1、LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY畢業(yè)論文題 目 LTE小區(qū)間的干擾 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 指導(dǎo)教師 學(xué) 院 計(jì)算機(jī)與通信工程 答辯日期 2014年6月16日 摘要 LTE(Long Term Evolution)即長(zhǎng)期演進(jìn)。之所以需要從3G演進(jìn)到LTE，是由于近年來(lái)移動(dòng)用戶(hù)對(duì)高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的要求，同時(shí)新型無(wú)線寬帶接入系統(tǒng)的快速發(fā)展，給3G系統(tǒng)設(shè)備商和運(yùn)營(yíng)商造成了很大的壓力。在LTE系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，其目標(biāo)和需求就非常明確：降低時(shí)延、提高用戶(hù)傳輸數(shù)據(jù)速率、提高系統(tǒng)容量和覆蓋范圍、降低運(yùn)營(yíng)成本。為了滿足下一代無(wú)線通信系統(tǒng)低延時(shí)、高速率以及高速移動(dòng)性等要求，3GPP

2、提出了 LTE(Long Term Evolution)技術(shù)。但小區(qū)內(nèi)的多流干擾（Multi-stream interference,MSI）和小區(qū)間的干擾（Inter-Cell Interference，ICI），是制約系統(tǒng)性能提升的一個(gè)瓶頸。因而，對(duì) LTE系統(tǒng)干擾消除技術(shù)的研究具有深遠(yuǎn)的意義。干擾是影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的主要因素之一，對(duì)通話質(zhì)量、掉話、切換、擁塞以及網(wǎng)絡(luò)的覆蓋、容量 等均有顯著影響。如何降低或消除干擾是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化的重要任務(wù)之一。對(duì)于小區(qū)間的干擾，本文首先分析比較了LTE系統(tǒng)中提出的三種小區(qū)間干擾抑制技術(shù)。本文重點(diǎn)分析了CoMP 中的 JP（Joint Processing）聯(lián)

3、合處理預(yù)編碼方法，仿真分析了BD預(yù)編碼方法，驗(yàn)證了 JP 預(yù)編碼方法在 LTE小區(qū)間干擾消除中的有效性。關(guān)鍵詞：LTE 多流干擾 小區(qū)間干擾 CoMP 聯(lián)合預(yù)編碼AbstractLTE (Long Term Evolution) Long Term Evolution. The need for the evolution from 3G to LTE, mobile users in recent years due to the high rate of data service requirements, while the rapid development of new wirele

4、ss broadband access systems to the 3G system equipment manufacturers and operators caused a lot of pressure. In the LTE system design at the beginning, its goals and needs is very clear: to reduce latency and improve the user data transfer rate, improve system capacity and coverage and reduce operat

5、ing costs.In order to meet the next generation of wireless communication systems low latency, high-speed and high-speed mobility requirements, 3GPP proposed LTE (Long Term Evolution) technology. However, multi-stream interference (Multi-stream interference, MSI) within the cell and interference (Int

6、er-Cell Interference, ICI) between cells, is an upgrade of the system performance bottleneck. Thus, research on the LTE system interference cancellation technology has far-reaching significance.Interference is one of the main factors affecting the quality of the network, call quality, dropped calls,

7、 handover, congestion and network coverage, capacity, etc. were significantly affected. How to reduce or eliminate the interference of network planning, optimization of one of the important tasks. For inter-cell interference, this paper analyzes and compares the LTE system between the three proposed

8、 cell interference suppression technology. This article focuses on the analysis of CoMP JP (Joint Processing) joint processing pre-coding method, simulation analysis of the BD pre-coding method to verify the validity JP pre-coding method to eliminate interference between the LTE cell.Keywords: LTE m

9、ulti-stream interference between cell interference CoMP joint precoding.目錄摘要0第一章 緒論11.1 引言11.2 LTE系統(tǒng)中小區(qū)間干擾消除技術(shù)研究現(xiàn)狀21.3 論文的研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)安排4第二章 LTE 系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)52.1 LTE 簡(jiǎn)介52.2 LTE 系統(tǒng)架構(gòu)62.3 LTE 技術(shù)特點(diǎn)62.4 LTE 物理層概述72.5 LTE 技術(shù)概要102.6 本章小結(jié)11第三章 LTE系統(tǒng)中小區(qū)間干擾消除技術(shù)研究123.1 LTE 系統(tǒng)中的小區(qū)間干擾抑制技術(shù)123.1.1 小區(qū)間干擾隨機(jī)化143.1.2 小區(qū)間干擾消除1

10、63.1.3 小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)/回避173.2 LTE系統(tǒng)中小區(qū)間干擾抑制技術(shù)CoMP 技術(shù)183.2.1 聯(lián)合傳輸處理(JP，Joint Processing)193.2.2 協(xié)作調(diào)度Beamforming203.3 CoMP-JP 預(yù)編碼算研究法213.3.1 CoMP-JP 系統(tǒng)模型213.3.2 BD 算法223.3.3 仿真結(jié)果及分析233.4 本章小結(jié)26第四章 總結(jié)與展望284.1 全文總結(jié)284.2 不足及展望28致謝29參考文獻(xiàn)3031第一章 緒論1.1 引言移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展及其與寬帶無(wú)線接入技術(shù)的融合，使得人們對(duì)移動(dòng)通信寬帶化的需求日趨迫切。為了滿足下一代無(wú)線通信系統(tǒng)低

11、時(shí)延、高速率、寬頻帶以及高速移動(dòng)性等要求，3GPP 提出了 LTE（Long Term Evolution,長(zhǎng)期演進(jìn)）。LTE 系統(tǒng)是 TD-SCDMA 和 WCDMA 系統(tǒng)的長(zhǎng)期演進(jìn)形式，采用成熟先進(jìn)的 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用)技術(shù)，OFDM 技術(shù)是把頻率選擇性衰落信道在頻域內(nèi)轉(zhuǎn)換成平坦信道，能夠有效的對(duì)抗多徑傳播，OFDM 技術(shù)解決了高速傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)難點(diǎn)。為了滿足LTE在高系統(tǒng)容量和高速率方面的需求，LTE 系統(tǒng)支持下行 MIMO(Multi-Input Multi-Output，多輸入多輸出)技術(shù)，M

12、IMO 技術(shù)，即利用多根發(fā)射天線和多根接收天線進(jìn)行無(wú)線傳輸?shù)募夹g(shù)，多天線系統(tǒng)可以極大地提高系統(tǒng)容量和頻譜效率。MIMO在空間能夠產(chǎn)生獨(dú)立并行的信道，可以同時(shí)傳輸多路數(shù)據(jù)流，這樣可以大大提高系統(tǒng)的傳輸速率，即在系統(tǒng)帶寬不增加的情況下可以成倍的提高系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，MIMO 為增大系統(tǒng)容量開(kāi)辟了新的途徑。目前，世界各國(guó)學(xué)者都在對(duì) MIMO 的理論、性能、算法和實(shí)現(xiàn)等進(jìn)行著廣泛的研究，MIMO 技術(shù)已經(jīng)成為通信技術(shù)中的一個(gè)熱點(diǎn)。MIMO技術(shù)和OFDM 技術(shù)兩者結(jié)合在一起形成 MIMO-OFDM 系統(tǒng)，能夠提高鏈路的可靠性和傳輸速率。LTE系統(tǒng)中的干擾是影響LTE系統(tǒng)容量和系統(tǒng)性能的重要因素之一

