LTE的關(guān)鍵技術(shù)和移動通信的未來發(fā)展

1、分類號 密級 _ U D C_ 中國地質(zhì)大學(xué)江城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）LTE的關(guān)鍵技術(shù)和移動通信的未來發(fā)展 姓 名： 楊 美 榮 專 業(yè)： 通 信 工 程 班 級： 29001201 學(xué) 號： 2900120121 指導(dǎo)教師：吳國平 教授 論文外文題目：LTE key technologies and the future development of mobile communications 論文主題詞：LTE,移動通信 外文主題詞：LTE，Mobile Communication 論文答辯日期：答辯委員會主席： 評閱教師：原創(chuàng)性聲明本人呈交的畢業(yè)論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取

2、得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本畢業(yè)論文的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名： 日期： _ 摘 要LTE（Long Term Evolution，長期演進(jìn))是由3GPP（The 3rd Generation Partnership Project）組織規(guī)劃的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長久演變，2004年的12月份，在3GPP多倫多會議上正式成立且啟

3、動。LTE系統(tǒng)引入了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用）和MIMO（Multi-Input & Multi-Output）等關(guān)鍵技術(shù)，明顯提升了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩?0M帶寬在2X2MIMO在64QAM情況下，理論值下行最大傳輸速率為201Mbps，考慮到信令消耗后大約是150Mbps，但根據(jù)現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)以及終端能力的限制，人為定義下行峰值速率為100Mbps，上行峰值速率為50Mbps），并支持多種帶寬分流：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz等，且支持全球主流2G/3G頻段和一些新增

4、頻段，頻譜分配相比之前較為簡便，也明顯的提高系統(tǒng)的容量和覆蓋率。架構(gòu)逐漸走向扁平化和簡單化，很大程度減少了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)的復(fù)雜程度。由于減少了系統(tǒng)時(shí)延，所以也減少了網(wǎng)絡(luò)部署和維護(hù)系統(tǒng)的成本。LTE系統(tǒng)支持與其他3GPP系統(tǒng)互操作。根據(jù)雙工方式不同LTE系統(tǒng)分為FDD-LTE（Frequency Division Duplexing）和TDD-LTE (Time Division Duplexing)，二者技術(shù)的主要區(qū)別在于空口的物理層上（像幀結(jié)構(gòu)、時(shí)分設(shè)計(jì)、同步等）。在TDD系統(tǒng)下行使用相同的頻帶傳輸在不同的時(shí)段,和下行FDD系統(tǒng)接口使用成對的樂隊(duì)可以傳輸和接收數(shù)據(jù),和TDD模式相比,FDD頻

5、譜利用率低。本文就LTE現(xiàn)階段的關(guān)鍵技術(shù)和移動通信的未來發(fā)展展開討論。其中包含F(xiàn)DD-LTE,TD-LTE的區(qū)別，載波擴(kuò)容，載波聚合，OFDM和MIMO等關(guān)鍵技術(shù)，以及移動通信行業(yè)未來的發(fā)展。 關(guān)鍵詞：LTE TD-LTE FDD-LTE OFDM MIMOABSTRACTLTE (long term evolution, long term evolution) is by the 3GPP (the 3rd generation partnership project, long term evolution of the universal mobile telecommunicatio

6、n system, the third generation partnership project) made of UMTS (universal mobile telecommunications system) technology as the standard, in December 2004 in 3GPP Toronto meeting officially approved and start. The LTE system introduced OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, orthogonal fre

7、quency division multiplexing) and MIMO (Multi-Input & Multi-Output, multiple input multiple output) technology, significantly increase the spectrum efficiency and data transmission rate (20M bandwidth of 2X2MIMO in the case of 64QAM, the theoretical maximum downlink transmission rate of 201Mbps, rem

8、ove the signaling overhead after about 150Mbps, but according to the actual network and terminal capacity constraints, is generally believed that the downlink peak rate of 100Mbps, 50Mbps) on the behavior, and supports a variety of bandwidth allocation: 1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz and 20MHz, an

9、d the support of the global mainstream 2G/3G band and some new bands, and thus more flexible spectrum allocation, system capacity and coverage also significantly improved. LTE system network architecture is more simplified, reducing the complexity of the network nodes and system, thus reducing the s

10、ystem delay, but also reduces the network deployment and maintenance costs. LTE system support for interoperability with other 3GPP systems. Fdd-lte (frequency division duplexing) and tdd-lte (time division duplexing) according to the different duplex LTE Systems, the main difference between the two

11、 technologies is empty of physical layer on (like frame structure, time design and synchronization). Downlink FDD system interface using paired bands can transmit and receive data, and systems in TDD uplink and downlink use the same frequency band transmission in different time slots, a duplex FDD m

12、ode, TDD has a higher spectrum utilization.This topic mainly studies the key technologies and future development trend of LTE in the present stage. Which contains TD-LTE, FDD-LTE difference, carrier expansion, carrier aggregation, OFDM and MIMO and other key technologies, as well as the future devel

13、opment of the mobile communications industry.Keywords: LTE TD-LTE FDD-LTE OFDM MIMO目 錄1 引言11.1 LTE產(chǎn)生的背景11.2 LTE產(chǎn)生的意義11.3 LTE發(fā)展的目的12 LTE的關(guān)鍵技術(shù)22.1 LTE/SAE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢22.2 OFDM技術(shù)3技術(shù)的定義3技術(shù)的基本原理42.3 MIMO技術(shù)5 MIMO技術(shù)的定義5 MIMO技術(shù)的產(chǎn)生背景5空間復(fù)用6空間分集7技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)92.4 LTE功率控制技術(shù)10功率控制概述10上行功率控制11下行功率分配技術(shù)13CDMA功率控制與L

