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LTE手机测试仪中下行链路的设计与实现.pdf

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上传者: xl46512 2012-05-08 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《LTE手机测试仪中下行链路的设计与实现pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含密级:保密期限:姥贡印童大肇硕士研究生学位论文题目:堡垦壬扭测达垡主王复筵路的遮让皇塞现学号:Q型姓名:鲑毯题专业:值曼皇信皇处理导师:塑查亟学院:符等。

密级:保密期限:姥贡印童大肇硕士研究生学位论文题目:堡垦壬扭测达垡主王复筵路的遮让皇塞现学号:Q型姓名:鲑毯题专业:值曼皇信皇处理导师:塑查亟学院:值皇皇适值王猩年月号^与一独创性(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:觇丛丝。日期:丝bf。迈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)本学位论文属于保密范围在年解密后适用本授权书。f.本人签名:鲮愈丛日期:坠!竺:l:堑导师签名:翊羞鲎日期:趁也。三:々。气^^小毒LIE手机测试仪中下行链路的设计与实现摘要自年底GPP组织开始了第三代移动通信(G)的长期演进计划(LongTermEvolution简称LTE)该计划在提高数据传输速率以及减少系统时延的同时增大了覆盖范围和系统容量从而达到降低用户费用、运营商成本以及改善服务质量的目标。论文的工作重点为LTE手机测试仪中下行链路的设计与实现为此首先对LTE系统进行整体介绍重点研究下行链路信道编码、扰码、调制及MIMO技术等物理层关键技术在此基础上研究下行物理信号生成及下行物理信道的处理流程之后对本论文的开发工具picoTools开发平台picoChip公司的CPE集成开发板进行介绍给出LTE手机测试仪的整体结构设计、基带开发流程及LTE下行链路的整体结构设计接下来详细介绍LTE下行链路各个模块的实现方案论文的最后通过Matlab平台对比、第三方测试向量及测试仪器辅助分析三种方式对实现的LTE手机测试仪下行链路进行测试和功能验证并建立测试仪下行链路与测试UE的通信验证及调试结果证明论文提出的实现方案开发时间短、成本低能有效实现LTE下行链路基带处理功能。关键词:LTE下行链路DSPpicoArray^t}畦startedfromtheendof.LTEwillstretchtheperformanceofGtechnology,therebymeetinguserexpectationsina一yearsperspectiveandbeyond.Thefundamentaltargetsofthisevolutionaretofurtherreduceuserandoperatorcostsimproveserviceprovisioning.Thiswillbemetthroughimprovedcoverageandsystemcapacityaswellasincreaseddatareducedlatency.Thepaper’SmaintaskwastodesignandimplementdownlinkdatapathforLTEmobiletester.SofirstageneralintroductionofLTEsystemwasgivenandLTEdownlinkkeytechnologiessuchaschannelcodingscramblingmodulationandMIMOtechniqueswerestudied.Thenattentionwaspaidondownlinksignalgenerationdownlinkphysicalchannelprocessing.AfterthatthepaperinvestigatedpicoArray’SdevelopmentKITpicoToolsandgaveabriefintroductionofpicoChip’SCPEintegrateddevelopmentboardthemaindevelopmentplatformofthispaper.ThenthepaperproposedthearchitecturedesignofLTEmobiletesterdeterminedthedownlinkdatapathdevelopmentprocessforLTEmobiletesterdesignedtheoverallstructureofLTEdownlinkdatapathandanalizedthethroughputrequirementofdownlikdatapath.Alotofeffortwasputonthedesigningcodingandtestingofeachmodule.Atlastthepaperverifiedtheimplementationthroughthreeways:comparationwithMatlabplatformverificationbyrdparthtestvectorandanalysisbyaidoftestingequipments.CommunicationbetweenLTEmobiletesterdownlinkdatapathandtestUEwasestablishedsuccessfully,demonstratingtheimplementationschemeprovidedbythepaperwasatimesavingandlowcostsolutionforLTEdownlinkbasebandfunction.KEYWORDS:LTEDownlinkDSPpicoArray北京邮电大学硕士学位论文目录第一章绪论。.论文研究背景。.论文主要IT作及组织结构。第二章LTE系统下行链路研究...LTE系统下行帧结构及传输内容....U’E系统物理层下行帧结构。..LTE下行链路传输内容...LTE系统下行链路关键技术......信道编码....扰码。..调制技术..下行MMO技术.LTE系统下行物理信号及下行物理信道处理流程。..LTE下行物理信号...LTE下行物理信道处理流程..本章小结.第三章开发平台及开发上具介绍..picoArray架构...picoTools功能...PC芯片特性。.CPE集成开发板...本章小结.第四章LTE手机测试仪下行链路在picoArray上的实现。.LTE手机测试仪整体结构~.基带开发流程...LTEF行链路开发整体设计。‘..下行链路整体结构设计..下行链路吞吐分析.LTE下行链路开发具体实现..FEC关键算法的实现方案...扰码设计..采用SCMV方式的调制及MIMO处理的实现..l..下行资源映射的设计..前端FrontEnd的设计.LTE手机测试仪下行链路AE使用情况及功能验证..LTE手机测试仪下行链路AE使片j情况....LTE手机测试仪下行链路功能验证..本章小结.第五章结束语..论文工作总结.论文进一步研究方向.参考文献.至定谢。攻读学位期间发表的学术论文..一lr北京邮电大学硕十学位论文.论文研究背剽】第一章绪论目前移动通信技术已经经历了第一代模拟移动通信系统、第二代数字移动通信系统、第三代移动通信系统正在向第四代移动通信系统发展。第一代移动通信技术的特征是采用模拟信号处理话音和频分多址(FDMA)技术工作频段为/MHz采用了频率复用技术和多信道共用技术。如美国的AMPS(AdvanceMobilPhoneService)、北欧的NMT/及英国的TACS。第一代移动通信技术由于其特有的频谱利用率低、保密性差抗干扰能力弱等特点在世纪年代中页逐渐被使用FDMATDMA或者CDMA的第二代移动通信技术所取代。第二代移动通信系统主要有两大类主流技术一类采用TDMA如美国的D.AMPS、欧洲的GSM及同本的PDC等世界目前市场占有最多的是GSM。第二类是采用CDMA即码分多址技术的系统主要代表技术有美国的N.CDMA该技术的理论基础是扩频技术。第三代移动通信结合了第一代和第二代的特点简化了第二代系统向第三代系统的过渡这种结合和演进决定了第三代移动通信技术的多样性和复杂性。IMT成为一种全球统一标准ITU继续延续了在多址接入方面以码分多址(CDMA)为主辅以时分多址(TDMA)或使二者相结合的策略。ITU针对G规定了五种陆地无线技术其中WCDMA、cdma和TDSCDMA是三种主流技术。虽然还没有最终形成行业标准但是国际上对于G的定义已经逐渐清晰起来。基本上可以确定OFDM/OFDMA、MIMO和智能天线等技术将成为G的主流技术。不同的G技术发展而来的准G标准也很多如cdma发展为AIEWCDMA、TD.SCDMA分别发展为LTE移动WiMAX也发展为一项准G技术。可以预见G无疑将延续G标准之争的格局。LTE是GPP组织启动的最大的新技术研发项目该技术已经成为第三代移动通信系统演进的方向。.