13、。其中兩個(gè)重要的干擾是多流干擾（Multi-stream interference,MSI）和小區(qū)間干擾（Inter-Cell Interference，ICI）。而CoMP 中的聯(lián)合處理技術(shù)Joint processing technology (JP)的核心優(yōu)勢(shì)是能夠消除小區(qū)間干擾。1.2 LTE系統(tǒng)中小區(qū)間干擾消除技術(shù)研究現(xiàn)狀小區(qū)間干擾是移動(dòng)通信系統(tǒng)的一個(gè)固有問(wèn)題，對(duì)于小區(qū)間的干擾，主要包括干擾隨機(jī)化、干擾消除和干擾協(xié)調(diào)，現(xiàn)有的解決辦法通常是采用頻率復(fù)用，復(fù)用系數(shù)只有 1、3、7 等幾個(gè)特定的選擇。復(fù)用系數(shù)=1 即相鄰小區(qū)都使用相同的頻率資源，這時(shí)在小區(qū)邊緣的干擾很?chē)?yán)重。如果采用的頻率復(fù)

14、用系數(shù)較大（如 3 或 7）可以有效地抑制小區(qū)間干擾，但頻譜效率將減低到 1/3 或 1/7。新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)要求有很高的頻譜效率，因此希望頻譜復(fù)用系數(shù)盡可能地接近 1。與 CDMA 技術(shù)相比 OFDM 技術(shù)很好地解決了小區(qū)內(nèi)干擾的問(wèn)題。但是作為代價(jià)，OFDM 系統(tǒng)的小區(qū)間干擾可能比 CDMA 系統(tǒng)更加嚴(yán)重。如果相鄰的兩個(gè)小區(qū)在邊緣重疊部分使用相同的頻譜資源，則會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的 ICI。目前在 TD-LTE 系統(tǒng)中主要提出了三種小區(qū)間干擾抑制技術(shù)：(1)小區(qū)間干擾隨機(jī)化； (2)小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)回避；(3)小區(qū)間干擾消除。干擾隨機(jī)化通過(guò)比如加擾、交織，跳頻、擴(kuò)頻、動(dòng)態(tài)調(diào)度等方式，使系統(tǒng)在時(shí)間和頻率

15、兩個(gè)維度的干擾平均化；干擾消除利用干擾的有色特性，對(duì)干擾進(jìn)行一定程度的抑制，即：通過(guò)UE的多個(gè)天線對(duì)空間有色干擾進(jìn)行抑制；干擾協(xié)調(diào)對(duì)小區(qū)邊緣可用的時(shí)頻資源作一定的限制，正交化或半正交化，是一種主動(dòng)的控制干擾技術(shù)，理想的協(xié)調(diào)是分配正交的資源，但這種資源通常有限；非理想的協(xié)調(diào)可以通過(guò)控制干擾的功率，降低干擾。LTE系統(tǒng)中小區(qū)間干擾更加嚴(yán)重，已有的干擾抑制技術(shù)不能很好的為邊緣用戶(hù)提供更好的服務(wù)質(zhì)量，在 LTE中采用了協(xié)同多點(diǎn)傳輸和接收(Coordinated Multi-Pointtransmissionreception，CoMP)技術(shù)來(lái)解決該問(wèn)題。CoMP 技術(shù)通過(guò)多個(gè)小區(qū)之間的聯(lián)合處理或協(xié)作調(diào)

16、度來(lái)降低鄰區(qū)的干擾，提高小區(qū)邊緣用戶(hù)接收信號(hào)的質(zhì)量，從而有效地提高了系統(tǒng)容量和邊緣用戶(hù)的頻譜效率。本質(zhì)上來(lái)講，CoMP 技術(shù)是 MIMO 技術(shù)在多個(gè)協(xié)作小區(qū)下的應(yīng)用，其基本思想是利用空間信道上的差異性來(lái)進(jìn)行信號(hào)的傳輸。通過(guò)多個(gè)小區(qū)之間的協(xié)作處理來(lái)實(shí)現(xiàn)小區(qū)間干擾的抑制或消除。從而為減小LTE系統(tǒng)小區(qū)邊緣的干擾提高小區(qū)邊緣的頻譜效率，LTE 系統(tǒng)中重點(diǎn)考慮了協(xié)作多點(diǎn)傳輸/接收（Cooperative multi-point，CoMP），并把它作為一種提高系統(tǒng)容量和提高小區(qū)邊緣頻譜效率的關(guān)鍵技術(shù)之一。現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)(如 3G 系統(tǒng))中小區(qū)中心的用戶(hù)和小區(qū)邊緣的用戶(hù)在系統(tǒng)性能和數(shù)據(jù)傳輸速率上有很大

17、的差異，不但影響了小區(qū)系統(tǒng)的容量，而且使用戶(hù)在小區(qū)中心和小區(qū)邊緣得到的服務(wù)質(zhì)量波動(dòng)很大。因此，新一代無(wú)線通信系統(tǒng)中，小區(qū)邊緣性能的提高將作為主要的技術(shù)指標(biāo)之一。LTE特有的OFDMA接入方式，使本小區(qū)內(nèi)的用戶(hù)信息承載在相互正交的不同載波上，因此所有的干擾來(lái)自于其他小區(qū)。對(duì)于小區(qū)中心的用戶(hù)來(lái)說(shuō)其本身離基站的距離就比較近，而外小區(qū)的干擾信號(hào)距離又較遠(yuǎn)，則其信干噪比相對(duì)較大：但是對(duì)于小區(qū)邊緣的用戶(hù)，由于相鄰小區(qū)占用同樣載波資源的用戶(hù)對(duì)其干擾比較大，加之本身距離基站較遠(yuǎn)，其信干噪比相對(duì)就較小，導(dǎo)致雖然小區(qū)整體的吞吐量較高，但是小區(qū)邊緣的用戶(hù)服務(wù)質(zhì)量較差吞吐量較低。因此，在LTE中，小區(qū)間干擾抑制技術(shù)非

18、常重要。LTE網(wǎng)絡(luò)干擾樹(shù)狀圖：LTE網(wǎng)絡(luò)的干擾干擾協(xié)調(diào)互調(diào)干擾雜散輻射干擾隨機(jī)化鄰區(qū)干擾阻塞干擾系統(tǒng)間干擾小區(qū)內(nèi)干擾系統(tǒng)內(nèi)干擾小區(qū)間干擾干擾消除BD算法1.3 論文的研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)安排對(duì) LTE中的干擾消除技術(shù)做了深入研究并取得以下進(jìn)展：分析比較了各種LTE中的小區(qū)間干擾抑制方案，重點(diǎn)分析了 LTE中的 CoMP-JP 預(yù)編碼技術(shù)，最后通過(guò)對(duì) CoMP-JP 預(yù)編碼技術(shù)的仿真分析，驗(yàn)證了 CoMP-JP 預(yù)編碼技術(shù)消除小區(qū)間干擾的有效性。論文各章的安排如下：第一章 給出了論文的研究背景，簡(jiǎn)述了 LTE中的小區(qū)間干擾研究的現(xiàn)狀、進(jìn)展以及典型應(yīng)用，最后給出了論文的結(jié)構(gòu)安排。第二章 簡(jiǎn)要介紹了 LT