14、TE功率控制技術(shù)的對比152.5 載波聚合技術(shù)16 載波聚合技術(shù)的簡介16載波聚合技術(shù)的發(fā)展歷程162.6 SON技術(shù)17技術(shù)的定義17SON技術(shù)的功能17SON的關(guān)鍵技術(shù)173 移動通信的未來發(fā)展193.1 移動通信技術(shù)的發(fā)展歷程193.2 移動通信技術(shù)的現(xiàn)階段目標(biāo)203.3 移動通信未來的展望5G網(wǎng)絡(luò)22網(wǎng)絡(luò)的概述22移動通信技術(shù)的特點(diǎn)22網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展前景23結(jié)束語24致 謝25參考文獻(xiàn)261 引言1.1 LTE產(chǎn)生的背景在移動通信技術(shù)不斷改進(jìn)和提升,2004年11月3gpp開始啟動第三代移動通信系統(tǒng)長期演化LTE項(xiàng)目,以實(shí)現(xiàn)3G技術(shù)向4G的平滑過渡。3GPP對LTE項(xiàng)目的工作大體分為兩個(gè)時(shí)

15、間段：SI(StudyItem)階段：2005年3月份至2006年6月份完成可行性研究報(bào)告；WI(WorkItem)階段：2006年6月份至2007年6月份完成核心技術(shù)的規(guī)范工作。于2007年中旬LTE相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定(3GPPR7)完成制定，在2008年或 2009年中期推出商用產(chǎn)品。演進(jìn)路線：GSM-GPRS-EDGE-WCDMA-HSPA-HSPA+-LTE長期演進(jìn)1.2 LTE產(chǎn)生的意義今天,移動通信行業(yè)的競爭非常激烈,全球移動通信出現(xiàn)IP寬帶、移動情況。3G移動通信技術(shù)變得越來越成熟,特別是基于WCDMA無線接入技術(shù),它在世界上被廣泛使用。自從出現(xiàn)了寬帶無線接入概念，WiFi和WiMAX

16、等無線接入方案發(fā)展飛快，為了保證移動通信行業(yè)中的主導(dǎo)地位和競爭力，3GPP在2004年1月啟動了長期演進(jìn)計(jì)劃（Long Term Evolution ，LTE），以實(shí)現(xiàn)3G技術(shù)向B3G和4G的平滑過渡。3GPP近幾年啟動的最大科研項(xiàng)目就是LTE計(jì)劃，其目的在于推動3G技術(shù)的發(fā)展的同時(shí)滿足人們未來十年左右對于移動通信技術(shù)的需求。低復(fù)雜度、低時(shí)延、低成本是3GPP設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)，因此才能實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)吞吐量、用戶容量和端到端的服務(wù)質(zhì)量保證。1.3 LTE發(fā)展的目的1.減少每比特成本。2.增加業(yè)務(wù)種類，更好的用戶體驗(yàn)和更低的成本。3.更好地使用現(xiàn)有的以及新的頻譜資源。4.簡單的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和開放的接口。

17、5.更加合理地利用終端電量。2 LTE的關(guān)鍵技術(shù)2.1 LTE/SAE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖2.1 LTE/SAE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) LTE/SAE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，全I(xiàn)P。 LTE/SAE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢1優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能得到更好的性能，推動IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。2. 平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),降低系統(tǒng)延遲,業(yè)務(wù)廣泛的發(fā)展,用戶體驗(yàn)更好。3減少網(wǎng)元數(shù)目，網(wǎng)絡(luò)部署更加簡便，維護(hù)更為容易有效降低TCO。4. 剔除了RNC的集中控制，網(wǎng)絡(luò)更穩(wěn)定。 無線接入網(wǎng)全I(xiàn)P的優(yōu)勢1.高傳輸效率2.網(wǎng)絡(luò)升級方便3.建設(shè)速度快，運(yùn)維成本低。2.2 OFDM技術(shù) OFDM技術(shù)的定義OFDM張菊茜. OFDM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究D. 南京郵電大學(xué):張

18、菊茜, 2006. 78-99(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復(fù)用技術(shù)，實(shí)際上OFDM是MCM(Multi Carrier Modulation)，多載波調(diào)制的一種。OFDM技術(shù)由MCM（Multi-Carrier Modulation，多載波調(diào)制）發(fā)展而來。實(shí)現(xiàn)多載波傳輸方案的方式之一就是OFDM技術(shù)，基于IFFT調(diào)制，基于FFT解調(diào)，這種傳輸方案是應(yīng)用最廣也是最簡單的多中方案之一。 OFDM技術(shù)的產(chǎn)生背景通常的數(shù)字調(diào)制史文娟. OFDM信號調(diào)制方式識別方法的研究與實(shí)現(xiàn)D. 西南交通大學(xué):史文娟, 2015. 29-76都是在

19、單個(gè)載波上進(jìn)行，如PSK、QAM等。單載波的調(diào)制方式很容易引起碼間干擾，從而使誤碼率大大增加，并且在多徑傳播的環(huán)境下還會造成突發(fā)誤碼。如果高速串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為低速數(shù)據(jù)流,低速數(shù)據(jù)流對應(yīng)一個(gè)載體,調(diào)制,構(gòu)成同步調(diào)制的多載波并行傳輸系統(tǒng)。將整體的信號帶寬分為N個(gè)互不重疊的子通道(頻帶小于f)，把N個(gè)子通道用來正交頻分多重調(diào)制，這樣就可以避免單載波串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)的缺點(diǎn)。 ODFM技術(shù)的系統(tǒng)框圖圖2.2 ODFM技術(shù)的系統(tǒng)框圖 OFDM技術(shù)的基本原理OFDM羅仁澤. OFDM無線移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究D. 電子科技大學(xué):羅仁澤, 2005. 34-52 中的載波周期（整數(shù)個(gè)）存在于象征著時(shí)間的載體,和每

