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重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 针对l t e 系统中小区间干扰比较严重，已有的干扰协调技术不能很好的解决 边缘用户频谱效率低的问题，在l t e a d v a n c e d 系统中引入了协同多点传输和接收 ( c o ) 技术。该技术通过各个小区之间的联合调度或协作传输，降低邻区干扰， 提高用户接收信号质量，从而有效增加系统容量和边缘用户频谱效率。本质上来 说，c o m p 是多输入多输出技术( m m o ) 在多小区下的应用。本文主要研究了基 于c o m p 的s u - m i m o 和m u m i m o 的协作传输方案。 首先研究了l t e a d v a n c e d 系统的物理层关键技术、参考信号和物理信道处理 过程等基础理论，搭建l t e a d v a n c e d 仿真链路。其次分析了基于s f b c 协作、p s d 协作、s f n 协作的三种c o m p s u m i m o 协作传输方案。其结果是s f b c 方案性能 最优，p s d 方案扩展性最强，s f n 协作方案复杂度低但性能最差。在主基站和协 作基站缺乏正交参考信号端口的时候，可以采取s f n 的协作方案，针对s f n 对组 合信道进行估计，协作基站和主基站延时会影响组合信道估计问题，给出一种在 发射端预编码进行线性相位补偿组合信道延时的方案。有效的消除了c p 范围内基 站之间的延时对s f n 协作性能的影响。然后，提出了一种结合s f b c 和p s d 优势 的适合于c o m p 系统的改进c o m p s u m i m o 协作方案。使得接收端在获得频率 选择性分集增益的同时，又获得s f b c 正交增益，提高了协作性能。 最后针对基于c o m 的多用户( m u m m o ) 协作传输，重点研究了消除多用 户间共道干扰的b d 和s l n r 预编码算法。同时由于采用了多用户预编码算法， 如果基站间采取联合处理会使得主基站和协作基站之间需要交互大量的瞬时信道 信息，为了克服该问题，采用基站内单独进行m u - m i m o ，基站间协作的方案， 同时为了使接收端获得相干增益，在发送端对发送信号利用等效信道矩阵进行预 处理，并对基于z f 和q r 的线性相位调整的两种预处理方案进行了分析比较，通 过仿真，表明基于q r 线性相位调整的预编码方案性能更优。 关键词：l t e a d v a n c e d 系统，多点协作，单用户m i m o ，多用户m i m o ，协作方 案 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t s i n c et h ei n t e r f e r e n c eb e t w e e nc e l l si nl t e ( l o n gt i m ee v o l u t i o n ) s y s t e mi ss o s e v e r e t h ee x i s t i n gi n t e r f e r e n c ec o o r d i n a t i o nm e c h a n i s m sf a i l e dt or e s o l v et h el o w s p e c t r u me f f i c i e n c yp r o b l e mo ft h eu s e r si nt h ec e l le d g e l t e - a d v a n c e di n t r o d u c e dt h e c o o r d i n a t e dm u l t i p o i n tt r a n s m i s s i o n r e c e p t i o n ( c o m p ) s c h e m et oc o p ew i t ht h e p r o b l e m ，w h i c hs h a l lb e n e f i tt h es y s t e mc a p a c i t ya n di n c r e a s et h es p e c t r u me f f i c i e n c y o ft h eu s e r si n t h ec e l le d g eb ye m p l o y i n gt h ej o i n ts c h e d u l ea n dc o o r d i n a t e d t r a n s m i s s i o n e s s e n t i a l l y , t h ec o m p i st h ea p p l i c a t i o no fm 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 ) u n d e rm u l t i - c e l l s ow em a i n l yr e s e a r c ht h es