论文主要工作及组织结构LTE系统因其良好性能已经成为当前无线通信领域的研究热点受到人们越来越广泛的关注。LTE技术的发展现在已经逐渐进入商用化阶段这个过程中终端、基站等关键设备的开发至关重要而这些设备的开发需要专业的测试仪器来辅助完成本文即给出一种LTE手机测试仪中下行链路的设计与实现方案该手机测试仪主要用于LTE终端的一致性测试。本文的结构组织如下:第一章为本论文的绪论部分介绍论文的背景、主要工作和结构第二章对LTE系统下行链路进行介绍研究了下行帧结构及传输内容、LTE系统下行链路的关键技术及下行物理信号、下行物理信道的处理流程第三章介绍论文实现的开发平台及开发工具第四章为本论文的关键章节详细介绍LTE手机测试仪下行链路的设计与实现第五章对论文工作进行了总结并讨论进一步研究的方向。一f北京邮电大学硕十学位论文第二章LTE系统下行链路研究【】【】LTE的基本思想是采用过去为BG或G发展的技术来发展LTE使用G频段占有宽带无线接入市场。LTE的研究项目是于年底在GPP中提出的在年月的魁北克会议上最终确立了系统目标和关键特性目标包含降低时延、提高用户数据率、增大系统容量和覆盖范围以及降低运营成本等具体内容包括【】:时延:用户平面内部单向传输时延低于ms控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于ms从驻留状态到激活状态的迁移时间小于lOOms用户数据率:在MHz频谱带宽下能够提供下行链路Mbps、上行链路Mbps的峰值速率频谱带宽配置:系统应能够灵活部署:支持.~MHz之间的多种系统带宽并支持成对和非成对的频谱分配频谱效率:下行链路bps/Hz倍于HSDPA上行链路.bps/Hz倍于HSUPA:系统覆盖范围:通过频分多址和小区间干扰抑制技术提高小区边缘传输速率改善用户在小区边缘的体验增强LTE系统的覆盖性能共存:实现与第三代移动通信系统和其他通信系统的共存。从LTE系统的需求指标中可以看出其目标与G相比已经有了很大提高其主要特性体现在高数据速率、分组传送、灵活带宽和向下兼容。针对LTE概念的提出和目标的确立GPP制定了明确的标准发展时间表整个标准发展过程分为研究项目和工作项目两个阶段。研究项目阶段在年年初丌始、年年中结束该阶段将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甚至还可能对某些技术的优越性进行辩论最终选择出适合未来LTE的技术方案。系统功能的划分、接口的定义也会在这个阶段涉及。工作项目在年年中开始主要着手标准的建立。该阶段对LTE标准细节的各个方面展丌讨论和起草并一直持续到年年中。整个过程比G标准的制定过程节奏明显加快这也是考虑到市场的需求。随着宽带技术的不断创新GPP也将在最短的时间内推出最新的技术。这给运营业带来了新的机遇更新更快的业务可以在不远的将来得以实现甚至完全可以和有线网络相媲美。本章在介绍LTE系统目标的基础上重点对下行链路进行研究主要介绍物理层下行链路帧结构、传输内容及物理层关键技术最后介绍下行物理信号及物理信道的处理流程。.LTE系统下行帧结构及传输内容..LTE系统物理层下行帧结构作为一个OFDM系统LTE物理层帧结构为一个时、频二维结构称为资源格(resource鲥d)其中每一个元素称为资源粒(RE:resourceelement)FDDLTE下行链路的物理层帧结构如图所示(对应FDD、帧结构):ms无线帧/\/汗擎\.撑O群l拌拌撑撑撑拌捍拌|、\\\.ms时隙、\\个\I一#.I#l\\./'L/符号/RE///】N怒RBN婺//缓/\、\图.FDDLTE下行链路物理层帧结构载波可以从时域和频域两个维度分析LTE下行物理层帧结构:在时域:个ms无线帧=个lms子帧一个lms子帧=个.ms时隙每个时隙中的OFDM符号数蝶DL。取决于CP类型:MOL{,嬲幺嚣式协在频域上:个资源块中包含的子载波数为Ⅳ等=子载波间隔为KHzl一^北京邮电大学硕卜学位论文考虑系统的灵活性GPP规定LTE可以采用多种系统带宽不同带宽对应的下行RB总数Ⅳ嚣不同:Ⅳ嚣=..LTE下行链路传输内容..剖lZHZ.引批.A纡拓.』l盯扬.朋月.』lf了扬式(.)LTE下行传输的最小时频单元为上文已述的资源粒(RE)传输的内容按照来源分为下行物理信号及下行物理信道:下行物理信号不传递任何来自高层的信息。GPP定义了参考信号(ReferenceSignalRS)与同步信号(SyncronizationSignalss)两种物理信号其中同步信号又包括主同步信号(PrimarySyncronizationSignalPSS)希N辅同步信号(SecondarySyncronizationSignalsss)。