20、個(gè)相鄰載波的零點(diǎn)與載波頻譜重疊。有一個(gè)小承運(yùn)人之間的重疊,所以它比傳統(tǒng)的FDMA頻帶利用率。在這個(gè)過程中,字符串并將高速數(shù)據(jù)流,分配給一個(gè)數(shù)量的子信道傳輸,信道率相對較低,相對增加符號,可以減少無線通道多路延遲傳播效果,從而減少系統(tǒng)的時(shí)間色散引起的碼間干擾。介紹了保護(hù)間隔,可以減少國際符號干擾引起的多路徑時(shí)最大的多路延遲傳播小于保護(hù)間隔。為了避免渠道之間的干擾,可以使用循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔。 OFDM技術(shù)的優(yōu)勢1在窄帶帶寬下也能夠發(fā)出大量的數(shù)據(jù)。2. OFDM技術(shù)可以持續(xù)監(jiān)測瞬時(shí)變化的通信傳輸介質(zhì)的特性,因?yàn)橥ㄐ怕窂絺鬏敂?shù)據(jù)的能力將改變隨著時(shí)間的推移,所以O(shè)FDM可以很好的匹配,切割和連接到相

21、應(yīng)的載體可以繼續(xù)溝通。3. 可以自動檢測的技術(shù)在一個(gè)存在載波干擾脈沖的傳輸介質(zhì)或高信號衰減,并采取適當(dāng)?shù)拇胧┏晒Φ耐ㄐ耪{(diào)制使指定的載波頻率。4. OFDM技術(shù)是特別適合于人口密集,高層建筑和著名的地方的地形以及多塊區(qū)域。降低多路徑效應(yīng)的影響信號的高速數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)字聲音廣播具有十分重要的意義。5尤為重要,在頻譜資源有限的無線環(huán)境的信道利用率高,副載波數(shù)量很大時(shí),頻譜利用率接近2Baud/Hz。 OFDM技術(shù)的不足1. 對相位噪聲和載波頻偏十分敏感2. 峰均比過大3. 所需線性范圍寬2.3 MIMO技術(shù) MIMO技術(shù)的定義MIMO錢榮榮. 無線通信系統(tǒng)MIMO檢測技術(shù)研究D. 北京郵電大學(xué):錢榮榮

22、, 2010. 66-89 (Multiple-Input Multiple-Output)技術(shù)指多數(shù)的接收天線和發(fā)射天線在接收端和發(fā)射端使用,和信號傳播的多元化和接收天線在接收端和發(fā)射端,從而提高通信的質(zhì)量信號。 MIMO技術(shù)的產(chǎn)生背景LTE系統(tǒng)的下行MIMO技術(shù)葉琳. LTE中的頻率規(guī)劃及干擾問題探討M. 華南理工大學(xué):葉琳, 2015. 89-100 的目的就是為了滿足系統(tǒng)中高系統(tǒng)容量和高速數(shù)據(jù)傳輸速率方面的需要。下行MIMO技術(shù)主要有：空間復(fù)用、波束成形和空間分集等三大類。同樣,LTE系統(tǒng)上行空間復(fù)用MIMO技術(shù)還包括和空間的多樣性。在LTE系統(tǒng)中,基本上行天線是2 * 1,這是兩個(gè)接

23、收天線和發(fā)射天線。事實(shí)上,終端問題過于復(fù)雜,終端的上行不支持和兩個(gè)天線傳輸信號,但只能存在單一的上行傳輸鏈路,因此,目前只用種在MIMO下行和上行天線選擇這兩個(gè)方案。事實(shí)上MIMO技術(shù)在很久前就被提出，馬可尼在1908年就用它來抗衰落Jin-Kyu, Han. MIMO Technologies in 3GPP LTE and LTE-AdvancedM. Digital Media & Communications R&D Center, Samsung Electronics:Juho Lee,Jin-Kyu Han, 2009. 34-42 。AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室的學(xué)者在90年代無線移動通

24、信系統(tǒng)MIMO技術(shù)有了巨大的提高,雖然在70年代提出了把通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。Teladar在1995年探索出衰落情況下的MIMO容量，F(xiàn)oshinia在1996年提出的MIMO算法,d-blast(對角貝爾實(shí)驗(yàn)室分層時(shí)空)算法,Tarokh等在1998年討論適用于MIMO時(shí)空編碼,Wolniansky等1998年,與V-BLAST(貝爾實(shí)驗(yàn)室垂直分層的時(shí)空)算法被用來建立一個(gè)多輸入更多的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室里一個(gè)普通的系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)頻譜利用率20bit/s/Hz以上頻譜利用率。這些探究使得國際上的學(xué)者們眾說紛紜，極大推動了MIMO的研究工作。 MIMO技術(shù)的原理 空間復(fù)用空間復(fù)用傅海陽. TD-LT

25、E系統(tǒng)中的MIMO空分復(fù)用技術(shù)研究D. 南京郵電大學(xué):方暉, 2013. 56-189 能增加的峰值速率數(shù)據(jù)傳輸是弱相關(guān)的使用空間的通道的原因是提高和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流的相互獨(dú)立的空間通道。LTE系統(tǒng)中空間復(fù)用技術(shù)包括：開環(huán)空間復(fù)用和閉環(huán)空間復(fù)用。如圖2.3所示。圖2.3 MIMO系統(tǒng)的空間復(fù)用原理圖在目前的LTE協(xié)議中，下行采用的是SU-MIMO。只有PMCH和PDSCH這兩種渠道可以用來傳輸天線系統(tǒng),另一種下行物理信道只能使用發(fā)射分集或單天線發(fā)射,不支持多個(gè)輸入輸出。LTE系統(tǒng)的空間復(fù)用原理圖如下所示：圖2.4 LTE系統(tǒng)的空間復(fù)用原理圖 空間分集空間分集李三江. LTE物理層下行關(guān)鍵技術(shù)研究M