u m i m oa n dm u m i m oc o o r d i n a t e d s c h e m e su n d e rc o m p t h em a i nw o r ko ft h i st h e s i si sf o l l o w i n gt h es y s t e mo v e r v i e w , k e yt e c h n o l o g i e s ，d m r s ( d e m o d u l a t i o nr e f e r e n c es i g n a l ) a n dc h a n n e lp r o c e s s i n go f p h y s i c a ll a y e ri nl t e - a d v a n c e ds y s t e m f o rt h ec o m p s u m i m od o w n l i n k ，t h r e ee o o r d i n a t e ds c h e m e sb a s e do ns f b c ( s p a c ef r e q u e n c yb l o c kc o d e ) ，p s d ( p h a s es h i f td i v e r s i t y ) ，s f n ( s i n g l ef r e q u e n c y n e t w o r k ) a r er e s e a r c h e da n dc o m p a r e d t h e i rc o m p l e x i t yi sa n a l y z e d ，t h ep e r f o r m a n c e o fs f b cc o o r d i n a t i o ni sb e s t ，t h ec o m p l e x i t yo ft h es f nc o o r d i n a t i o ni sl o w e s t ，a n dt h e e x t e n s i o no fp s di se a s i e s t w h e nl a c ko fo r t h o g o n a lr e f e r e n c es i g n a lp o r tb e t w e e n c o o r d i n a t e db a s es t a t i o n s f nc o o r d i n a t i o nc a na d o p t b u tt h ed e l a yb e t w e e nt h e c o o r d i n a t e db a s es t a t i o nr e s u l tt h es i g n a le x p e r i e n c ead e p t ho ff r e q u e n c ys e l e c t i v e f a d i n gc o m b i n e dc h a n n e l ，t h ep e r f o r m a n c ed e g r a d e s s op r o p o s eo n es c h e m e ，t h r o u g h l i n e a rp h a s ea d j u s t m e n tw h e np r e c o d i n g ，a n de l i m i n a t et h el a r g ed e l a ye f f e c ti nt h e r a n g eo fc y c l i cp r e f i x t h e n ，t a k i n g t h ea d a v a n t a g e so ft h es f b ca n dp s di n t o c o n s i d e r a t i o n ，a ni m p r o v e ds c h e m ei sp r o p o s e d t h es i m u l m i o no ft h et h r o u g h p u t i l l u s t r a t e st h a tt h ei m p r o v e ds c h e m eh a sb e t t e rp e r f o r m a n c e b d ( b l o c kd i a g o n a l i z a t i o n ) a l g o r i t h ma n dt h es l n r ( s i g n a l t o l e a k a g e - a n d - n o i s e - r a t i o ) a l g o r i t h mu s e df o rm u l t i u s e ri nc o o p e r a t i v et r a n s m i s s i o ni sr e s e a r c h e d ， t w oo fw h i c ha i mt os u p p r e s sc o - c h a n n e li n t e r f e r e n c eb e t w e e nt h