下行物理信道用于承载来自高层的数据GPP定义了下述下行物理信道:物理广播信道PBCH主要承载广播信息物理下行共享信道PDSCH主要用于承载用户业务数据物理控制格式指示信道PCFICH指示PDCCH信道占用的OFDM符号数物理m堰Q指示信道PHICH承载HARQ指示信息物理下行控制信道PDCCH承载控制信息DCIDCI有多种格式不同格式具有不同的作用版本中定义的种DCI格式及作用如表所示。表DCI格式及相应作用DCI格式功能格式PUSCH凋度格式一个PDSCH码字的调度格式A一个PDSCH码字的压缩型调度格式CDLSCH的更压缩型分配格式配置为空分复用模式的UE的PDSCH调度格式。使用个功率调整比特作为PUCCH和PUSCH的TPC命令传输格式A使用个功率调整比特作为PUCCH和PUSCH的TPC命令传输.LTE系统下行链路关键技术U卫下行链路物理层基带处理的基本流程如图.所示:下行物理信道(PBCH、PCFICH、PHICtt、PDCCH、PDSCH)经过信道编码、扰码、调制及MIMO操作处理后与下行物理信号(RS、ss)一起进行资源映射之后生成OFDM基带信号完成基带处理过程送至射频输出本章将对这些关键技术进行研究。一一..信道编码PBCH匕型PDSCHEdPCFICH====型PHICHPDccHf=三i“~’lR剐Iss图LTE下行链路物理层基带处理整体流程射频LTE的信道编码是一系列操作的组合:它不仅包含严格意义上的信道编码、检错和纠错功能还包括速率匹配、交织、传输和控制信道向物理信道的映射及反映射等功能。它为MAC层数据和控制信令提供物理层的传输服务对于下行链路而言即将MAC层的下行数据和控制信令进行纠错编码后适配到相应的物理^一’j.厶看遁oLTE信道编码处理流程如图.所示:图.信道编码处理流程...CRC添加及码块分割LTE的CRC计算分为两种:传输块(TB:transportblock)的CRC和码块(CB:codeblock)的CRC。传输块的CRC以整个MAC层传来的传输块为单位来计算和添加CRC如果添加CRC后传输块长度超过了信道编码器所允许的最大输入一^北京邮电大学硕十学位论文长度则需将传输块分为若干个码块再对每个码块添加各自的CRC。...信道编码与以往各通信系统一样LTE根据数据类型的不同而采用了具有不同特性的信道编码方式:对数据量较小的控制信道PCFICH及PHICH分别采用冗余较多的块编码和重复编码这样的简单编码方法以保证控制信息的传输可靠性对数据速率较低的信道PDCCH及PBCH采用咬尾(Tail.biting)卷积码编码方法卷积码的编码和译码复杂度低、处理时延小适合小编码块和对时延敏感的数据及信令传输对数据速率较高的业务信道PDSCH采用Turbo编码方法Turbo码编译复杂高时延大但误码性能优异。LTE中采用的块编码、重复编码及咬尾卷积码都没有特殊的操作现在主要对LTE中的Turbo编码方法进行研究。LTE要求支持Mb/s以上的峰值数据速率这对信道编码的译码速度提出了更高的要求如果LTE继续沿用Rel中的Turbo码其内交织器结构会导致存储器争用不能进行并行译码无法满足上述数据速率要求。很多公司和机构针对该问题展开了研究并提出了不同的解决方案归纳起来有以下几种【】【】:Ericsson、Fujitsu、HighDimension等公司:继续使用Rel的Turbo码对其内交织器进行修改、避免存储器争用以便实现并行译码:Intel、ITRI、LGElectronics、Mitsubishi、ZTE等公司:提出用LDPC码代替Turbo码FranceTelecom/Orange:使用Duo.binaryTurbo码等。爱立信采用两种并行译码算法对Turbo码进行译码比较了它和LDPC码的译码复杂度、硬件实现复杂度以及所需要的寄存器等各方面优劣最终发现LDPC码无论在性能上还是硬件实现上并不比Turbo码有明显优势因此建议LTE仍然使用Rel中的Turbo码。除了上述复杂度、误码性能等因素外信道编码方案的选择还必须考虑码字的可分割性、码长的灵活性、扩展性以及该码在IR.m堰Q协议中的应用等问题基于上述综合考虑Turbo码在LTE中战胜了后起之秀LDPC码LTE最终决定仍然采用Rel中的Turbo码作为母码但必须对Turbo码的内交织器结构进行修正。