26、. 電子科技大學(xué):李三江, 2009. 45-67 可以對抗來自傳輸信道的衰落是因?yàn)槭褂昧硕鄠€(gè)的收發(fā)天線空間分集分為接收分集、發(fā)射分集、接收發(fā)射分集三種。其中我們對發(fā)射分集展開探討。發(fā)射分集：在發(fā)射端利用多幅發(fā)出天線發(fā)射信息，達(dá)到空間分集的目的的方法是通過對不同的天線發(fā)射的信號進(jìn)行編碼，接收端就可以得到比單天線更高的信噪比。其中包括STTD（空時(shí)發(fā)射分集）、SFBC（空頻發(fā)射分集）、CDD（循環(huán)延遲分集）。1. STTD（空時(shí)發(fā)射分集）：在不同時(shí)空編碼的信號傳輸天線玩時(shí)空多樣性;聯(lián)合編碼數(shù)據(jù)流的發(fā)射機(jī)是符號錯(cuò)誤概率(信道衰落和噪聲導(dǎo)致的),由于時(shí)空編碼傳輸端聯(lián)合編碼增加信號的冗余度,因此信號獲

27、得分集增益的空間和時(shí)間。我們可以使用高階調(diào)制來改善頻譜效率和數(shù)據(jù)速率,以及提高相同的通信鏈路的可靠性通過使用額外的分集增益。圖2.5 空時(shí)編碼技術(shù)結(jié)構(gòu)圖利用時(shí)域與空域之間的準(zhǔn)正交或正交特性是STC技術(shù)的物理本質(zhì)，遵循某一種特殊的準(zhǔn)則，把編碼冗余信息均勻映射到空時(shí)的二維平面可以用來減弱時(shí)間選擇性衰落及空間選擇性衰落的消極影響（無線多徑傳播所引起），則可以提高在無線信道中高速數(shù)據(jù)的傳輸。圖2.6 STC的原理圖2. SFBC（空頻發(fā)射分集）：空間頻率發(fā)射分集和空間發(fā)射多樣性的原則是相似的,區(qū)別在于空間頻率發(fā)射分集發(fā)送符號的空間和頻域編碼,不同子載波的頻率分集增益軸承相同的一組數(shù)據(jù)?？疹l發(fā)射分集原理

28、結(jié)構(gòu)圖如下所示：圖2.7 空頻發(fā)射分集原理結(jié)構(gòu)圖除兩天線SFBC發(fā)射分集外，LTE協(xié)議還支持4天線SFBC發(fā)射分集，并且給出了構(gòu)造方法?？疹l發(fā)射分集方式一般要求盡可能獨(dú)立的發(fā)射天線，這樣才能最大限度的獲取分集增益。3. CDD（循環(huán)延遲分集）：CDD是一種普遍的時(shí)間分集方式，相當(dāng)于發(fā)射端為接收端人為制造多徑。LTE的CP特性采用循環(huán)延時(shí)操作而非簡單的線性延時(shí)。從DFT變換特性,信號在時(shí)域的周期性循環(huán)移位,可以看出,LTE的周期時(shí)間延遲的多樣性是在頻域。LTE協(xié)議功能支持大的時(shí)間延遲和延遲多樣性模式結(jié)合下行空間復(fù)用。大型循環(huán)延遲多樣性周期的延時(shí)擴(kuò)展天線端口SU-MIMO空間復(fù)用的概念層,并增加延

29、遲非常明顯,有兩個(gè)天線為例,這種延遲達(dá)到一半的集成階段的象征,也就是說,1024Ts。當(dāng)前LTE協(xié)議支持2天線和4下行發(fā)射分集天線,為了最大化分集增益,它通常需要傳輸天線盡可能獨(dú)立。接收分集：多個(gè)天線接收多個(gè)獨(dú)立信號相同的副本信息由多個(gè)頻道。由于信號的特點(diǎn),不可能在同一時(shí)間在深衰落,為了提高接收信噪比,不管什么時(shí)候至少可以確保提供一個(gè)足夠大的強(qiáng)度的信號復(fù)制到接收機(jī)。圖2.8 接收分集原理示意圖 MIMO技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)大量的信號在無線電信號傳播時(shí)生成。每個(gè)信號都是一個(gè)空間流。單輸入單輸出系統(tǒng)只能用于發(fā)送或接收一個(gè)空間流。天線系統(tǒng)允許多個(gè)天線同時(shí)發(fā)送和接收多個(gè)空間流,并能夠區(qū)分不同空間方向的信號。MI

30、MO技術(shù)的應(yīng)用使空間成為一種資源,可以用于提高性能,可以增加無線系統(tǒng)的覆蓋范圍。MIMO接入點(diǎn)多輸入多輸出(MIMO)客戶端也可以發(fā)送和接收一個(gè)多元化之間的空間流, 信道容量可以線性天線的數(shù)量增加,所以無線信道的容量可以成倍地增加了使用MIMO信道在不增加帶寬和發(fā)射功率,和光譜率可以增加成倍增長。利用空間復(fù)用增益和空間分集增益MIMO信道,多天線可以用來抑制信道衰落。多天線系統(tǒng)的應(yīng)用,同時(shí)并行數(shù)據(jù)流可以傳播,它可以克服信道的衰落,降低誤碼比特率。2.4 LTE功率控制技術(shù) LTE功率控制概述根據(jù)上行和下行信號的傳輸特點(diǎn),LTE物理層定義相應(yīng)的功率控制機(jī)制。對于上行信號，終端的功率控制在節(jié)電和抑