em u l t i u s e r b e c a u s e t h ec o m p - m u - m i m ou s i n gf u l lc o o r d i n a t i o ni sv e r yc o m p l i c a t e da n dn e e dt o e x c h a n g eal o to fc h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o n ，s oo n ed i s t r i b u t e dc o o r d i n a t e ds c h e m ei s i i 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t p r o p o s e d t h em a i nb a s es t a t i o na n dt h ec o o r d i n a t e db a s es t a t i o nw o u l dn o te x c h a n g e t h ec h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o n c o n s i d e r i n gt h et e r m i n a lc a n n o tg e tc o h e r e n tg a i n b e c a u s eo fd i s t r i b u t e dd e a l i n g ，s oz f ( z e r of o r c i n g ) a n dq r p r e c o d i n ga l ea d o p t e d t h e nc o h e r e n tg a i nc a nb ea b t a i n e d t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h eq rc a ng e ta b e t t e rp e r f o r m a n c et h a nz e k e y w o r d s ：l t e a d v a n c e d ，c o m p , s u m i m o ，m u m i m o ，c o o r d i n a t e ds c h e m e i i i 重庆邮电大学硕士论文 图目录 图目录 图1 1 协同波束赋形示意图4 图1 2 联合处理技术示意图5 图1 3x 2 接口结构图6 图2 1l t e a d v a n c e d 无线帧结构1 2 图2 2 常规循环前缀下的物理资源块1 3 图2 3c d m 和f d m 示意图1 4 图2 4r 9 版本d m r s 参考信号映射图案1 5 图2 5r 1 0 版本d m r s 参考信号映射图案1 6 图2 6l t e a d v a n c e d 系统下行物理信道处理过程1 7 图3 1 下行c o m p s u m 订o 传输模型1 8 图3 2 基于s f b c 协作信号模型图1 9 图3 3p s d 协作示意图。2 2 图3 4s f n 协作示意图2 3 图3 5l t e a d v a n c e d 系统下行仿真链路平台2 5 图3 6e p a 5 下三种协作方案的吞吐量性能比2 6 图3 7e v a 5 下三种协作方案的吞吐量性能比较2 7 图3 8e v a 7 0 下三种协作方案的吞吐量性能比较2 7 图3 9e p a 5 环境下s f n 协作在不同时延下的性能比较。3 0 图3 1 0e v a 5 环境下s f n 协作在不同时延下的性能比较3 1 图3 1 1e v a 7 0 环境下s f n 协作不同时延下的性能比较3 1 图3 1 2c p 范围之内s f n 延时补偿后的性能比较3 2 图3 1 3c p 范围之外s f n 延时补偿后的性能比较。3 3 图3 1 4 合并s f b c 和p s d 发射分集示意图3 4 图3 1 5e p a 5 协作方案吞吐量性能比较。3 7 图3 1 6e v a 5 协作方案吞吐量性能比较3 7 图3 1 7e v a 7 0 协作方案吞吐量性能比较3 8 图4 1s u - m 蹦o 技术与m u m i m o 技术比较4 0 图4 2 多用户m i m o 信号模型4 1 图4 3从用户1 到其他用户的信泄比模型4 3 图4 4 基于多数据流的s l n r 示意图4 5 v i 重庆邮电大学硕士论文 图目录 图4 5e p a 5 环境下b d 和s l n r 算法性能比较4 8 图4 6e v a 5 环境下b d 和s l n r 算法性能比较。