19、E中的基本理論和關(guān)鍵技術(shù)。第三章 介紹了 LTE 中的三種小區(qū)間干擾抑制技術(shù)，分析比較了它們的優(yōu)缺點(diǎn)。然后介紹了 LTE中的 CoMP 技術(shù)，詳細(xì)分析了 CoMP 中的 JP 預(yù)編碼方法，并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果和性能比較。第四章 總結(jié)全文，并展望了下一步研究方向。第二章 LTE 系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)2.1 LTE 簡(jiǎn)介為了應(yīng)對(duì)寬帶接入技術(shù)的挑戰(zhàn)，同時(shí)為了滿足新型業(yè)務(wù)的需求，3GPP 在 2004作年底啟動(dòng)了其長(zhǎng)期演進(jìn)（Long Term Evolution LTE）技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。這項(xiàng)技術(shù)主要為了達(dá)到以下幾個(gè)目標(biāo)：（1）保持 3GPP 在移動(dòng)通信領(lǐng)域的技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)勢(shì)；（2）填補(bǔ) 3G 和 4G 移動(dòng)通

20、信技術(shù)之間的技術(shù)差距；（3）希望繼續(xù)使用 3G 移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻譜，繼續(xù)保持頻譜資源上的優(yōu)勢(shì)；（4）解決 3G 移動(dòng)通信系統(tǒng)中專(zhuān)利過(guò)分集中的問(wèn)題。LTE 系統(tǒng)支持的最大帶寬從 5MHz 擴(kuò)展到 20MHz，在這樣的帶寬下，下行峰值速率可達(dá)到 100Mb/s，上行峰值速率可達(dá)到 50Mb/s。除了支持 20MHz 的最大帶寬，LTE 系統(tǒng)還能夠支持 1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz 等系統(tǒng)帶寬，以及成對(duì)的和非成對(duì)的頻段部署，以保證系統(tǒng)在部署上的靈活性。由于碼分多址(CDMA)技術(shù)帶寬大于 5MHz 時(shí)，系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)于復(fù)雜。為此，3GPP 采用了新的核心傳輸技術(shù)，即 OFD

21、M/FDMA 技術(shù)，該技術(shù)將較寬的頻帶分成若干較窄的子帶進(jìn)行并行發(fā)送，不但能夠簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)寬帶傳輸，還能夠?qū)诡l率選擇性衰落。另外，OFDM 的各個(gè)子載波之間是相互正交的，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波之間的相互干擾，同時(shí)又提高了頻譜利用率。為了提高用戶(hù)的數(shù)據(jù)速率，LTE 采用了 MIMO 技術(shù)，通過(guò)并行地發(fā)射多個(gè)數(shù)據(jù)流來(lái)獲得較高的數(shù)據(jù)速率。關(guān)于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，LTE 系統(tǒng)為了降低時(shí)延，取消了重要的網(wǎng)元無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)，使網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)向“扁平化”方向發(fā)展。LTE 的研究，包含了一些普遍認(rèn)為很重要的部分，如等待時(shí)延的減少、用戶(hù)數(shù)據(jù)速率的提高、系統(tǒng)容量和小區(qū)覆蓋的改善以及運(yùn)營(yíng)成本的降

22、低。自 2004 年 11月啟動(dòng)LTE 項(xiàng)目以來(lái)，3GPP 以頻繁的會(huì)議全力推進(jìn) LTE 的研究工作。僅半年就完成了需求的制定，在 2006 年 9 月完成了研究階段的工作，2008年年底基本完成工作階段的標(biāo)準(zhǔn)制定工作。2.2 LTE 系統(tǒng)架構(gòu)LTE 在 3GPP 原有系統(tǒng)架構(gòu)上進(jìn)行了演進(jìn)，對(duì) 3GPP 系統(tǒng)的 NodeB、RNC、CN進(jìn)行了功能上的整合，把 NodeB 和 RNC 合并為 eNodeB，使系統(tǒng)簡(jiǎn)化為 eNodeB和演進(jìn)后的接入網(wǎng) E-UTRAN。演進(jìn)后的系統(tǒng)僅存在分組交換域。圖 2.1 LTE 系統(tǒng)架構(gòu)整個(gè) LTE 系統(tǒng)由核心網(wǎng)（EPC）、基站（eNodeB）、和用戶(hù)（UE）

23、三部分組成。其中 EPC 負(fù)責(zé)核心網(wǎng)部分，EPC 的信令處理部分稱(chēng)為 MME，數(shù)據(jù)處理部分稱(chēng)為SAE Gateway；eNodeB 負(fù)責(zé)接入網(wǎng)部分，也稱(chēng)為 E-UTRAN。EPC 與 eNodeB 之間通過(guò) S1 接口連接，eNodeB 之間通過(guò) X2 接口連接，UE 與 eNodeB 之間通過(guò) Uu接口連接。與 3G 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比，LTE 系統(tǒng)把 NodeB 和 RNC 合并為 eNodeB，使系統(tǒng)簡(jiǎn)化為 eNodeB 和 EPC 兩種網(wǎng)元，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加趨于扁平化。這種扁平化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠降低用戶(hù)數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)延和呼叫建立的時(shí)延，并且由于邏輯節(jié)點(diǎn)的減少，也使 OPEX 和 CAPEX 得

24、到了降低。2.3 LTE 技術(shù)特點(diǎn)為了在未來(lái)移動(dòng)通信激烈的競(jìng)爭(zhēng)中處于有利的位置，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商對(duì) LTE 提出了要求，為此，在 3GPP 中對(duì)演進(jìn)型系統(tǒng)的市場(chǎng)需求進(jìn)行了詳細(xì)的討論。與 3G 系統(tǒng)相比，LTE 系統(tǒng)主要具有如下的技術(shù)特點(diǎn)：(1)顯著的提高峰值傳輸數(shù)據(jù)速率，例如下行鏈路達(dá)到100Mb/s，上行鏈路達(dá)到50Mb/s； (2)在保持目前基站位置不變的情況下，提高小區(qū)邊緣比特速率；(3)顯著的提高頻譜效率，例如達(dá)到3GPP R6版本的24倍；(4)無(wú)線接入網(wǎng)的時(shí)延低于10ms；(5)顯著的降低控制面時(shí)延（從空閑態(tài)躍遷到激活態(tài)時(shí)延小于100ms（不包括尋呼時(shí)間）；(6)支持靈活的系統(tǒng)帶寬配置，

25、支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz帶寬，支持成對(duì)和非成對(duì)頻譜；(7)支持現(xiàn)有3G系統(tǒng)和非3G系統(tǒng)與LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)間的互連互通；(8)更好的支持增強(qiáng)型MBMS；(9)系統(tǒng)不僅能為低速移動(dòng)終端提供最優(yōu)服務(wù)，并且也應(yīng)支持高速移動(dòng)終端，能為速度>350km/h的用戶(hù)提供100kbps的接入服務(wù)；(10)實(shí)現(xiàn)合理的終端復(fù)雜度、成本、功耗；(11)取消CS域，CS域業(yè)務(wù)在PS域?qū)崿F(xiàn)，如VOIP；這些技術(shù)特點(diǎn)比較全面地描述了 LTE 系統(tǒng)在各個(gè)方向上的設(shè)計(jì)目標(biāo)，為具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作奠定了良好的基礎(chǔ)。2.4 LTE 物理層概述LTE物理層采用OFDM為多址方案，采用