31、制小區(qū)間干擾兩方面具有重要意義，因此，上行功率控制是LTE重點(diǎn)關(guān)注的部分。上行功率控制區(qū)域,分別控制上行共享通道PUCCH PUSCH上行控制信道隨機(jī)存取通道開環(huán)和SRS上行參考信號。開環(huán)功率控制模式總是用于開環(huán)通道。其他頻道/信號功率控制是通過TPC閉環(huán)功率控制信號下行PDCCH通道。對下行信號,基站之間的合理的功率分配和協(xié)調(diào)能抑制細(xì)胞之間的干涉,并改善系統(tǒng)性能相同頻率的網(wǎng)絡(luò)。準(zhǔn)確地說,LTE的下行方向是一種功率分配機(jī)制,而不是功率控制。有不同權(quán)力之間的比率不同的物理通道和參考信號。下行功率分配是一種開環(huán)的方式來控制基站的傳輸能量在每個(gè)子載波的下行。RS推出恒功率下降。的主要目的下行控制信道

32、共享PDSCH功率控制補(bǔ)償?shù)穆窂綋p耗和慢衰落,確保下行數(shù)據(jù)鏈路的傳輸質(zhì)量。下行共享信道PDSCH傳輸功率和傳輸功率正比于RS。它是根據(jù)醫(yī)院藥學(xué)部醫(yī)院藥學(xué)部之間的比較和目標(biāo)問題反饋調(diào)整,是一個(gè)閉環(huán)功率控制的過程。在基站端,持有醫(yī)院藥學(xué)部的對應(yīng)關(guān)系表上行問題反饋價(jià)值和力量。什么樣的醫(yī)院藥學(xué)部基站接收,就會知道多少力量,可以達(dá)到一定的信噪比(SINR)目標(biāo)。圖2.9 E-URTAN無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖上行功率控制上行功率控制James W. Cooley,John W. Tukey. An algorithm for the machine calculation of complex Fourier

33、 seriesJ. Mathematics of Computation . 1965. 90-93 可以兼顧兩方面的需求，即UE的發(fā)射功率既足夠大以滿足QoS的要求，又足夠小以節(jié)約終端電池并減少對其他用戶的干擾。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，上行鏈路功率控制必須使自己適應(yīng)于無線傳播信道的特征（包括路徑損耗特征、陰影特征和快速衰落特征），和克服來自其他用戶的干擾(包括用戶的干擾小區(qū)內(nèi)和相鄰的小區(qū)干擾)。LTE功率控制房間開環(huán)功率控制和閉環(huán)功率控制的組合,所以與純粹的閉環(huán)功率控制相比,所需的反饋信息理論是相對較小的,即只有當(dāng)LTE UE不能準(zhǔn)確估算功率設(shè)置時(shí)才需要閉環(huán)功控。根據(jù)路徑損耗估算和開環(huán)算法，LTE

34、系統(tǒng)為PSD（功率頻譜密度，Power Spectral Density）發(fā)射設(shè)定了一個(gè)粗糙的操作點(diǎn)，這能在最普通的路徑損耗及陰影衰落場景中為平均的調(diào)制編碼方法提供適當(dāng)?shù)腜SD。圍繞著開環(huán)操作點(diǎn)，LTE上行的閉環(huán)功率控制能提供更快的調(diào)整，這能夠更好地控制干擾，并且更精細(xì)地調(diào)整功率以適應(yīng)信道情況（包括快衰落變化）。由于LTE的上行鏈路是完全正交的，上行功率控制不需要象CDMA那樣快，功控周期一般不超過幾百赫茲。 每個(gè)UE根據(jù)接收到的參考信號RS的信號強(qiáng)度完成路徑損耗測量，以確定要補(bǔ)償部分路徑損耗（fraction of the path-loss）需要多大的發(fā)射功率，因此也被稱作Fraction

35、al Power Control（部分功率控制）。部分功率控制的參數(shù)由eNodeB決定，該參數(shù)的取值需要兼顧平衡整體頻譜效率和小區(qū)邊緣性能。部分功率的控制和閉環(huán)功率的控制命令共同完成上行功率控制。為了實(shí)現(xiàn)小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)和提高小區(qū)邊緣性能以及整體頻譜效率，功率控制需要與頻域資源分配策略相結(jié)合。其中的一種干擾協(xié)調(diào)技術(shù)是為位于相鄰小區(qū)的路徑損耗相似的幾個(gè)UE分配相同的時(shí)頻資源，這樣可以提高小區(qū)邊緣的性能，避免那些離基站比較近的相鄰小區(qū)UE引起的強(qiáng)干擾（特別是有些基站的前后比性能不理想）。PUSCH LTE上行功率控制,PUCCH和SRS。三種不同的功率控制信號的數(shù)學(xué)公式或上行通道,但是它可以分為兩

36、個(gè)基本部分：1）根據(jù)eNodeB下發(fā)的靜態(tài)或者半靜態(tài)參數(shù)計(jì)算得到的基本開環(huán)操作點(diǎn)；2）每個(gè)子幀都可能調(diào)整的動態(tài)偏置量，即：每個(gè)RB的功率=基本開環(huán)操作點(diǎn)+動態(tài)偏置量基本開環(huán)操作點(diǎn)取決于一系列因素，包括小區(qū)間的干擾狀況和小區(qū)負(fù)荷，它可以進(jìn)一步分成兩部分：一個(gè)半靜態(tài)功率基數(shù)值P0，P0可以分成適用所有小區(qū)內(nèi)UE的通用功率數(shù)值，一個(gè)每個(gè)UE不同的偏置量；一個(gè)開環(huán)路徑損耗補(bǔ)償分量。開環(huán)路徑損耗補(bǔ)償分量取決于UE對下行路徑損耗的估算，后者由UE測量到的RSRP數(shù)值和已知的下行參考信號（RS）的發(fā)射功率計(jì)算而得。在一種極端情況下，eNodeB可以把P0設(shè)置為最小值-126dBm，完全根據(jù)UE測量的路徑損耗