4 8 图4 7e v a 7 0 环境下b d 和s l n r 算法性能比较4 9 图4 8c o m p m u m o 信号模型5 0 图4 9 分布式c o m p m u m i m o 协作图5 2 图4 1 0e p a 5 环境下协作方案性能比较5 6 图4 11e v a 5 环境下协作方案性能比较5 6 图4 1 2e v a 7 0 环境下的性能比较5 7 v i i 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1 论文研究背景及意义 第一章绪论 在l t e 系统中，采用正交频分复用单载波频分多址接入技术( o r t h o g o n a l f r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e x i n ga c c e s s s i n g l e c a r r i e r f r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e x i n ga c c e s s 。o f d m a s c f i ) m a ) 分别作为其下行和上行的多址接入技术。 o f d m 技术通过子载波的正交性虽然有效的消除了小区内干扰，但是在频率复用 因子为1 的多小区系统中，小区间干扰( i c i ，i n t e r - c e l li n t e r f e r e n c e ) 依然存在， 这成为小区吞吐量以及边缘用户吞吐量进一步提高的主要障碍之一。对于小区中 心用户而言，由于距离同频干扰小区距离较远，离自身的服务基站较近，接收信 号信噪比较大，但是对于小区边缘用户而言，由于距离服务基站较远，距相邻干 扰小区较近，接收信噪比较低，因此服务质量差，吞吐量低。所以，在基于o f d m 的系统中，小区间的干扰( i n t e r - c e l li n t e r f e r e n c e di c i ) 成为影响系统性能提升的关 键因素。 为了解决同频小区间的干扰问题，3 g p p 等组织先后提出并讨论过多种技术， 如小区间干扰随机化、小区间干扰协调回避：小区间干扰消除等【1 】。【6 1 。干扰随机 化主要是将干扰信号随机化，这种干扰随机化不能降低干扰的能量，其原理是将 干扰信号随机化成“自噪声 ，对于这种干扰近似为的背景噪声，接收端可以采取 相应的接收检测算法进行干扰抑制。干扰协调的基本原理是对采用对下行资源管 理设置一定的限制，通过各个小区动作的协调，避免小区间产生严重的干扰。如 通过对相邻小区的视频资源和发射功率分配限制，使得小区边缘的数据速率和信 噪比提升【7 j 。 “软频率复用”或“部分频率复用 ，实质上是通过有限制的频域调度来实现 的。实质上是通过有限制的频域调度来实现的。对于小区中心的用户，采用较低 的功率发射和接收，不同的小区的用户即使采用相同的频率也不会造成较强的i c i 。 因此分配在复用系数为1 的集合，但是小区边缘用户而言，需要采用足够的功率 发送和接收，有可能造成较强的i c i ，所以分配在频率系数为n 的集合上【8 】。 在l t e a d v a n c e d 系统中，在峰值速率指标、平均频谱效率指标方面和小区边 缘频谱效率指标等方面都有了大幅的提升【9 】。所以在l t e a d v a n c e d 中，提出了协 同多点传输接收( c o o r d i n a t e dm u l t i p o i n tt r a n s m i s s i o n r e c e p t i o n ，c o m p ) 技术来 解决这种小区间干扰对系统的性能的抑制问题。阿尔卡特朗讯等公司在韩国召开 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 的3 g p pt s gr a n 第5 3 次会议上第一次提出的协作m i m o 概念【1 0 】，是c o m p 的 雏形。协作m i m o 通过基站间协作，共享一些必要的信息，如调度信息、信道状 态信息、数据信息等，可以有效的降低小区间干扰，甚至变废为宝，化干扰为有 用信号，从整体上提高小区吞吐量，尤其是边缘用户吞吐量。本质上来说【l l 】。【1 3 】， c o m p 是多输入多输出( m u l t i i n p u tm u l t i o u t p u t ，m i m o ) 技术在多小区下的应 用。其基本思想是利用空间信道上的差异来进行信号传输。通过多小区之间的干 扰处理实现同频组网和小区间干扰的抑制或者消除。从干扰处理的角度可以将 c o m p 分为两类：一种是通过基站端进行合理的预编码使得信号在空间上相互隔 开，或者通过协调调度，让不同小区尽量在同一时间上避免同一个方向上的用户， 从而减少小区间的同频干扰，保证用户的链路质量，提高解调性能，这种技术技 术称为协同调度协同波束赋形( c o o r d i n a t e ds c h e d u l e b e a m f o r m i n g ，c s c b ) ；另 外一种技术是通过将其他小区的干扰信号转化为本小区用户的有用信号，通过提 升用户的信噪比来保证解调性能，这种技术即称为联合处理( j o i n tp r o c e s s i n g ，j p ) 。 