在研究过程中提出了多种备选的交织起结构如近似置换(AlmostRegularPermutationARP)交织器、块间置换(Inter.BlockPermutaionIBP)交织器、无冲突的二次置换多项式(QuadraticPermutationPolynomialQPP)交织器、拉丁正方与矩形阵结构交织器(LatinsquareandRectanglestructuredInterleaver,LRI)。经过长期讨论LTE决定采用无冲突的QPP交织器作为LTETurbo码内交织器其输入输出关系为c一cn(i)f=o...(K)其中下标n(i)t【lifi)roodK参数五^K的选取参考协议。它具有如下优点:具有“最大无争用特性”使接收端的设计更加灵活数学描述简单、通用对于每种码长仅需两个参数就能描述交织器的结构不需要大量的存储器来存储交织器参数计算简单只需要进行多项式计算而不需要进行大量的查表操作支持多种码长各码长之前步长小减少由比特填充所带来的频谱效率损失除此之外采用QPP内交织器的Turbo码性能与Release中的Turbo码性能相当。...速率匹配速率匹配的作用是根据系统要求将编码器的输出适配到所需要的码率。LTE针对Turbo码和咬尾卷积码采用了不同的速率匹配机制。>针对Turbo编码的速率匹配机制【】由于LTE中的Turbo编码采用QPP内交织器因此Rel中速率匹配机制不再适用于LTE需要寻找一种新的速率匹配机制来使用QPP内交织器。QualcommEurope在GPPTSGRANWGl#bit会议上提出采用基于循环缓存器的速率匹配机制结构如图.所示。P’l子一p虚拟循环缓存器(”。wk比特筛选及kL子块交织比特收集r打孔{’l子块交织I堆’’图Turbo码编码的传榆信道的速率匹配该机制主要由三个子模块构成:三个子块交织器、~个比特收集及虚拟循环缓存器、一个比特筛选和打孔器三个子块交织器分别为编码器的三路输出dP)d)和df)做交织。基于循环缓存器的速率匹配器与Rel的速率匹配器相比有如下优点:针对每个编码块做速率匹配可同时并行处理多个码块为每个码块匹配一个循环缓存器可以大大降低处理的复杂度和时延一^北京邮电大学硕上学位论文低码率时性能与Rel的速率匹配性能相当随着码率的增加其性能逐渐优于Rel的速率匹配器:Rel速率匹配器包含两个交织器~RQ比特收集交织器和信道交织器而LTE的速率匹配仅需要一个HARQ比特收集交织器进一步降低了处理时延。由于上述这些优点基于循环缓存器的速率匹配机制被LTE所采纳它的工作过程和要点简述如下:以码块为单位进行速率匹配:首先将系统比特和校验比特分别做子块交织并将交织后的校验比特逐一间插排列然后将系统比特和校验比特级联拼接起来送入循环缓存器根据冗余版本的需要对循环缓存器中的比特进行筛选和打孔得到指定码率和格式的输出比特流。>针对卷积编码的速率匹配机制LTE中针对卷积码的速率匹配方案与Turbo码的速率匹配机制类似主要不同之处在于列间置换模式及数据输出模式不同具体操作可以参考GPP协议。...码块级联信道编码模块的最终输出需要将多个码块的输出级联起来构成该传输块所对应的总输出此即码块级联操作。..扰码LTE系统的物理信道(PBCH/PDSCH/PCFICH/PHICH/PDCCH)经过信道编码之后都需要进行扰码操作。不同信道的扰码方式相同都采用由Gold序列生成的伪随机序列作为扰码序列但扰码序列生成器的初始状态不同如下所示:PBCH:cini。Ⅳ爿PDSCH:ciIli。=z舢‘“g‘”p。/。Ⅳ盂nPCFICH/PHICH:Cimt一(卜。/J)(Ⅳ掣)Ⅳ掣式(.)式(.)式()PDCCH:Cinit=Ins/JNI盂式(.)同时对于PBCH的扰码序列生成器每个无线帧进行一次初始化而PDSCH、PCFICH、PHICH、PDCCH的扰码序列生成器每子帧进行一次初始化。..调制技术调制映射模块的功能是将输入的二进制比特流或转换为复信号x=IQ作为输出。在GPP的演进方案LTE(Release)协议中建议采用的调制方式有以下四种:BPSK、QPSK、QAM、Q创Ⅵ。不同物理信道采用的调制方式如表.所示:表.LTE下行链路调制方式PDSCHQPSK,QAM.QAMPBCH、PCFICH、PDCCHOPSKPHlCHBPSK..下行MIMO技术为了满足LTE在高数据率和高系统容量方面的需求LTE系统支持下行应用多输入多输出技术包括传输分集i波束赋形及空间复用下行基本天线配置为*。传输分集的主要原理是利用空间信道的弱相关性结合时间或者频率上的选择性为信号的传递提供更多的副本提高信号传输的可靠性从而改善接收信号的信噪比。波束赋形是一种应用于小间距天线阵列的多天线传输技术其主要原理是利用空间信道的强相关性利用波的干涉原理产生强方向性的辐射方向图使得辐射方向图的主瓣自适应的指向用户来波方向从而提高信噪比提高系统容量或者覆盖范围。