用场景包括：在获得频谱效率的同时，保证一定的覆盖，即边缘用户的服务质量；来自不同小区的同业务质量要求的数据流占用相同的上行无线资源：来自不同小区的数据流占相同的上行无线资源。４．１．３部分功率控制研究４．１．３．１上行部分功率控制上行功控是指控制用户终端的发射功率，使得基站接收到的小区内所有用发射至基站的信号功率或信噪比基本相等。ＵＥ的发射功率可以通过由ｅＮｏｄｅ发送的慢功控指令和通过下行ＲＳ测量的路径损耗值等计算。ＯＦＤＭ系统中，由于小区内用户相互正交，因此单小区功率控制只需要虑单个用户发送端与接收端的链路情况。多小区条件下，干扰可根据其产生的第３２页共５９页北京邮电人学硕上学位论文第四章ＬＴＥ／ＬＴＥ－Ａ系统中若干关键技术研究理位置分为小区内干扰和小区间干扰。小区内干扰主要是由于用户发射信号不正交而产生的，如ＣＤＭＡ系统中的多址干扰。在ＯＦＤＭ系统中，如ＬＴＥ系统，各子信道正交，因此不存在小区内干扰的问题，其主要干扰是小区间干扰，很大程度上影响着系统的性能。受小区间干扰影响最大的是小区边缘用户。边缘用户距离邻小区基站较近，距离服务基站较远，相比于内部用户受到小区问干扰的影响更大。小区边缘性能影响到网络的覆盖范围和小区内用户的均匀分布。平均吞吐量和频谱效率可以通过采用ＭＩＭＯ技术和增加正交性来提高，但这些技术不能改善小区边缘性能。从降低系统干扰的目的出发，文献１２４】提出了一种部分功率控制方法，其基本思想是对不同大尺度衰落的用户做不同程度的补偿，使各个用户以满足功率平衡准则的最小发射功率发送数据。假设某用户计算了路损、阴影衰落和天线增益等的大尺度衰落值为：Ｌ，那么根据部分功率控制（Ｆｒａｃｔｉｏｎａｌｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌ，ＦＰＣ）方法，该终端每个ＰＲＢ的发射功率设置为：ＰｐｃＰＲＢ＂＝ＰＭＡＸ×（争）。其中Ｌ―ｋ和Ｏｒ，是调整功率控制效果的两个主要参数。￡。一妇是用户大尺度衰落值ＣＤＦ曲线的百分比点，如果设为５，则该值取为５％用户的大尺度衰落值。该值设置的越小，就有越多的终端将以最大发射功率发射，ｌＯＴ越大；反之则越少。乜是小区中心用户与小区边缘用户公平性的调整因子，在０＜口＜１区间取值，该数值越接近１，则越公平，ｆｌＰｄ，区中心用户将按照接近路径损耗的比例以比较小的发射功率发射（ＩＯＴ越小）；反之，该数值越接近０，则越不公平，即小区中心用户的发射功率将大于路径损耗的比例，以此得到更好的性能。在式（３．１０）基础上，同时还要考虑两种极限的情况，第一种，在实际使用中，为了防止小区中心的用户由于大尺度衰落Ｌ的数值远大于Ｌｘ一妇而采用很小的发射功率，因此设置一个下限＾ｒａｉｎ，则终端在每个ＰＲＢ上的发射功率为：‰２‰叫叫争）。］式（４．２）第二种情况，终端在每个ＰＲＢ上的发射功率最大不能超过终端的最大发射功率，即：ＰｐｃｐＲＢ‰叫Ｌ一卜阿】｝…，式（４．３）中功率采用ｄＢ为单位，则可以得到３．３．２节功率控制模块的实现第３３页共５９页北京邮电大学硕上学位论文第ｐｎｑ章ＬＴＥ／ＬＴＥ．Ａ系统中若十关键技术研究公式。４．１．３．