1 2 标准进展情况 c o 的研究现状，从3 g p pr a n l # 5 3 次会议上第一次提出以“c o ”这一 术语来表达为数众多但是本质相同的多小区协作方案，在3 g p p 黜埘l j | 5 g p p r a n l # 5 5 b i s 会议期间，涌现了大批的c o m p 提案，其中包括有s u - m i m o j p , m u m i m oj p , c s c b 等。在其后的r a n l # 5 6 - - 3 g p pr a n # 5 6 b i s 会议，确定了将 参考信号( r e f e r e n c es i g n a l ，r s ) 分为测量和解调r s ( d e m o d u l a t i o nr e f e r e n c e s i g n a l ，d m r s ) ，解调r s 是u e s p e c i f i c 的，并且定义了集合、反馈等术语，3 g p p r a n l 5 9 3 g p p 凡心群5 9 b i s 会议开始评估i n t r a - e n o d e b 的c o m p 并且在中短期时 间内重点评估i n t r a - e n o d e b 的性能和方案设计，大部分公司达成共识。 3 g p pr a n l 定义了服务小区，协同小区集合和测量小区集合。服务小区 r e l e a s e 8 中的服务小区的定义相同，是用来传输物理下行控制信道( p h y s i c a lu p l i n k c o n t r o lc h a n n e l ，p d c c h ) 的单个小区，c o m p 协同小区集合是一组直接或者间接 给u e 发送物理下行共享信道( p h y s i c a ld o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l ，p d s c h ) 的小 区集合，这个集合可以对u e 透明，也可以对u e 不透明，c o m p 测量集合是一组 上报与u e 连接的信道信息的小区集合。 对于c o m p 的反馈，定义了三种反馈类型，显示的反馈，隐式的反馈和基于 s o u n d i n g 参考信号( s o u n d i n gr e f e r e n c es i g n a l s ，s r s ) 的反馈【1 4 】 1 5 】。 显式反馈的内容包括信道部分和噪声干扰部分，其中信道是反馈接收端看到 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 的信道状态，在一个子帧中需要上报测量集合中每个小区的一个或者多个信道特 性，包括瞬时的信道矩阵鼠，统计的发送信道相关矩阵r 和瞬时信道的主特征向 量部分【1 6 】，噪声和干扰部分的反馈可以是l i e 上报小区以外或者c o m p 发送小区 以外的干扰，也可以是接收的总功率，或者噪声和干扰的相关矩阵等【l 7 1 。 隐式反馈针对不同的假设定义不同的反馈模式，如单用户还是多用户m i m o 、 单小区还是协同传输、单点( c s c b ) 传输还是多点( 腰) 传输等。腰反馈上报 单小区的p m i ( p r e c o d i n gm a t r i xi n i c a t o r ) 或多小区p m i ，c s c b 可以反馈上报单小 区或则多个单小区p m i s ，也可以反馈p m i 以外的其他类型的信息( 如特征向量等) 。 隐式反馈可能需要l i e 通过网络所使用的假设( 向e n o d e b 发送具体的信令) ，并 且半静态的配置该假设( 向l i e 发送具体的性令) ，预编码的参考符号可以是帮助 终端对c q i r i 反馈进行处理。还有一种反馈方式是利用信道的对称性，终端发送 s r s 可以用来作为e n o d e b 进行信道状态信息估计，这种方法在t d d 系统中尤为 适用【18 1 。 1 3c o m p 技术概述 c o m p 是指分布在不同地理位置的各个发射点之间的动态协同，在l t e 系统 中，发射分集、s u - m i m o 以及多用户m i m o 等都属于系统传输的范围，但是这 种协作传输都是局限于单小区范围内，而且只能在r e l e a s e 8 版本中定义的天线端 口之间实现多点协同传输。随着移动通信技术的发展，必然要求l t e a d v a n c e d 系 统能够实现更多传输点集合的协作传输方案，因此在l t e a d v a n c e d 中考虑了不同 小区间干扰协同的研究，而不仅仅是一个小区内的分布式天线端到端的协同【l 9 】【2 2 】。 c o m p 和m i m o 技术有着密切的联系，c o m p 的技术本质就是通过多小区的 m i m o 技术来协作解决小区间的干扰。其基本的原理是利用空间信道上的差异来 进行信号传输，c o m p 从干扰处理角度可以分为两种方式，第一种是将其他小区的 干扰信号转变为有用信号，即c o m p 中的联合处理技术，另一种方式是通过基站 端的进行协调，通过合理的空域调整，即通过波束赋形，使得信号在空间上相互 隔开，从而避免了小区间的干扰，使得边缘用户的信号质量得到保证，即协同波 束赋形技术。 