空间复用是一种利用空间信道弱相关性的技术主要工作原理是在多个相互独立的空间信道上传递不同的数据流从而提高数据传输的峰值速率提高有效性。这三种技术对空间信道的要求不同应用场景也有所不同:在低信噪比区域应用传输分集技术和波束赋形技术可以有效的提高接收信号的信噪比从而提高传输效率或者覆盖范围而在高信噪比区域提高信噪比无法明显改善传输速率一^北京邮电大学硕士学位论文主要应用空间复用技术来提高传输速率。目前LTE支持基于专用导频的波束赋形操作而专用导频主要用于sounding。因此下面主要对传输分集及空间复用进行研究。...传输分集【【】LTE中传输分集的候选技术很多包括空时编码(SpaceTimeCodeSTC)、循环延时分集(CyclicDelayDiversity,CDD)以及天线切换分集技术。LTE下行最终对天线传输分集及天线传输分集都采用SFBC.based的开环发送分集方案。>两发送天线的传输分集对于天线传输来说著名的Alamouti空时块码为满足Ratel、可提供全分集增益的正交空时块码。因此LTE中针对发送天线的传输分集方案争议很小采用Alamouti空时块码。具体实现为:yto)(复)y()(复)y(o)伍)yCl)仁)万jO一l一j。式(.)其中:f。咄Mlsylay曲er一肘知:M帅laye。rp{}为天线端口xa):IX。’(f)工mo)r为输入输出为y(f):D(o)y(D(f)】r。>四发送天线的传输分集传输分集的讨论主要集中在四发送天线时采用的分集方式。在发送天线数大于的情况下已经证明不存在满足Rate的正交空时块码LTE下行最终对天线传输分集也采用SFBC.based的开环发送分集方案考虑SFBC与其他分集方式进行组合的方式进行分集传输如SFBC与CDD结合的方式、SFBC与天线切换分集(FSFD)结合的方式。经过讨论LTE四天线传输分集采用SFBCFSTD的方式。具体实现为:D町D“。。。弘nhh其中:f=o一M。lyambyer~M知z/I/it。layy。erpe{o,}为天线端口z“):k(。’o)工c’o)石(z’a)z(’“)r为输入y(f)=y(。’(i)y(’(f)y(’o)yO)a)】r为输出。(o)a)()a)()(f)()(f)(o)(f)()O)()(f)()a)式(.)空间复用LTE系统支持单码字(SCW)及多码字(MCW)的空间复用传输:单码字的空间复用传输是指用于空间复用传输的多层数据仅仅来自于一个信道编码之后的数据流而多码字空间复用传输的多层数据来自于多个不同的独立进行信道编码的数据流每一个码字可以独立地进行速率控制分配独立的混合自动重传进程。同时LTE支持单用户MIMO(SU.MIMO)和多用户MIMO(MU.MIMO):单用户MIMO即单个用户采用同样的时频资源对多种调制的符号流进行空分复用多用户MIMO则为在同样的时频资源块上对不同用户的不同调制符号进行空分复用的方法。考虑到用户的能力目前LTE支持的最大码字数为MU.MIMO主要为Release预留Release中MU.MIMO支持最多个用户。>预编码技术【】】多用户MIMO系统中由于各用户的空间信道矩阵不同多个用户可以使用同一频带同时与基站通信所以每个用户终端的接收信号中存在共信道干扰声髓黜&黜hh蛔hOOOOO.OOOO.吖.OOOOOOOOOOOO一OOOO...OlOOOOOmDm矽动力动力“牝“~即弹孙似似心叫国仰m圆柳yyyyV.yyyyyyy北京邮电人学硕二l:学位论文(CCI)当基站已知所有用户的信道状态信息(CSI)时通过在发射端预编码的设计可以抑制CCI。预编码操作按照预编码矩阵的获得位最划分可以分为非码本的预编码操作和基于码本的预编码操作。为了减少反馈开销在LTE系统中采用基于码本的预编码方案。在标准化进展中关于预编码技术的讨论主要集中在码本选择及码本大小上。主要考虑的码本为:基于天线选择的码本、基于Householder变换的码本以及基于DFT矩阵的码本(基本DFr矩阵及旋转DFT矩阵)。而对于码本大小涉及到用户的反馈开销所以在保证性能的条件下希望码本越小越好。最终LTE确定的用于空间复用的预编码方案及码本大小如下:两发送天线的空间复用:采用基于DFT矩阵的预编码码本码本大小为。四发送天线的空间复用:采用基于Householder矩阵的预编码码本码本大小为。>码字层映射LTE确定下行MIMO每个用户的最大码字数为然而最大的层数为这种码字数与层数之间的不匹配导致需要考虑码字到层的映射关系。当层数为、、时码字层映射方案唯一如图.所示。l^...iIlrcwz帆b'Precod啦iLP图.