26、的子載波的寬度為15kHz，根據(jù)子載波數(shù)目的不同（72-1200）可以實(shí)現(xiàn)不同的系統(tǒng)帶寬（1.4-20MHz）。根據(jù)上下行通信和設(shè)備特點(diǎn)的不同，在下行方向上采用多載波的OFDM多址方式，在上行方向上采 用 單 載 波 的 SCFDMA 多 址 方 式 。 采用 頻 分 雙 工 （ Frequency DivisionDuplex,FDD）模式支持成對(duì)的頻譜，采用時(shí)分雙工（Time Division Duplex,TDD）模式支持不成對(duì)的頻譜，另外為了充分利用許多零散頻段，降低終端價(jià)格，減少功率損耗，延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間，在LTE中采用了H-FDD方式。FDD、TDD、以及H-FDD雙工方式的原理

27、如圖2.2所示：圖 2.2 LTE 支持的三種雙工方式在 LTE 中定義了物理資源塊（Physical Resource Block,PRB）作為空中接口物理資源分配的單位。1 個(gè) PRB 在頻域上包含 12 個(gè)連續(xù)的子載波，在時(shí)域上包含 7個(gè)連續(xù)的 OFDM 符號(hào)（在擴(kuò)展 CP 的情況下為 6 個(gè)）。即頻域?qū)挾葹?180kHz,時(shí)間長(zhǎng)度為 0.5ms（1 個(gè)時(shí)隙）的物理資源。物理資源塊的結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖 2.3 下行資源柵格在空中接口上，LTE 系統(tǒng)中定義了無(wú)線幀來(lái)進(jìn)行信號(hào)的傳輸，LTE 支持兩種幀結(jié)構(gòu)類(lèi)型 1 和類(lèi)型 2，每個(gè)幀結(jié)構(gòu)都是 10ms，其中類(lèi)型 1 用于 FDD，類(lèi)型 2 用

28、于 TDD。在類(lèi)型 1 中，每個(gè)無(wú)線幀分為 10 個(gè)子幀，每個(gè)子幀的長(zhǎng)度為 1ms，另外，每個(gè)子幀又分為兩個(gè)長(zhǎng)度為 0.5ms 的時(shí)隙，如圖 2.4 所示。圖 2.4 LTE幀結(jié)構(gòu)類(lèi)型 1在類(lèi)型 2 中，每個(gè)無(wú)線幀被分為兩個(gè)長(zhǎng)度為 5ms 的半幀，每個(gè)半幀由 5 個(gè)子幀組成，每個(gè)子幀也是 1ms，5個(gè)子幀中有 4 個(gè)普通子幀和1 個(gè)特殊子幀。每個(gè)普通子幀又分為兩個(gè)長(zhǎng)度為 0.5ms 的時(shí)隙，而特殊子幀由3 個(gè)特殊時(shí)隙（UpPTS、GP、DwPTS）組成。如圖 2.5 所示。圖 2.5 LTE 幀結(jié)構(gòu)類(lèi)型 2（5ms 切換周期）信道編碼后，LTE 物理層的基帶處理過(guò)程包括加擾、調(diào)制、層映射、預(yù)編

29、碼以及針對(duì)各個(gè)物理天線端口的資源映射和 OFDM 信號(hào)的生成。如圖 2.6 所示。圖 2.6 物理層數(shù)據(jù)處理過(guò)程其中，加擾的操作是使用擾碼對(duì)經(jīng)過(guò)信道編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行逐比特的加擾，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)間干擾的隨機(jī)化。調(diào)制指的是對(duì)比特?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)數(shù)調(diào)制，包括 QPSK、16QAM、64QAM。調(diào)制完后，基帶將進(jìn)行 MIMO 的相關(guān)處理，LTE 物理層支持不同的發(fā)射天線數(shù)（1/2/4），以及多種不同的 MIMO 方案，包括單天線發(fā)送、空間復(fù)用和發(fā)射分集。這些都是通過(guò)層映射和預(yù)編碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2.5 LTE 技術(shù)概要為了進(jìn)一步鞏固LTE標(biāo)準(zhǔn)在未來(lái)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的優(yōu)勢(shì)地位3GPP提出了LTE的演進(jìn)版本LTE-Advance

30、d（LTE-A）。LTE-A不但保持了對(duì)LTE較好的后向兼容性，為了進(jìn)一步優(yōu)化和完善LTE系統(tǒng) ，LTE-A采用了大量的新技術(shù)。如載波聚合（Carrier Aggregation）、MIMO增強(qiáng)技術(shù)、多點(diǎn)協(xié)作傳輸（Coordinated Multi-pointTx&Rx，CoMP）、中繼（Relay）等關(guān)鍵技術(shù)，大大提高了無(wú)線通信系統(tǒng)的性能。LTE-A可支持最大100MHz的帶寬，下行峰值速率可達(dá)1Gb/s，上行峰值速率可達(dá)500Mb/s，頻譜效率得到大大的提高，系統(tǒng)的平均吞吐量和邊緣用戶(hù)的吞吐量得到明顯的改善，同時(shí)提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)效率，這使得LTE和LTE-A系統(tǒng)成為未來(lái)幾年內(nèi)無(wú)

31、線通信發(fā)展的主流。下面簡(jiǎn)單介紹LTE-A中的幾種關(guān)鍵技術(shù)。1載波聚合(Carrier Aggregation，CA)在LTE-A系統(tǒng)中，帶寬要求從LTE系統(tǒng)的20MHz擴(kuò)大到100MHz，以提供可達(dá)1Gb/s的峰值速率。然而當(dāng)前頻譜資源十分緊張，找到連續(xù)的100MHz的頻段幾乎不太可能，因此，整合非連續(xù)的頻段構(gòu)建更大的帶寬勢(shì)在必行。LTE-A系統(tǒng)中載波聚合就是為了解決此問(wèn)題而提出的。其具體目的是：優(yōu)化頻譜的使用，整合更多的帶寬資源，以提供更高的峰值傳輸速率。2MIMO增強(qiáng)技術(shù)為提高峰值譜效率和平均譜效率，LTE-A中提出了MIMO增強(qiáng)技術(shù)，MIMO增強(qiáng)技術(shù)主要表現(xiàn)在空間維度的擴(kuò)充上，基站端由L

32、TE的最大4個(gè)發(fā)天線增強(qiáng)到LTE-A的最大8個(gè)發(fā)射天線。涉及到的關(guān)鍵技術(shù)包括碼字個(gè)數(shù)/碼字-層映射、預(yù)編碼碼本的設(shè)計(jì)、發(fā)射分集方案的確定、增強(qiáng)反饋設(shè)計(jì)、信令設(shè)計(jì)和其他傳輸模式的支持。3多點(diǎn)協(xié)作傳輸（Coordinated Multi-point Tx&Rx，CoMP）協(xié)作多點(diǎn)傳輸可能帶來(lái)無(wú)線通信領(lǐng)域的巨大變革。傳統(tǒng)的MIMO技術(shù)在發(fā)射/接收端分別配置多根天線構(gòu)成多發(fā)射/多接收分集，但存在著許多問(wèn)題，如移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)多天線十分困難；在小區(qū)邊緣由于同頻干擾基本不能發(fā)揮MIMO作用。CoMP提出使用MIMO不在局限于單個(gè)小區(qū)，它可以是多個(gè)小區(qū)，主要目的是改善小區(qū)邊緣吞吐量，并在一定程度上改善小