1 3 1c o m p 传输方案 c o m p 技术的方案按照传输方式的不同，可以分为两类： ( 1 ) 协作调度和波束赋形； 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 ( 2 ) 联合处理和接收。 对于联合处理技术，在下行传输方向上，协作小区和主小区都像服务终端发 送数据包，网络端根据一定的调度准则以及业务需求的不同，选择其中的所有小 区、部分小区或者单个小区向终端发送数据。对于协作波束赋形技术，则只有终 端的服务小区像其发送数据，这点与l t e 的传输方式相同，参与协作的其他小区 在同样的资源块上为不同的终端的服务，参与协同波束赋形的各个小区在发送信 号的时候根据对其他小区终端造成的干扰进行协调，尽可能减少小区间的同频干 扰。小区间通过协调发送信号的波束方向，有效地避开了干扰较大的波束，达到 了降低相互间干扰的目的。 1 3 1 1 协同调度波束赋形 协同调度和波束赋形的示意图如图1 1 所示：在小区l 和小区2 的边缘分别用 终端1 和终端2 ，小区1 服务终端l ，小区2 服务终端2 ，在l t e 系统中，由于各 个小区独立的进行调度和波束赋形，地理位置比较靠近的小区边缘的用户相互之 间就会产生强烈的干扰。而在l t e a d v a n c e d 系统中，由于采取了协作调度，相邻 位置的小区边缘用户终端会被分配到不同的时频资源上去，避开了干扰。不仅如 此，就算两个终端被分配了相同的时频资源，小区1 和小区2 也可以通过波束赋 形算法，来避免干扰，具体来说，就是小区1 在计算终端1 的波束赋形加权向量 的时候，能在终端2 的方向上形成零陷。终端1 的信号不会对终端2 造成干扰。 a p d , 区间的干扰信号被抑制。 图1 1 协同波束赋形示意图 在l t e a d v a n c e d 系统中，为了支持协同波束赋形，小区的基站除了要获得本 小区终端的信道信息外，还需要获得相邻小区终端的信道信息，如上图所示： 小区1 除了需要获得终端l 的信道信息，同时需要获得小区1 到终端2 的信 4 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 道信息，而在l t e 系统中，小区l 到终端2 的信息是无法获得的，所以l t e a d v a n c e d 系统需要对反馈信道作出一定的补充，可以采取两种反馈方案，一种是终端不经 测量本小区的信道信息，同时也测量对其产生强干扰的小区的信道信息，然后将 测量信息反馈至服务小区，服务小区通过小区之间的连接通道发送给相邻小区。 这种方案的弊端是会增加上行信道的反馈负担。另一种方案主要适用于t d d 系统， 主要利用信道之间的互易性，终端通过发送上行s r s 参考信号，多个小区通过接 收s r s 参考信号来对上行信道信息进行估计。由于互易性，可以得出下行的信道 信息，从而抑n d , 区间的干扰。 1 3 1 2 联合处理和接收 从上面的分析可知，协作调度和波束赋形主要是通过波束赋形矩阵和调度来 避免干扰，终端只接收服务小区的传输信息，而联合处理和接收的不同点在于多 个传输点同时向边缘用户传输数据，如图1 2 所示。终端1 同时接收小区1 和小区 2 的数据，联合处理和接收的增益主要包括以下两个方面：第一，主小区和协作小 区传输的信号对终端而言都是有用信号，所以小区间的干扰降低了。第二，主小 区和协作小区信号叠加，终端的接收功率水平提高了。所以终端的接收的信干噪 比提升了，同时由于小区之间的距离较远，天线之间的相关较小，还能获得分集 增益，不过这一切都会以牺牲一定的频谱资源为前提的。 图1 2 联合处理技术示意图 联合处理和接收通过在相同的资源上服务的用户数目不同，可以分为 c o m p s u - m i m o 和c o m p m u m i m o 。c o m p s u m i m o 对于提高小区边缘用户 吞吐量是有益的，但不利于平均小区吞吐量，以两小区联合处理为例，处于小区 边缘的用户信噪比比较低，信道容量和信干噪比增加呈线性关系，所以处于小区 边缘的用户信道容量增益比较显著，而对于小区中心的用户而言，由于其距离协 作小区的比较远，同时信噪比也比较高，其信道容量的增益与信噪比的增益是对 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 数关系，因此小区中心用户信道容量的增加不如边缘用户多，但是也占用了两个 小区的资源，所以，总体来说，频谱效率下降，而对多用户传输来说，小区平均 吞吐量和边缘吞吐量都有了较大的增益。 1 3 2c o m p 协作范围 多点协同传输技术需要在小区间共享数据信息、同信道li e 的信道状态信息， 和协作调度信息。c o m p 定义了两种协作范围：站内( i n t r a - e n o d e b ) 协作和站问 ( i n t e r - e n o d e b ) 方式。 i n t r a e n o d e b 是指协作的小区在同一个e n o d e b 内部，小区间共享的信息可以 认为是及时的和准确的，也有通过光纤拉远的方式形成b b u + r r u 的结构连接不 通的e n o d e b 实现i n t r a - e n o d e b 的方式，数据的传输有远程无线连接头( r e m o t e r a d i oh e a d e r ，r r h ) 控制。 