层数为、、时的码字层映射方案关于码字层映射的讨论主要集中在层数为时的映射方式。各公司提出的方式主要有和两种如图所示。根据吞吐性能仿真结果并且综合考虑系统灵活性和UE复杂度方式都要优于方式。LTE标准最终采用的即为固定的码字层映射方式。噼IPrecoding瞰网F一{一lIPrecodingl圈卜S/PIIll一图层数对应的两种码字层映射方案.及方式>用户反馈【】GPPLTE中MIMO系统的用户反馈主要包括层数选择反馈、预编码反馈和CQI反馈。层数选择反馈:每个用户通过上、下行链路L/L的控制信道传输一个层数标识。预编码反馈:由于反馈信息的频段大小不同预编码反馈和秩反馈分别定义以使反馈开销最小化。LTE中规定预编码反馈信息的频段大小和反馈频率由网络决定其反馈的频率与CQI的反馈频率相近。CQI反馈:为了减少反馈开销定义每个码字的CQI反馈。一些减少开销的CQI反馈机制可以用来传输频选的CQI值到基站端。...下行链路的七种传输模式GPP规定了下行链路的七种传输模式不同模式根据应用场景及用户能力进行半静态的配置不同的模式采用不同的DCI格式用于信令控制。表.针对版本协议对七种模式采用的MIMO技术、应用场景及作用进行了总结。表.LTE下行链路的七种传输模式传输模式分类应用场景作用备注单大线端口发送分集发送分集小区边缘提高信号传输天线.SFBC可靠性天线.SFBCFSTD开环空间复用空间复用高速或小区边缘提高峰值速率预编码CDD闭环空问复用空间复用小区中央提高峰值速率预编码多用户MIMO空间复用小区业务密集区提高吞吐为R及R预留闭环层数为波束赋形小区边缘增强小区覆盖用于FDD模式预编码单天线端口波束赋形小区边缘增强小区覆盖用丁.TDD模式.LTE系统下行物理信号及下行物理信道处理流程前面讲述了LTE下行链路的关键技术但并未针对具体的物理信号及物理信道进行阐述本节主要关注下行物理信号及物理信道的基带处理流程此处所说的基带处理包括资源映射(LTE下行链路资源映射主要完成各个物理信道及物理信号在时频二维资源格上的分布)但不包括前端的OFDM基带信号生成部分该部分为针对OFDM帧的操作不针对各个物理信道进行处理。A北京邮电大学硕:l:学位论文本节根据信息的类型及资源映射的方式对下行基带处理进行分类介绍:..专注于LTE下行物理信号主要介绍参考信号序列设计及资源映射、同步信号序列设计及资源映射..专注于LTE下行物理信道分别介绍PBCH的基带处理流程、控制信道PCFICH、PHICH、PDCCH的基带处理流程及业务信道PDSCH的基带处理流程。..LTE下行物理信号...参考信号序列设计及资源映射>参考信号序列设计【】参考信号的序列设计需要满足下行信道探测、下行信道估计和小区搜索的需要其最重要的要求即是减少与相同时频资源上其他参考序列的相互干扰。在LTE的参考信号设计过程中主要考虑了Walsh码、PN码等传统的序列。经过讨论GPP最终决定RS不区分eNodeB内和eNodeB之间的情况RS序列采用PN扰码序列并且码的数量为个。伪随机序列的时域周期为一个子帧因此可以和子帧编号形成一一对应的关系同时在确定了参考信号的时频结构之后参考信号的长度也相应的确定。辨YUr,^伽)的具体生成方式如下式所示:。l^伽)万(。cm))去(.c(m】)肌o,LN器tBx阻式()其中:几。为一个无线帧中的时编号z为一个时隙中的OFDM符号编号伪随机序列cO)的生成方式同扰码序列的相同只是初始化值不同:cinil加(G)z)【。NmcellJ.NDCdlNcp式()其中:Ⅳ卯={lo如fo。r嬲撩参考信号的伪随机序列每个OFDM符号初始化一次。>参考信号的资源映射在LTE早期研究中明确了下行参考信号至少可以用于如下目的:下行信道质量测量/信道检测下行信道估计用于UE端的相干检测和解调小区搜索上述目的为参考信号的设计提供了方向。下行参考信号以RE为单位由于LTE系统下行链路利用导频来区分天线所以参考信号的设计需要考虑多根天线对应的参考信号标准化进展中主要关注参考信号的时频密度及多天线参考信号的设计。参考信号RS过疏会导致信道估计的性能变差而RS过密则会造成RS开销过大所以RS的时频密度是信道估计性能和RS开销之间的折中。LTE协议规定:时域上RS信号分布在一个时隙中的两个OFDM符号具体时域位置与CP类型有关频域上每个子载波插入一个参考信号这样时域上可以保证在典型的运动速度下获得满意的信道估计频域上可以保证在典型频率选择性衰落信道中获得良好的信道估计性能同时又能将RS开销控制在较低的水平。为有效支持多天线传输下行参考信号的设计必须具有一定的正交性同时正交参考信号可以支持一个eNodeB内多个扇区之间的区分。