33、區(qū)平均吞吐量。目前CoMP的研究主要集中在兩種類(lèi)型：聯(lián)合傳輸處理(JP，Joint Processing)和協(xié)作調(diào)度Beamforming。4中繼（Relay）LTE中為了增大覆蓋常采用以下兩種方式：RRU拉遠(yuǎn)和直放站。RRU拉遠(yuǎn)是把小區(qū)中部分射頻及天線單元通過(guò)光纖方式進(jìn)行拉遠(yuǎn)。在此方式中，需要有足夠的光纖資源，而且，由于是部分射頻單元拉遠(yuǎn)，因此在拉遠(yuǎn)的部分覆蓋區(qū)域，其頻譜效率將降低。直放站是把信號(hào)直接放大，這種方式的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、不能改善信干噪比、不能提高系統(tǒng)容量、可能使小區(qū)間干擾增大。為了克服以上兩種方法的缺點(diǎn)，LTE-A采用了解碼轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù)，該技術(shù)是在中繼站處先對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼，再重新編碼，

34、然后放大轉(zhuǎn)發(fā)。該技術(shù)的特征是：可以使用相同或不同的時(shí)頻資源；可以改善信干噪比；熱點(diǎn)地區(qū)提供高速數(shù)據(jù)；改善小區(qū)邊緣吞吐量。5. 調(diào)度和鏈路自適應(yīng)LTE支持時(shí)間和頻率兩個(gè)維度的鏈路自適應(yīng)，根據(jù)時(shí)頻域信道質(zhì)量信息對(duì)不同的時(shí)頻資源選擇不同的調(diào)制編碼方式。功率控制在CDMA系統(tǒng)中是一項(xiàng)重要的鏈路自適應(yīng)技術(shù)，可以避免遠(yuǎn)近效應(yīng)帶來(lái)的多址干擾。在LTE系統(tǒng)中，上下行均采用正交的OFDM技術(shù)對(duì)多用戶(hù)進(jìn)行復(fù)用。因此，功控主要用來(lái)降低對(duì)鄰小區(qū)上行的干擾，補(bǔ)償鏈路損耗，也是一種慢速的鏈路自適應(yīng)機(jī)制。2.6 本章小結(jié)本章介紹了3GPP LTE標(biāo)準(zhǔn)的總體情況。LTE是3GPP在“移動(dòng)通信寬帶化”趨勢(shì)下，為了對(duì)抗WiMAX

35、等移動(dòng)寬帶無(wú)線接入技術(shù)的市場(chǎng)挑戰(zhàn)，在十幾年B3G技術(shù)儲(chǔ)備的基礎(chǔ)上研發(fā)出的“準(zhǔn)4G”技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)與其說(shuō)是3G的演進(jìn)，不如說(shuō)是革命。LTE在空中接口方面用OFDMFDMA替代了3GPP長(zhǎng)期使用的CDMA作為多址技術(shù)，并大量采用了MIMO技術(shù)提高數(shù)據(jù)率。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，LTE取消了UMTS標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)期采用的RNC節(jié)點(diǎn)，代之以全新的扁平架構(gòu)。經(jīng)過(guò)4年艱苦的標(biāo)準(zhǔn)化工作，相信LTE可以在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)幫助3GPP標(biāo)準(zhǔn)保持對(duì)其他無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，并為3GPP運(yùn)營(yíng)商鋪就平滑的IMT-Advanced演進(jìn)之路。第三章 LTE系統(tǒng)中小區(qū)間干擾消除技術(shù)研究移動(dòng)通信系統(tǒng)中的各種干擾一般可以分為小區(qū)內(nèi)的干擾、小區(qū)間

36、的干擾、不同通信制式之間的干擾、不同運(yùn)營(yíng)商之間的干擾、系統(tǒng)設(shè)備造成的干擾等。本文主要研究 LTE系統(tǒng)中的小區(qū)間干擾。對(duì)于小區(qū)間干擾已經(jīng)成為新一代移動(dòng)通信的一個(gè)研究熱點(diǎn)。現(xiàn)有的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)(如 3G 系統(tǒng))為處在小區(qū)中心和小區(qū)邊緣的用戶(hù)提供的服務(wù)質(zhì)量有很大的差異，不僅影響了小區(qū)邊緣用戶(hù)的體驗(yàn)，而且使整個(gè)系統(tǒng)容量受到很大的影響。因此，目前正在研發(fā)的下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，小區(qū)邊緣性能的提高將作為重要的技術(shù)指標(biāo)之一。目前在 TD-LTE 系統(tǒng)中主要提出了三種小區(qū)間干擾抑制技術(shù)2：(1)小區(qū)間干擾隨機(jī)化；(2)小區(qū)間干擾消除；(3)小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)回避。另外，在基站采用波束賦形天線技術(shù)也可以看作一種下行

37、干擾抑制技術(shù)。針對(duì)現(xiàn)有的通信系統(tǒng)不能很好的解決小區(qū)間干擾問(wèn)題，在 LTE-Advanced 中提出了 CoMP 技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。CoMP 通過(guò)多個(gè)協(xié)作小區(qū)之間的聯(lián)合處理或協(xié)調(diào)傳輸，降低了相鄰小區(qū)的干擾，改善了小區(qū)邊緣的吞吐量，從而提高了系統(tǒng)的平均吞吐量。3.1 LTE 系統(tǒng)中的小區(qū)間干擾抑制技術(shù)小區(qū)間干擾(ICI)是蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的一個(gè)固有問(wèn)題，通常采用的解決辦法是頻率復(fù)用，復(fù)用系數(shù)通常選擇幾個(gè)特定的值（如 1、3、7 等）。如果相鄰的幾個(gè)小區(qū)都選擇使用相同的頻率資源，則此時(shí)的頻率復(fù)用系數(shù)為 1，頻譜利用率最高，但這時(shí)的小區(qū)間干擾也最為嚴(yán)重。如果采用較大的頻率復(fù)用系數(shù)(如 3 或 7)，

38、則能很好的抑制 ICI，但頻譜利用率將大大降低。一個(gè)典型的頻率復(fù)用系數(shù)為 3 的頻率規(guī)劃如圖 3.1 所示。圖 3.1 傳統(tǒng)的頻率復(fù)用系數(shù)為 3 的典型頻率規(guī)劃新一代的移動(dòng)通信系統(tǒng)要求有很高的頻譜效率，因此希望頻率復(fù)用系數(shù)盡可能地接近 1。與 3G 的 CDMA 技術(shù)相比新一代的移動(dòng)通信采用的 OFDM 技術(shù)使小區(qū)內(nèi)的干擾問(wèn)題得到更好的解決。但是對(duì)于 ICI 問(wèn)題，OFDM 系統(tǒng)可能比 CDMA 系統(tǒng)更加的嚴(yán)重。在 LTE 系統(tǒng)中，主要包括如下 3 類(lèi)小區(qū)間干擾抑制技術(shù)。(1)小區(qū)間干擾隨機(jī)化。(2)小區(qū)間干擾消除。(3)小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)回避。另外，在基站采用波束賦形天線技術(shù)也可以看做一種下行干