i n t e r - e n o d e b 指的是协作的小区由不通的e n o d e b 控制，则e n o d e b 之间连接 容量和时延会影响多点协作技术的应用。在e u t r a n 网络中，e n o d e b 之间主要是 通过x 2 接口通信，因此i n t e r - e n o d e b 的协作方式会对x 2 接口标准造成影响【z 引。 e n o d e b 之间的x 2 接口只是定义了一个逻辑上的点到点连接，其底层传输媒介可 以是光纤、同缆或者微波，结构如图1 3 所示，e n o d e b 之间的连接称为b a c k h a u l 。 图1 3x 2 接口结构图 联合处理技术需要在e n o d e 之间传输大量的数据包和信道状态信息，因此多 b a e k h a u l 的容量有较高的要求。同时，x 2 接口之间的时延也会影响e n o d e b 之间 的协作技术运用。x 2 接口的时延主要包括内部处理时延、节点时延和连接时延。 内部处理时延是指e n o d e b 的内部处理时延，和e n o d e b 的软硬件处理能力有关， 节点时延是由于网络节点的交换和路由等引起的时延。连接时延主要指网络节点 之间的传输时延。在c o m p 的设计方案中，假如小区间的信息传输的容量不受限 制，传输时延在0 - - 2 m s 之间。 6 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 3 3c o m p 反馈方案 不管是波束赋形还是联合处理，信道状态信息的反馈是应用的关 键l t e a d v a n c e d 中可能的反馈机制有3 种【2 4 】：显性反馈、隐性反馈和基于s r s 的信道互易性反馈。 1 3 3 1 显性反馈 为支持多用户联合处理方案，以及更好的支持单小区多用户m 蹦o 传输， l t e a d v a n c e d 系统中会考虑引入显性反馈机制。显性反馈是指终端将观测到的信 道信息直接反馈，不对收发两端的处理过程做任何假设。显性反馈具体来讲，包 括直接反馈信道信息或者反馈信道的相关矩阵。由此衍生出来的反馈内容还包括 各种矩阵的特征向量和特征值。显性反馈的主要应用场景是：低速，低频率选择 性。这是由显性反馈的反馈开销决定的，后面会有详细说明，显性反馈可以被引 入的一个关键因素是专用解调导频的普遍应用。终端通过显性反馈上报信道信息， 基站根据信道信息计算出预编码矩阵而不需要下行信令明确指示终端所用的预编 码矩阵。 1 3 3 2 隐形反馈 隐形反馈是终端将测量的信道信息做一定的处理，按照一定的准则反馈给基 站。在基站得到隐形反馈的信道信息后，一般不能还原出真实的信道，但能够利 用隐形的反馈的信道信息调度和传输数据。隐形反馈是对l t e 反馈方式的扩展。 l t e 中反馈的c q i 、p m i 和砒是终端向基站推荐的发射参数，如预编码矩阵、m c s 等级、传输层数等。隐形反馈的问题是，一旦终端推荐的传输参数没有被基站所 采纳，那么其性能会严重恶化。这在单小区传输过程中并不严重，因为基站重置 终端上报的发射参数可能性较小。而在多小区传输中，传输点的动态变化使得基 站可能以很高的概率重置终端上报推荐的发射参数。可见隐形反馈的难点在于， 终端在反馈信息的时候并不知道最终的传输点有哪些，不知道最终的传输方案是 什么。因此，终端在进行隐形反馈时，只能对传输点及传输方案等参数做出一些 假设。在作出假设的基础上，c q i 、p m i 和m 的反馈方式和l t e 得反馈方式相同。 1 3 3 3s r s 信道互易性反馈 终端发送探测参考信号( s r s ，s o u n d i n gr e f e r e n c es i g n a l ) ，基站根据终端发送 的s r s 以及接收到的信号2 5 1 ，估计出终端到基站的上行信道信息。假设上下行信 7 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 道的互易性成立，那么，基站可以直接获得基站到终端的下行信道信息，从而进 行预编码矩阵的计算、m c s 选择和频率调度等操作。在l t e 中，终端的s r s 是在 基站指定的子帧和频段内发射，发射使用的信号序列与d 绑定，因此相邻的小区 内的终端可能在相同的频段和子帧使用不同的信道序列发射s r s 。一般而言，这 些序列是不正交的。 1 4 论文的安排 论文的主要研究方向为l t e a d v a c e d 系统中的c o m p 技术，论文深入研究了 l y e a d v a n c e d 系统概述、物理层关键技术及下行物理信道处理流程，总结了 l t e a d v a n c e d 系统中m 讧o 技术的标准化进展情况。 本质上来说，c o 是多输入多输出技术( m m o ) 在多小区下的应用，所以 本文就c o m 背景下，针对单小区m i m o 技术在c o m p 中的应用进行研究，主要 研究了c o m p s u - m i m o 和c o m p m u m i m o 技术。 