37、的大小來調(diào)整上行功率。假設(shè)做一個(gè)完整的路徑損耗補(bǔ)償?shù)姆椒梢垣@得最大限度的讓用戶在村莊的公平待遇的邊緣，但在更為現(xiàn)實(shí)的部署環(huán)境的村，對路徑損耗補(bǔ)償方法的實(shí)現(xiàn)部分可以降低小區(qū)間的干擾，并且不需要為了保證小區(qū)邊緣用戶許多資源分配的傳輸質(zhì)量，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的上行鏈路容量。因此LTE系統(tǒng)引入了部分路徑損耗補(bǔ)償因子，以平衡上行公平調(diào)度和整體頻譜效率。當(dāng)?shù)娜≈禐?.7-0.8時(shí),既能讓系統(tǒng)接近最大容量，又不讓小區(qū)邊緣的數(shù)據(jù)速率過多地下降。于是，每個(gè)RB的發(fā)射功率中的基本開環(huán)操作點(diǎn)被定義為： 基本開環(huán)操作點(diǎn) = P0 +PL。其中PL是Path Loss的縮寫。對于低速率的PUCCH信道（傳送ACK/NA

38、CK和CQI信息），路徑損耗補(bǔ)償是和PUSCH分開實(shí)施。不同用戶的PUCCH信道之間是碼分復(fù)用（CDMA），為了更好地控制彼此之間的干擾，PUCCH的功率控制采用完全路徑損耗補(bǔ)償方法。PUCCH的P0也和PUSCH不同。每個(gè)RB的發(fā)射功率中的動態(tài)偏置量（Dynamic Offset）也可分成兩個(gè)分量：1）MCS決定的分量；2）TPC（Transmitter Power Control）命令決定的分量。MCS決定的分量也叫TF（TF是Transport Format）的縮寫。綜上所述，UE上行發(fā)射功率可以表達(dá)為：圖2.10 UE上行發(fā)射功率表達(dá)式 以PUSCH為例，在子幀i，終端的PUSCH信道

39、的發(fā)射功率可以表示為：P_PUSCH(i)=minP_CMAX，10 lg(M_PUSCH (i)+P_(O_(_PUSCH) ) (j)+(j)PL+_TF (i)+f(i) (dBm) 其中，（1）P_CMAX表示終端的最大發(fā)射功率。（2）M_PUSCH (i) ：PUSCH的傳輸帶寬（RB數(shù)目）（3）P_(O_(_PUSCH) ) (j)：上行接收機(jī)的噪聲可以了解高信號的參考價(jià)值。（4）的取值范圍是0,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1：大尺度衰落的賠償金額的部分表示功率控制算法,和高水平的數(shù)值表示信號使用3bit的信息。而PL是終端測量得到的下行大尺度損耗。（5）_TF

40、 (i)：抵消由數(shù)據(jù)類型(控制信息和數(shù)據(jù)信息)調(diào)制和編碼模式和調(diào)制編碼模式。（6）f(i)：終端閉環(huán)功率控制調(diào)整值,這個(gè)值可以調(diào)整根據(jù)功率控制命令格式0/3/3A PDCCH。閉環(huán)功率控制有兩種類型的物理層,絕對值型(absolute)和累積型(accumulation)。 終端的功率空間（Power Headroom）是功率控制過程的重要參數(shù)，物理層對終端剩余的功率空間進(jìn)行測量，并上報(bào)高層。 下行功率分配技術(shù)LTE在下行不采用功率控制He Hong,Li Tao,Yang Tong,He Lin. Research on UCD Precoding for MIMO SystemJ. Adv

41、anced Materials Research . 2012. 455-465 ，使用下行功率分配將功率分配到RE上。下行功率分配過程主要包括PDSCH信道的功率分配，主要是控制下行EPRE（EnergyPerRE，每個(gè)RE上的能量），對PDCCH信道可以根據(jù)用戶的信道質(zhì)量自適應(yīng)調(diào)整發(fā)射功率，同時(shí)還可以使用下行RNTP測量來進(jìn)行小區(qū)間的功率協(xié)調(diào)。具體如下。（1）PDSCH信道采用RSEPRE方式進(jìn)行分配。eNodeB決定下行每個(gè)RE的傳輸功率。UE可以假設(shè)下小區(qū)特定參考信號的持續(xù)下行帶寬,并假定為常數(shù)在所有的子幀,直到接收信息的不同社區(qū)特定參考信號功率。下行參考信號可以用于引用先進(jìn)的配置參數(shù)

42、信號的能力。下行參考信號的傳輸功率定義為系統(tǒng)帶寬的所有軸承的軸承地區(qū)重新供應(yīng)一個(gè)專用參考信號的線性平均水平。OFDM信號在每個(gè)不包含小區(qū)特定的參考信號,對于每個(gè)UE,PDSCH EPRE比和小區(qū)特定參考信號表示為A。當(dāng)采用四天線預(yù)編碼發(fā)射分集時(shí)，A等于poweroffset+PA+10log10(2)；否則，A等于poweroffset+PA。其中，PA為UE專用參數(shù)，由高層信令下發(fā)。此外，需要說明的是，通常情況下poweroffset均為0dB（多用戶MIMO除外）。每個(gè)包含UE專用參考信號的OFDM信號，PDSCH EPRE比UE專用參考信號是相同的。此外，UE可以假定為16值QAM和64

43、 QAM配置傳輸模式，或傳輸模式8、PDSCH EPRE比UE專用參考信號是0分貝。UE可以假設(shè)其向下定位參考信號向下定位參考信號的帶寬和所有包含向下定位參考信號的OFDM符號常數(shù)。在每一個(gè)包含小區(qū)專用參考信號的OFDM符號中，PDSCH與小區(qū)專用參考信號的EPRE比值用B表示。不同場景下，不同OFDM符號所對應(yīng)的A和B如表2.1所示。表2.1 同OFDM符號所對應(yīng)的A和B參考信號表天線端口數(shù)AB常規(guī)CP擴(kuò)展CP常規(guī)CP擴(kuò)展CP單天線或雙天線1,2,3,5,61,2,4,50,40,3四天線2,3,5,62,4,50,1,40,1,3高層信令通知的小區(qū)專用參數(shù)PB以及eNodeB配置的小區(qū)專用