２部分功率控制对干扰抑制的作用对于小区边缘的用户，由于相邻小区占用同样载波资源的用户对其干扰比较大，并且由于其距离基站较远，ＳＩＮＲ相对就较小，导致虽然整个小区的吞吐量较高，但小区边缘用户服务质量较差、吞吐量较低的情况。３Ｇ蜂窝移动通信系统的数据率在小区中心和小区边缘差异较大，不仅影响了整个系统的容量，而且使用户在不同的位置得到的服务质量有很大波动。因此，新一代宽带无线通信系统，都将提高小区边缘性能作为主要的需求指标之一。小区间干扰是蜂窝移动通信系统的固有问题，传统的解决方法是采用频率复用。新一代宽带无线通信系统对频谱效率的要求很高，希望使频谱复用系数尽可能接近１，即相邻小区都使用相同的频率资源。ＯＦＤＭ比ＣＤＭＡ更好地解决了小区内干扰，但是作为代价，它带来的小区间干扰有可能比ＣＤＭＡ更严重，即两个相邻小区在它们邻接的边缘使用相同的频率资源，则会产生较强的小区间干扰。在ＬＴＥ研究中的小区间干扰抑制技术主要包括小区间干扰随机化，小区间干扰消除和小区间干扰协调３类。各种具体的干扰抑制技术并不是相互替代的关系，而是可以配合使用，以获得更好的效果。小区间干扰随机化的原理是将干扰随机化，使其特性近似“白噪声”，从而使终端可以依赖处理增益对干扰进行抑制。小区间干扰消除的原理是对干扰小区的干扰信号进行某种程度的解调甚至解码，然后利用接收机的处理增益从接收信号中消除干扰信号分量。小区间干扰协调的基本原理是对下行资源管理设置一定的限制，以协调多个小区动作，避免严重的小区间干扰。这种限制可以是对资源调度的限制，避免干扰小区使用可能造成干扰的资源块，比如软频率复用技术；也可以是对某个资源块发射功率的限制，控制干扰小区在可能造成干扰的资源块上的发射功率，比如部分功率控制技术。在部分功率控制中，如果一个小区使用和相邻小区不同的频率资源，可以采用全功率发射，即完全功控；如果一个小区使用了和相邻小区重叠的频率资源，则必须限制发射功率，即部分功控。虽然单个ＵＥ的接收信噪比会受到损失，但是整体的系统容量可以得到提升。４．１．４仿真结果与分析４．１．４．１部分功率控制对系统干扰的影响分析北京邮电大学硕｝：学位论文第旧章ＬＴＥ／ＬＴＥ－Ａ系统中若干关键技术研究图４?１发射功率对系统干扰的影响从图舢１可以看出，公平因子口一定时，增大用户信号到达基站的功率ＰＯ，可以提高系统干扰ｌＯＴ。部分功率控制运用于ＬＴＥ系统，可以调整系统干扰ｌＯＴ，保证一定的小区覆盖。不同场景下，每个小区具有不同的站间距，当站间距较大时，绝大多数用户采用最大发射功率发送可以获得最优的效果，而当站间距较小的时候，为了控制系统干扰，需要限制ＵＥ的发射功率，因此需要根据当前应用场景来进行功率控制参数的设置，例如要使系统的ｌＯＴ都维持在１０ｄＢ以下，在ＩＮＨ场景应该把口因子设为１，Ｐ０设为．９０，而ＵＭＡ场景把口因子设为０．８，Ｐ０设为．８３．要想提高小区的总的吞吐量，应使系统保持相对稳定的干扰ｌＯＴ，一方面有利于链路自适应和调度，稳定的ｌＯＴ使得前后调度周期的干扰大致相近，干扰预测相对准确，ＨＡＲＱ重传的次数相对较少，有利于吞吐量的提高。另一方面也有利于系统规划，保证一定的系统覆盖。根据ｌＯＴ可以很容易的算出系统容量和覆盖范围。一个小区的信道容量Ｃ可以表示为：上ｃ＝＞：△厂ｌｏｇ：（１＋卢。Ｓ}