39、擾抑制技術(shù)。如圖3.2 所示，普通的扇區(qū)天線形成的波束能夠覆蓋整個(gè)扇區(qū)，因此在小區(qū)邊緣相鄰小區(qū)的扇區(qū)波束必定有一部分會(huì)重疊，從而在小區(qū)邊緣產(chǎn)生較強(qiáng)的小區(qū)間干擾。而如圖 3.3 所示，基站采用波束賦形天線技術(shù)后，形成很窄的定向波束，因此只要相鄰小區(qū)的波束不發(fā)生碰撞就不會(huì)造成小區(qū)間干擾。圖 3.2 較寬的波束很容易造成小區(qū)間干擾圖 3.3 較窄的賦形波束不容易造成小區(qū)間干擾需要說(shuō)明的是，上述各種干擾抑制技術(shù)并不一定是相互替代的關(guān)系，而可以在很大程度上配合使用，獲得更好的效果。3.1.1 小區(qū)間干擾隨機(jī)化為了使干擾信號(hào)的特性與“白噪聲”近似，有利于終端利用處理增益對(duì)干擾進(jìn)行抑制，我們對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行隨

40、機(jī)化處理，但這種處理并不能降低干擾信號(hào)的能量。可采用的干擾隨機(jī)化方法有：(1)小區(qū)特定的加擾(Scrambling)這種技術(shù)是在信道編碼和信道交織后對(duì)各小區(qū)的信號(hào)采用不同的偽隨機(jī)擾碼進(jìn)行加擾(如圖 3.4 所示)，以使干擾白化。(2)小區(qū)特定的交織(Interleaving)小區(qū)特定的交織也稱(chēng)為交織多址(Interleaved Division Multiple Access，IDMA)，就是在信道編碼后對(duì)各小區(qū)的信號(hào)采用不同的交織圖案進(jìn)行信道交織(如圖 3.5 所示)，以使干擾白化。對(duì)于小區(qū)間干擾隨機(jī)化來(lái)說(shuō)，小區(qū)加擾和 IDMA 可獲得相似的性能。此外，還可以考慮在不同小區(qū)采用不同的跳頻圖案

41、進(jìn)行跳頻以取得干擾隨機(jī)化的效果(如圖3.6 所示)。圖 3.4 小區(qū)特定加擾圖 3.5 小區(qū)特定交織（IDMA）圖 3.6 小區(qū)特定跳頻經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究，LTE 最終決定采用 504 個(gè)小區(qū)擾碼(和 504 個(gè)小區(qū) ID 綁定)進(jìn)行干擾隨機(jī)化。3.1.2 小區(qū)間干擾消除小區(qū)間干擾消除的基本原理是，在當(dāng)前小區(qū)內(nèi)對(duì)相鄰小區(qū)的干擾信號(hào)進(jìn)行解碼或解調(diào)。然后在接收機(jī)端把解出的干擾信號(hào)分量從接收信號(hào)中除去。在 LTE 系統(tǒng)中，可采用的干擾消除方法有：(1) 基于多天線接收終端的空間干擾壓制技術(shù)該技術(shù)又被稱(chēng)為干擾抑制合并(Interference Rejection Combining，IRC)接收技術(shù)。它利用

42、不同用戶(hù)的信道矩陣在空間上的差異來(lái)區(qū)分出服務(wù)小區(qū)的信號(hào)和干擾小區(qū)的信號(hào)，和發(fā)射端沒(méi)有太大的關(guān)系。理論上說(shuō)，接收機(jī)配置兩個(gè)天線就可以區(qū)分出兩個(gè)不同的空間信道。這項(xiàng)技術(shù)在基站端不需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行其它處理，但僅靠空間上的差異來(lái)區(qū)分信號(hào)，很難取得滿意的干擾消除效果。(2) 基于干擾重構(gòu)減去的干擾消除技術(shù)這種技術(shù)是通過(guò)將干擾信號(hào)解調(diào)解碼后，對(duì)該干擾信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)(Reconstruction)，然后從接收信號(hào)中減去。如果能將干擾信號(hào)分量準(zhǔn)確減去，剩下的就是有用信號(hào)和噪聲。這無(wú)疑是一種更為有效的干擾消除技術(shù)，當(dāng)然由于需要完全解調(diào)甚至解碼干擾信號(hào)，因此也對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如資源塊分配、信道估計(jì)、同步、信令等提出了更高

43、要求或帶來(lái)了更多限制。在 LTE 中得到深入研究的干擾消除技術(shù)主要是基于 IDMA 的迭代干擾消除技術(shù)。IDMA 技術(shù)的核心，正如上面指出的，是在不同小區(qū)使用不同的偽隨機(jī)信道交織器。當(dāng) IDMA 作為一種干擾隨機(jī)化的手段時(shí)，其效果與小區(qū)間加擾并無(wú)明顯差異。IDMA 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可以通過(guò)迭代干擾消除獲得更佳的干擾抑制性能。IDMA 系統(tǒng)可以通過(guò)迭代干擾消除獲得顯著的性能增益，但小區(qū)加擾的系統(tǒng)卻無(wú)法通過(guò)迭代干擾消除獲得明顯的性能增益。基于小區(qū)加擾系統(tǒng)的迭代接收機(jī)會(huì)發(fā)生導(dǎo)致“錯(cuò)誤擴(kuò)散”的“正反饋”現(xiàn)象，而 IDMA 系統(tǒng)卻可以有效地防止這種有害現(xiàn)象。在文獻(xiàn)中，仿真結(jié)果說(shuō)明基于 IDMA 的迭代干擾

44、消除技術(shù)可以使小區(qū)邊緣吞吐量(即 5CDF 吞吐量)獲得 50的性能增益；在小區(qū)平均吞吐量方面，也有 5的性能增益。3.1.3 小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)/回避小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)回避的基本原理是對(duì)下行資源進(jìn)行一定的管理，來(lái)協(xié)調(diào)多個(gè)小區(qū)的工作，這樣可以避免產(chǎn)生嚴(yán)重的小區(qū)間干擾。我們可以選擇對(duì)資源調(diào)度進(jìn)行限制，也可選擇對(duì)發(fā)射功率進(jìn)行控制。這種技術(shù)可以提高接收機(jī)的載干比(CI)，從而可以提高小區(qū)邊緣用戶(hù)的傳輸速率和小區(qū)覆蓋的范圍。資源調(diào)度和功率的控制可分別被看做是“軟頻率復(fù)用”和“部分功率控制”。（1）軟頻率復(fù)用軟頻率復(fù)用的基本原理是：對(duì)于小區(qū)中心的用戶(hù)可以自由地使用所有的頻率資源；而對(duì)小區(qū)邊緣的用戶(hù)，它們只能按照

45、一定的規(guī)則使用其中的一部分頻率資源。如圖 3.7 所示，我們可以把整個(gè)系統(tǒng)的頻率資源分為三部分，小區(qū) 1 的邊緣只使用第一段頻率，小區(qū) 2、4、6 的邊緣只使用第二段頻率，小區(qū) 3、5、7 的邊緣只使用第三段頻率。這樣就相當(dāng)于對(duì)小區(qū)中心采用復(fù)用為 1 的頻率復(fù)用，而對(duì)小區(qū)邊緣采用復(fù)用為 3 的頻率復(fù)用，其結(jié)果是整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)用系數(shù)介于 1 和 3 之間，通常是一個(gè)分?jǐn)?shù)，因此這種頻率復(fù)用方式稱(chēng)為“分?jǐn)?shù)復(fù)用”或“軟復(fù)用”。圖 3.7 一個(gè)軟頻率復(fù)用的例子（2）部分功率控制“部分功率控制”的基本原理是，一個(gè)小區(qū)的邊緣如果和相鄰的小區(qū)在重疊的部分使用相同的頻率資源，則應(yīng)當(dāng)控制發(fā)射的功率(即部分功率控制)