全文共分五章，每章的内容安排如下： 第一章阐述本文的研究背景、c o m p 标准进展情况、c o m p 技术概述和论文安 排。 第二章主要是研究l t e a d v a n c e d 的进展情况、由于l t e a d v a n c e d 的参考信 号可支持多层数据传输，对其进行了研究，同时对l t e a d v a n c e d 下行物理层概况 以及物理层的信号流程进行了说明。 第三章主要研究了c o m p s u - m 1 2 v i o 技术下行多点协作问题，仿真了基于 s f b c 、s f n 、p s d 协作的三种方案性能，并分析了其复杂度，由于s f b c 的协作 性能最优，基于p s d 协作可扩展性最强，而基于s f n 的协作最简单，在协作基站 之间缺乏正交参考信号端口的时候，可以采取s f n 协作方式。主基站和协作基站 占用同样的参考信号，由于s f n 协作是对组合信道进行估计，协作基站和主基站 延时会影响组合信道估计问题，给出一种发射端预编码进行线性相位补偿组合信 道延时的方案。最后结合s f b c 和p s d 的优势，给出一种改进的适合c o m p 系统 的协作方案。使得接收端既获得大延时分集增益，又获得s f b c 正交增益。 第四章主要研究了c o m p m u - m i m o 技术，首先研究了m u m i m o 的线性预 编码方案，b d 和s l n r 方案，仿真了两者的性能，在低信噪比的时候，s l n r 的 性能优于b d ，主要是由于s l n r 考虑了噪声的影响，同时b d 和s l n r 的实现复 杂度相当，对于c o m p - m u m i m o ，由于所有的小区协作，特别是在t d d 系统中， 需要交互大量的瞬时信道信息，同时需要中央处理器进行联合处理，提出分布式 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 处理方案，但是分布式处理，主小区和协作小区发送相同数据的时候，在接收端 缺乏相干处理增益，通过对进行了多用户预编码之后的等效信道进行z f 和q r 预 编码之后的两种协作方案进行了仿真，由于基于z f 的预编码方案在接收端能够获 得相干增益，但是z f 方案会放大噪声的影响，所以相对而言基于q r 分解之后进 行相位调整的协作方案性能较优，可作为一种可实现方案。 第五章总结全文，并指出今后需要进一步研究和考虑的问题。 9 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e a d v a n c e d 系统概述 2 1 概述 第二章l t e a d v a n c e d 系统概述 i m t - a d v a n c e d 要求未来的4 g 通信在满足高的峰值速率和大带宽之外还要保 证用户在各个区域的体验。有统计表明，未来8 0 9 0 的系统吞吐量将发生在室 内和热点游牧场景，室内、低速、热点将可能成为移动互联网时代更重要的应用 场景。因此，需要通过新技术增强传统蜂窝在未来热点场景的用户体验。3 g p p 认 为，l t e 本身已经可以作为满足i m t - a d v a n c e d 需求的技术基础和核心。只是纯粹从 指标上来讲，l t e 较i m t - a d v a n c e d 的要求还有一定的差距，因此当将l t e 升级到 4 g 时，并不需要改变l t e 标准的核心，只需在l t e 基础上进行扩充、增强、完 善，就可以满足i m t - a d v a n t e d 的要求，出于这种考虑，l t e a d v a n c e d 应该在l t e 的基础上平滑演进，并且后向兼容l t e 标准，由于l t e 的大规模技术技术革新已 经大量使用了近2 0 年来学术界积累的先进信号处理技术，如o f d m 、m i m o 、自 适应技术等，在继续完善技术应用的同时，l t e a d v a n c e d 技术发展更多的集中在 无线资源管理( r r m ) 技术和网络层的优化方面。 2 2l t e a d v a n c e d 研究进展 随着第三代移动通信技术的发展与成熟，b 3 g ( 也称“4 g ) 技术的研发工作 被提上日程，2 0 0 6 年，i t u 将b 3 g 技术命名为i m t - a d v a n t e d 技术，并于2 0 0 8 年 2 月向各国发出通函，征集i m t - a d v a n c e d 技术提案，正式启动了4 g 标准化工作。 2 0 0 8 年6 月，w p 5 d 迪拜会议最终确定了i m t - a d v a n c e d 技术的最小技术要剥2 8 】。 它是衡量候选技术方案是否能够成为i m t - a d v a n c e d 技术的关键指标。该要求主要 包括了小区频谱效率、峰值频谱效率、系统带宽、小区边缘频谱效率、时延、移 动性、切换时延和v o l p 容量等多个指标。 3 g p p 将以独立成员的身份向r r u 提交面向4 g 技术的l