44、天線端口數(shù)目決定了小區(qū)小區(qū)專用的比值B/A。其中，PB為小區(qū)專用參數(shù)，由高層信令下發(fā)。不同場景下，B/A的取值如表2.2所示。表2.2 B/A的取值表PBB/A單天線端口2天線或4天線端口015/414/5123/53/432/51/2UE可以假定PMCH與參考信號的EPRE比值為0dB在PMCH且使用16QAM或64QAM調(diào)制方式的情況下。（2）eNodeB相對窄帶發(fā)射功率限制系統(tǒng)定義了RNTP(RelativeNarrowbandTXPowerindication，相對窄帶發(fā)射功率指示)，基站間通過X2接口傳遞該參數(shù)，通過該參數(shù)以比特圖的形式指示每個(gè)PRB將要使用的發(fā)射功率是否超過門限，從

45、而對下行進(jìn)行功率協(xié)調(diào)。 CDMA功率控制與LTE功率控制技術(shù)的對比表2.3 CDMA與LTE系統(tǒng)功率控制技術(shù)的對比表CDMALTE遠(yuǎn)近效應(yīng)明顯不明顯功控目的對抗快衰落陰影衰落和補(bǔ)償路徑損耗功控周期快功控慢功控功控范圍小區(qū)內(nèi)小區(qū)間和小區(qū)內(nèi)具體功率目標(biāo)整條鏈路的總發(fā)射功率上行：每一個(gè)RE上的能量EPRE；下行：每一個(gè)SC-FDMA符號的能量自干擾明顯無干擾類型小區(qū)內(nèi)寬帶干擾小區(qū)間窄帶干擾2.5 載波聚合技術(shù)載波聚合技術(shù)的簡介CA侯娜. LTE-A中載波聚合關(guān)鍵技術(shù)研究D. 北京郵電大學(xué):侯娜, 2014. 55-78 技術(shù)有能力將2至5個(gè)LTE成員載波（ComponentCarrier，CC）聚合

46、在一塊，實(shí)現(xiàn)最大100MHz的傳輸帶寬，有效提高了上下行傳輸速率，如圖2.10所示。終端根據(jù)自己的能力，大多數(shù)TDD可以同時(shí)使用幾種載體的運(yùn)輸。CA的功能可以支持連續(xù)或非連續(xù)載波聚合，每個(gè)載波可以使用的最大資源是110 RB。在每個(gè)載波使用獨(dú)立的HARQ實(shí)體的每個(gè)用戶，每個(gè)傳輸塊只能映射到一個(gè)特定的載體。每個(gè)載波PDCCH信道是相互獨(dú)立的，你可以重復(fù)使用設(shè)計(jì)的R8版本，為每個(gè)載波信道資源分配每個(gè)載波PDCCH PDSCH和PUSCH使用。也可以使用使用TDD PDCCH信道調(diào)度多個(gè)載體CIF領(lǐng)域資源配置。圖2.11 載波聚合技術(shù)原理圖全球不同區(qū)域的運(yùn)營商會有不同的LTE頻譜分配，因此也就有不同

47、的載波聚合的頻段組合需求?，F(xiàn)在在3 gppran4組有很多載波聚合組合頻率進(jìn)行了討論，主要是確定為滿足不同CA頻段組合工作時(shí)基站和終端需要達(dá)到的射頻指標(biāo)。 載波聚合技術(shù)的發(fā)展歷程1在2013的第一時(shí)間，韓國SK電訊的商業(yè)CA，它將800 MHz頻率和聚集的1.8 GHz的頻率為20 MHz頻段，獲得150 Mbps下行峰值速率。一個(gè)月后LGU+跟進(jìn)。2EE宣布在2013十一月，英國運(yùn)營商完成系統(tǒng)band40mhz載波聚合，高達(dá)300的MPBS理論速率。3澳大利亞運(yùn)營商Optus第一個(gè)完成TD-LTE上載波聚合，其次，香港CSL、日本軟銀、澳大利亞Telstra也緊隨其后完成商用載波聚合。一開始

48、，載波聚合部署非常局限，僅限于2載波。2014年，韓國SK電信、LGU+成功演示了3載波聚合。隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)，相信未來還有更多CC的載波聚合。當(dāng)然還包括TDD和FDD、LTE和WiFi之間的載波聚合。2014年九月，中國電信成功地演示了FDD和TDD載波聚合，這也是道路上的一個(gè)新的里程碑的載波聚合。2.6 SON技術(shù) SON技術(shù)的定義SON（Self-Organizing Network，自組織網(wǎng)絡(luò)）張旭. 無線自組織網(wǎng)絡(luò)路由算法及相關(guān)技術(shù)研究M. 吉林大學(xué):張旭, 2013. 23-32 是伴隨LTE發(fā)展而引出的一套完整的網(wǎng)絡(luò)理念和規(guī)范。SON的使用主要由運(yùn)營商提供，思路是降低運(yùn)營成本，

49、實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的一些自主功能，減少人員參與。技術(shù)的功能SON的功能主要可以歸納為：自配置，自優(yōu)化，自愈。自配置：指從設(shè)備安裝上電到用戶設(shè)備能夠正常接入進(jìn)行業(yè)務(wù)操作，在很少或者完全沒有工程人員干預(yù)的前提下完成。它簡化了新站開通調(diào)測流程，減少了人為干預(yù)環(huán)節(jié)，降低了對工程施工人員的要求，目標(biāo)是做到即插即用，真正降低開站難度從而減少運(yùn)維成本。自配置功能包括：站點(diǎn)位置智能選擇；自動生成系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)（插入網(wǎng)元）；家庭eNodeB的自配置自優(yōu)化：根據(jù)終端UE（User Equipment，用戶設(shè)備）和基站eNodeB（Evolved Node B，演進(jìn)Node B）的性能測量等網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況，為達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)性能