46、。為了達(dá)到抑制小區(qū)間干擾、優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的性能，對(duì)于小區(qū)邊緣的用戶(hù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓亍＿@樣，小區(qū)邊緣單個(gè)用戶(hù)的性能可能受到損失，但提高了整個(gè)系統(tǒng)的容量。這兩種小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方式，都需要用戶(hù)對(duì)基站進(jìn)行測(cè)量和上報(bào)，另外基站之間也需要一些信息的交換。這些是干擾協(xié)調(diào)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的不可或缺的因素。3.2 LTE系統(tǒng)中小區(qū)間干擾抑制技術(shù)CoMP 技術(shù)OFDM 和 MIMO 技術(shù)是 LTE系統(tǒng)的核心技術(shù)，通過(guò)把高速率的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化為若干個(gè)低速率的并行數(shù)據(jù)流，調(diào)制到一組正交的子載波集上進(jìn)行傳輸，可以有效地消除小區(qū)內(nèi)的干擾。在實(shí)際系統(tǒng)中，為了提高頻譜利用率，采用了同頻組網(wǎng)的方式，整個(gè)小區(qū)使用全頻率覆蓋，那么小區(qū)邊緣

47、的用戶(hù)會(huì)受到鄰小區(qū)嚴(yán)重的同頻干擾，這樣小區(qū)邊緣用戶(hù)的服務(wù)質(zhì)量被大大地降低了。而MIMO-OFDM 技術(shù)使小區(qū)間干擾(ICI)更加嚴(yán)重，主要原因是與單載波系統(tǒng)相比，OFDM對(duì)頻率偏差更加敏感。無(wú)線信道的時(shí)變性造成的多普勒頻移，或者發(fā)射機(jī)和接收機(jī)本地振蕩器的頻率偏差都會(huì)破會(huì)子載波的正交性，從而導(dǎo)致ICI。于是，在 LTE 系統(tǒng)中提出了更為有效的協(xié)作多點(diǎn)傳輸(CoMP)技術(shù)。CoMP 技術(shù)是多個(gè)基站進(jìn)行協(xié)作，各個(gè)協(xié)作基站之間共享必要信道狀態(tài)信息、調(diào)度信息和數(shù)據(jù)信息等，通過(guò)各個(gè)協(xié)作基站間的協(xié)調(diào)處理，對(duì)小區(qū)間干擾進(jìn)行有效的抑制。根據(jù)基站端是否共享用戶(hù)數(shù)據(jù)，協(xié)作多點(diǎn)傳輸技術(shù)主要分為兩種情況：聯(lián)合傳輸處理(

48、JP，Joint Processing)和協(xié)作調(diào)度Beamforming。3.2.1 聯(lián)合傳輸處理(JP，Joint Processing)聯(lián)合傳輸處理：也稱(chēng)為“干阿土擾利用”，即在小區(qū)的邊緣部分幾個(gè)相鄰小區(qū)的基站聯(lián)合起來(lái)形成一個(gè)虛擬的 MIMO 基站，小區(qū)邊緣處于干擾區(qū)的用戶(hù)由這個(gè)虛擬的 MIMO 基站服務(wù)，而小區(qū)中心的用戶(hù)還是由各自的基站服務(wù)。協(xié)作的多個(gè)基站對(duì)小區(qū)邊緣的用戶(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合處理，通過(guò)聯(lián)合處理在協(xié)作的基站端消除小區(qū)間干擾，從而提高了小區(qū)邊緣用戶(hù)的傳輸速率和服務(wù)質(zhì)量，也提高了整個(gè)系統(tǒng)的頻譜利用率，此時(shí)協(xié)作的基站之間需要共享用戶(hù)數(shù)據(jù)。協(xié)作的基站可同時(shí)服務(wù)一個(gè)或則多個(gè)用戶(hù)。 用戶(hù)1小區(qū)

49、1 用戶(hù)2小區(qū)2 用戶(hù)3小區(qū)3圖 3.8 聯(lián)合傳輸處理聯(lián)合傳輸處理時(shí)，又可根據(jù)服務(wù)的用戶(hù)數(shù)是一個(gè)還是多個(gè)分為以下兩種情況：?jiǎn)斡脩?hù) CoMP-JP 和多用戶(hù) CoMP-JP。下面將具體介紹。（1）單用戶(hù) CoMP-JP在該模式下，協(xié)作的基站同時(shí)為小區(qū)邊緣的一個(gè)用戶(hù)服務(wù)，可以完全消除小區(qū)間干擾。該方案通常在小區(qū)間干擾較嚴(yán)重時(shí)應(yīng)用，能夠提高用戶(hù)的增益。但協(xié)作的基站只服務(wù)一個(gè)用戶(hù)，導(dǎo)致了小區(qū)邊緣頻譜利用率的降低。由于小區(qū)中心受到鄰區(qū)的干擾很小，通常情況下在小區(qū)的中心不采用協(xié)作的方式，各個(gè)基站依然服務(wù)自己的用戶(hù)。（2）多用戶(hù) CoMP-JP協(xié)作的基站同時(shí)為小區(qū)邊緣的多個(gè)用戶(hù)服務(wù)，這樣多個(gè)用戶(hù)之間就會(huì)產(chǎn)生

50、干擾，虛擬的 MIMO 基站下小區(qū)間干擾轉(zhuǎn)化為多用戶(hù)之間的干擾，故協(xié)作的基站需要進(jìn)行聯(lián)合處理來(lái)抑制這種多用戶(hù)干擾。常用的預(yù)處理算法有 BD 算法、BD-SVD算法等。聯(lián)合處理算法可以有效地消除小區(qū)間干擾，但協(xié)作的基站之間需要準(zhǔn)確地獲取用戶(hù)的信道信息。這對(duì)用戶(hù)的反饋機(jī)制要求很高，而且基站之間需要交換大量的信息，從而增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度。3.2.2 協(xié)作調(diào)度Beamforming協(xié)作調(diào)度Beamforming：也稱(chēng)為“干擾避免”，在小區(qū)邊緣，相鄰的幾個(gè)小區(qū)對(duì)系統(tǒng)的資源進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度，盡可能地避免相鄰的幾個(gè)小區(qū)在邊緣部分使用的資源在時(shí)間、空間或者頻率上發(fā)生沖突，從而既避免了小區(qū)間干擾，又保證了系

51、統(tǒng)較高的頻譜利用率。該方式下，協(xié)作的基站之間不需要共享用戶(hù)的數(shù)據(jù)信息，只需要共享用戶(hù)信道信息，需要交換的信息量少，系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度相對(duì)較低，但與聯(lián)合傳輸處理相比小區(qū)邊緣地區(qū)的頻譜利用率有一定的損失。另外，該方式下，協(xié)作的基站各自服務(wù)自己小區(qū)的用戶(hù)，即一個(gè)用戶(hù)只由自己所在的一個(gè)基站服務(wù)。協(xié)作調(diào)度Beamforming 相對(duì)于聯(lián)合處理傳輸需要交換的信息少，基站接口的負(fù)荷較小，那么時(shí)延就會(huì)大大降低，這也是協(xié)作調(diào)度Beamforming 逐漸成為新一代移動(dòng)通信一個(gè)熱點(diǎn)的主要原因之一。相對(duì)于協(xié)作調(diào)度，協(xié)作 Beamforming 不需要基站之間進(jìn)行資源調(diào)度，僅在基站端利用聯(lián)合預(yù)編碼技術(shù)消除小區(qū)間干擾，