LTE协议规定:一个小区内不同的MIMO天线之间采用FDM的方式复用一个天线传送RS的RE不仅不用于本天线的数据传输也不再用于其它天线的数据传输以保证RS的正交传输具体方式为通过小区ID控制RS在频域上的位置不同天线的RS相互错开。对于天线MIMO在LTE研究中要求天线MIMO的RS开销不能高于%。综上所述参考信号的资源映射取决于CP类型、小区ID及天线配置情况:CP类型决定了每套参考信号的时域位置小区ID决定每套参考信号的频域起始位置天线配置决定了在整个OFDM时频二维结构上共分布几套参考信号。图.给出了NormalCP、不同数目发送天线配置下下行链路参考信号的资源映射实例。由图可见:一根发送天线时时频二维资源格上只分布一套参考信号时域每时隙占用两个符号频域每个载波占用一个RE两个发送天线时时频二维资源格上分布两套参考符号两套RS在频域上错开并且供参考信号使用的RE不能传输其他信息四根发送天线时天线和天线在时域上每时隙占用一个符号并且时域上与天线、天线错开同时供套参考信号使用的RE不能用于其它传输。北京邮电大学硕十学位论文ffi。。l『^i.j^lt.I’『{Il!^.『l:^’j』}『l一l褂h一:.一『I.|{~’JI^}}i一一{‘I^{jf^】II^l『jl瞄b一l一^蟠lLL^i~I拌一‘J^一Xpp^K二苎一西舀^五’记^一&一一跹二工墨’CO^一幻目口呻啊^n州h“"mkⅢ。kb墨^b硭西一一R一L一卜。O‘oJ‘JO‘OO‘。I‘‘O‘.苎竺竺竺监堕塑..苎堡型竺!生~竺竺蜊。气H.岫岫^州!“‰.竺竺型!壁譬.型竺竺!竺型!墅生.,qr一一Ⅲnb*舳k掣捌曲舶蜓k抽岫im,fo^Ⅲ‘P州ItⅦ一埘^tI“pIJ图.下行链路参考信号资源映射(NormalCP)...同步信号序列设计及资源映射>同步信号的序列设计【】【】针对SCH的信号结构LTE在早期研究中考虑了两种方案。一种方案是分级SCH即通过不同SCH信号获得同步和小区ID。另一种方案是不分级SCH即通过相同的SCH信号获得同步和小区ID。选择哪种SCH信号结构主要考虑如下几个因素:()在存在小区干扰和频率偏移情况下的小区搜索时间()开销(包括发射功率开销、时频资源开销等)()UE复杂度。不同的方案会对小区搜索流程产生很大影响最终LTE确定使用分级的SCH结构即同步信号包括主同步信号P.SCH和辅同步信号S.SCH二者携带不同的信息下面分别讨论P.SCH和SSCH的序列生成。P.SCH序列设计P.SCH序列设计首先需要考虑P.SCH序列的数量其数量的选择需要在P.SCH同步性能和SSCH相干检测性能之间进行权衡GPP最后决定系统采用个P.SCH序列每个小区选用其中的一个。也就是说这个序列和一个小区ID组内的三个小区ID是一一对应的通过检测接收信号和这三个序列的相关性==H什HⅡUn二科H时鼓Ⅲ就可以判别是个小区ID中的哪一个。其次P.SCH序列应该具有如下的性质:()优良的相关性特性。尤其是不同的P.SCH之间的互相关性应该足够低这样当检测P.SCH样本和接收信号的相关性时才能保证出现的峰值数量和使用该P.SCH的小区数量相等而避免采用其他P.SCH的小区被误检测()P.SCH在频域上应该是平坦的以获得S.SCH相干检测所需要的满意的信道估计性能。()复杂度应该足够低以实现快速的同步和小区搜索()能获得满意的相邻小区搜索性能。经过讨论最终确定采用频域ZadoffChu序列通过选择根序列的编号减轻由时/频同步误差造成的负面影响并且出于避免与相邻信道干扰、降低复杂度的考虑最终确定序列长度为。P.SCH序列dO)的生成如下式所示:ff删d。()。卜。伽黑棚)肛叽.式(.)Tl,...其中ZadoffChu根序列的编号U如表.所示:表.P.SCH序列生成ZadoffChu根编号表根编号llN%S.SCH序列设计所需的S.SCH序列的数量取决子UE需要通过SSCH辨别的假定的数量SSCH采用二进制序列设计由两个二进制序列进行级联具体选择M序列因为其具有适中的解码复杂度且在频率选择性衰落信道中性能占优SSCH序列的具体生成方式请参照GPP标准.。.>同步信号的资源映射在LTE标准制定过程中需要对SCH在无线帧中的时域位置及在一个ms无线帧内的传送次数进行研究。SCH的时域位置需要同时考虑BCH因为二者决定了LTE系统的同步过程。首先可以明确的是BCH应在SCH之后固定的时间偏移出现这样UE只要获得了SCH定时就可以自然的获得BCH的时域位北京邮电大学硕L学位论文置。其次SCH在一个ms无线帧内的传送次数会对系统的性能

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