50、和質(zhì)量和減少網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化成本和提高網(wǎng)絡(luò)性能和質(zhì)量的目的對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行自我調(diào)整優(yōu)化。自優(yōu)化功能包括：物理信道的自優(yōu)化、家庭eNodeB的自優(yōu)化、準(zhǔn)入控制參數(shù)優(yōu)化、切換參數(shù)優(yōu)化、擁塞控制參數(shù)優(yōu)化、鏈路層重發(fā)方案優(yōu)化、干擾協(xié)調(diào)、覆蓋間隙偵測、隨機(jī)接入信道優(yōu)化、負(fù)載均衡、分組調(diào)度參數(shù)優(yōu)化等等。自愈：網(wǎng)絡(luò)問題的自我治愈，像是治病般的“早發(fā)現(xiàn)，早診斷，早治療”。該功能通過對系統(tǒng)告警和性能的檢測發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問題，并自檢測定位，部分或者全部消除問題，最終實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶感受的最小化影響。自愈功能包括：小區(qū)停用預(yù)測；小區(qū)停用偵測；小區(qū)停用補(bǔ)償 SON的關(guān)鍵技術(shù)SON關(guān)鍵技術(shù)賀敬, 常疆. 自組織網(wǎng)絡(luò)(SON)技術(shù)及

51、標(biāo)準(zhǔn)化演進(jìn)M. 諾基亞西門子通信技術(shù)(北京):常疆, 2012. 123-130 包括：PCI（Physical Cell Identity，物理小區(qū)標(biāo)識）覆蓋和容量優(yōu)化、負(fù)荷均衡優(yōu)化、自動鄰區(qū)關(guān)系功能、自動配置、隨機(jī)接入信道優(yōu)化技術(shù)。在現(xiàn)階段，SON將實(shí)現(xiàn)ANR（Automatic Neighbour Relation）自動鄰區(qū)關(guān)系功能、PCI自動配置功能；在更高級階段，將實(shí)現(xiàn)負(fù)荷均衡優(yōu)化、RACH（Random Access Channel）隨機(jī)接入信道優(yōu)化、覆蓋和容量優(yōu)化等功能。3 移動通信的未來發(fā)展3.1 移動通信技術(shù)的發(fā)展歷程移動通信技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段，第一代（1

52、G）劉婷婷. 新一代無線通信系統(tǒng)中的自適應(yīng)均衡技術(shù)研究M. 電子科技大學(xué):劉婷婷, 2006. 1-5 通信技術(shù)自1980年代初,經(jīng)過十多年的發(fā)展,這一代的移動通信技術(shù)主要是通過模擬傳輸,所以它有一個(gè)較低的速度,質(zhì)量差,安全性差,體積小等。第二代（2G）通信技術(shù)始于1990年代初,使用更密集的結(jié)構(gòu)和參考技術(shù),如智能技術(shù)的發(fā)展,從1G的技術(shù)改善,但仍不能滿足移動通信業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。第三代(3G)通信技術(shù),通過智能信號處理技術(shù)的應(yīng)用,如可以提供第一代技術(shù)無法提供移動寬帶服務(wù),但頻譜利用率很低,仍有大量的價(jià)值沒有充分利用頻譜資源。因此,3G技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不符合未來的通信技術(shù)也無法滿足人們的需求。第四代（4

53、G）胡玉佩. LTE技術(shù)及應(yīng)用前景淺析J. 長沙通信職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào). 2012. 5-10 通信技術(shù),提出了在這種背景下,視頻圖像的傳輸可以用高清電視競爭的影響,最高下載速度和靈活的定價(jià)方法,具有三代的無可第比擬的優(yōu)勢。第五代（5G）章強(qiáng). 5G移動通信發(fā)展趨勢探究J. 內(nèi)江科技. 2016. 4-5 通信系統(tǒng)作為新一代的通信系統(tǒng),符合移動通信技術(shù)的發(fā)展,是第四代的傳輸延遲、通信技術(shù),用戶體驗(yàn),覆蓋和系統(tǒng)安全性明顯提高。5G移動通信技術(shù)將密切與其他通信技術(shù)集成,并成為新一代的先進(jìn)移動信息網(wǎng)絡(luò)?？梢詽M足未來一段時(shí)間內(nèi)人們對網(wǎng)絡(luò)的需求。3.2 移動通信技術(shù)的現(xiàn)階段目標(biāo)LTE-Advanced(L

54、TE)的增強(qiáng)版,是移動通信技術(shù)4G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),可以完全向后兼容LTE,一般來說,只需要升級的軟件版本原始LTE。標(biāo)準(zhǔn)峰值速率達(dá)到下行1Gbps，上行500Mbsp。LTE-Advanced是LTE（Long Term Evolution）的演進(jìn)，是演進(jìn)而不是革命。研究和開發(fā)的目的是滿足和超過IMT-Advanced的要求,保持良好的LTE向后兼容性,以滿足未來幾年,更多的應(yīng)用程序和更高的無線通信市場的需求。LTE-A采用了載波聚合（Carrier Aggregation）、上/下行多天線增強(qiáng)（Enhanced UL/DL MIMO）、多點(diǎn)協(xié)作傳輸（Coordinated Multi-point Tx&Rx）、中繼（Relay）、異構(gòu)網(wǎng)干擾協(xié)調(diào)增強(qiáng)（Enhanced Inter-cell Interference Coordination forHeterogeneous Network）等關(guān)鍵技術(shù)，可以大大提高無線通信系統(tǒng)的細(xì)胞平均頻譜效率,頻譜效率峰值和峰值數(shù)據(jù)速率和小區(qū)邊緣用戶性能。同時(shí)使其成為主流的無線通信