52、聯(lián)合預(yù)編碼技術(shù)是利用信道上、下行鏈路的互易性原理，在上行通信時(shí)對(duì)傳輸鏈路的信道狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，而下行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)則利用估計(jì)到的信道狀態(tài)信息進(jìn)行編碼和判決。這一點(diǎn)跟多用戶(hù) CoMP-JP 很相似，不同的地方在于。協(xié)作 Beamforming 中的用戶(hù)數(shù)據(jù)不是協(xié)作基站聯(lián)合發(fā)送的，而是其所在的小區(qū)基站單獨(dú)發(fā)送的。這樣大大減少了基站之間的信息交換量。3.3 CoMP-JP 預(yù)編碼算研究法CoMP 中的聯(lián)合處理技術(shù)Joint processing technology (JP)對(duì)系統(tǒng)性能的提升最大，其核心優(yōu)勢(shì)是能夠消除小區(qū)間干擾，JP 對(duì)性能提升的主要途徑是基于信道信息的預(yù)編碼技術(shù)。所以發(fā)送端的預(yù)處理算法顯

53、得尤其重要。預(yù)處理算法主要有塊對(duì)角化(BlockDigitalization，BD)算法和BD-SVD 算法。接下來(lái)，我們將討論最典型的塊對(duì)角化(BlockDigitalization，BD)算法，在本論文中，針對(duì) MU-MIMO-JP 采用了塊對(duì)角化(BlockDigitalization，BD)算法，對(duì)這種方法在 JP 場(chǎng)景下的應(yīng)用進(jìn)行了仿真分析。3.3.1 CoMP-JP 系統(tǒng)模型在 CoMP-JP 系統(tǒng)中（如圖 3.9 所示），我們把需要進(jìn)行聯(lián)合處理的相鄰的幾個(gè)扇區(qū)集合稱(chēng)為協(xié)作簇，為了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單及不失一般性，本文選擇了三個(gè)固定的扇區(qū)進(jìn)行聯(lián)合處理。每個(gè)扇區(qū)有根發(fā)射天線，每個(gè) UE 有根接收

54、天線，假設(shè)每個(gè)協(xié)作簇服務(wù)的用戶(hù)數(shù)為 3，第 i 個(gè)用戶(hù)支持的獨(dú)立數(shù)據(jù)流數(shù)為，其中。這樣,CoMP-JP 就形成了一個(gè)的虛擬 MIMO 系統(tǒng)（如圖 3.10 所示）。圖 3.9 非協(xié)作時(shí)的 ICI 示意圖圖 3.10 CoMP-JP 示意圖圖 3.11 CoMP-JP 下行虛擬 MIMO 系統(tǒng)傳輸模型3.3.2 BD 算法最直接的預(yù)編碼方法是在發(fā)射端能夠獲得信道矩陣 H 的條件下進(jìn)行預(yù)編碼。在 TDD 模式下，可以利用信道的互異性，通過(guò)上行信道的測(cè)量參考信號(hào) SRS 來(lái)估計(jì)下行信道矩陣 H，在 FDD 模式下信道矩陣 H 則必須通過(guò) UE 的反饋來(lái)得到。塊對(duì)角化（BD)算法是接收端有多個(gè)天線的情

55、況下的一種次優(yōu)的解決方案。BD算法能夠消除掉協(xié)作簇內(nèi)的所有用戶(hù)間的干擾。BD 算法采用滿足HinBjn=0(ij) 的預(yù)編碼矩陣，這表示協(xié)作的幾個(gè)小區(qū)的小區(qū)間干擾將被消除。Hin 是除了用戶(hù) i 的其它所有用戶(hù)的信道矩陣：Hin=H1Tn,Hi-1Tn, Hi+1Tn, ,HMTnT (3-1)Hin 的 SVD 分解為：Hin Vi(0)n= Uinin000Vi(1)n Vi(0)n (3-2)其中上標(biāo) T 表示矩陣的轉(zhuǎn)置，i-n是一個(gè)對(duì)角矩陣，維數(shù)等于Hin的秩，對(duì)角線上的元素為Hin的奇異值。Vi(1)n和Vi(0)n分別由非零奇異值和零奇異值對(duì)應(yīng)的奇異向量組成。Vi(0)n是Hin

56、的零空間的一組正交基。用戶(hù) i 的獨(dú)立數(shù)據(jù)流的個(gè)數(shù)li不能大于Vi(0)n的列數(shù)。因此我們從Vi(0)n 的右邊選取li列表示為Vi(0)n，作為用戶(hù) i 的 BD 預(yù)編碼矩陣：Bn=B1n, B2n, BMn= V1(0)n, V2(0)n,，VM(0)n （3-3）通過(guò)預(yù)編碼矩陣 Bn，我們可以得到等效信道矩陣 Hn Bn是塊對(duì)角化的，這意味著小區(qū)邊緣協(xié)作簇內(nèi)的用戶(hù)間的干擾可以被消除。3.3.3 仿真結(jié)果及分析本章仿真結(jié)果是以三個(gè)固定扇區(qū)為一個(gè)協(xié)作簇進(jìn)行仿真分析的，每個(gè)扇區(qū)采用一個(gè) 1 流 2 層 4 發(fā) 2 收的 MIMO 系統(tǒng)，三個(gè)固定的扇區(qū)組成一個(gè) CoMP-MU 虛擬MIMO 系統(tǒng)

57、，調(diào)制方式為 QPSK,統(tǒng)計(jì) BER 進(jìn)行性能對(duì)比。圖 3.12 BD 算法和無(wú)協(xié)作時(shí)的誤碼率比較GENEX Assistant 3.5仿真：圖 3.13 無(wú)協(xié)作時(shí)的電平值（RSRP）圖 3.14 BD 算法時(shí)的電平值（RSRP）圖 3.15 無(wú)協(xié)作時(shí)的信噪比（SINR）圖 3.16 BD 算法時(shí)的信噪比（SINR）由圖5.9的仿真結(jié)果可以看出無(wú)協(xié)作時(shí)小區(qū)間干擾對(duì)小區(qū)邊緣用戶(hù)的性能產(chǎn)生極大的破壞，當(dāng)對(duì)小區(qū)間干擾不采取任何措施時(shí)，小區(qū)邊緣用戶(hù)的誤碼性能隨信噪比的增大幾乎沒(méi)有變化，并且誤碼性能很差，理想干擾狀況下幾乎無(wú)法進(jìn)行通信。當(dāng)采用 CoMP-JP 的 BD 預(yù)編碼后與無(wú)協(xié)作時(shí)相比小區(qū)邊緣用戶(hù)的誤碼性能得到了極大提高，這樣小區(qū)邊緣的用戶(hù)將不再是邊緣用戶(hù)而是協(xié)作區(qū)域的中心用戶(hù)。因此，這些用戶(hù)將會(huì)得到