ofdm及载波聚合的设计与实现毕业论文(编辑修改稿)

ofdm及载波聚合的设计与实现毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

ions that have good patibility, in the physical layerbased key technologies based on OFDM technology, assessment of the current program of the two aggregate performance of continuous spectrum. Simulation results show: with or without guard band for the performance of the carrier polymer have little effect. Keywords: OFDM。 Carrier Aggregation。 Continuous spectrum allocationOFDM 及载波聚合的设计与实现 1 引言 OFDM 技术抗衰落性能好，且具有频谱利用率高、系统实现简单以及子载波调度灵活等 优点。 针对在大传输带宽下使用 OFDM 技术，就要引入本文介绍的载波聚合技术。 载波聚合技术作为提高 LTEAdvanced 系统频谱利用率的关键技术之一，重点需要对控制信道的格式和多载波调度的方式进行考虑，研究载波聚合技术的发展是非常重要的。 目前，对于载波聚合技术的实现方案有连续频带聚合、离散频带聚合、对称载波聚合和不对称载波聚合等方式。 相对于离散频带聚合，连续频带聚合实现较为容易，信令开销小， UE 需要检测的频点也少，因此本文重点对载波聚合的连续频带聚合进行阐述。 本文参考的是 NTT DoCoMo 公司的对于 连续频带聚合 R1083015 方案。 在详细阐述两种连续频带聚合方案后，对于两种方案实现中的性能进行了评估分析，并通过仿真展示了两种方案各自的特点。 第一种方案只有中心频段位于 100KHz 的整数倍位置，也就意味着只有中心载波段能够接收 LTE Release 8 的用户终端；而第二种方案则是每一个载波段均能够处于 100KHz 的整数倍上，即每一个载波段均能接收 LTE Release 8 的用户终端。 通过仿真证明有无保护频带对于信息传输的可靠性影响不大。 OFDM 及载波聚合的设计与实现 2 1 绪论 进入 21 世纪以来，移动通信技术 以前所未有的速度向前发展着。 伴随着用户对各种实时多媒体业务需求的增加和网络技术的迅猛发展，我们可以预计，未来的移动通信技术将会具有更高的信息传输速率，为用户提供更大的便利，而其网络结构也将发生根本的变化。 移动通信的发展 移动通信是指通信双方或至少一方处于运动中的进行信息交换的通信方式，使得用户可以在任何时间和地点、快速而可靠地进行多种信息交换。 它在无线通信开放式传输的基础之上，引入了用户的动态性。 目前，伴随着用户对于业务的需求，移动通信已经不再仅仅满足于当前主要的语音业务，一些如数据，图像等的非语音业务 ，同样也被纳入了其服务范围。 因此，我们不难从移动通信发展的历程中看出，移动通信的各种特点以及业务需求，给它带来了巨大的挑战。 第一代移动通信 (1G) 在 20 世纪 70 年代末开始进入商用化，它的特征是模拟蜂窝通信，无线系统的接入使用 FDMA (Frequency Division Multiple Access)方式来实现。 由于早期的大区制的蜂窝通信系统很快达到饱和，无法满足要求。 因此，小区制蜂窝式的系统设计和频率规划实现了载频复用，达到了扩大覆盖范围和系统容量的要求。 这个阶段，使用的最为广泛的是美国的 AMPS (Advanced Mobile Phone System)和欧洲的 TACS（ Total Access Communication System ） ，另 外也有北欧的NMT450 以及日本的 HCMTS 等。 而第二代移动通信 (2G)是在 20 世纪 90 年代开始走向商用的，它具备了很多数字通信系统的优点，比如它具有更大的系统容量，具有更高质量的服务等。 这个阶段具有代表性的系统有很多，例如欧洲的 GSM（ Global System for Mobile Communications） 和美国的 IS95 等。 它采用 TDMA(GSM)和 CDMA(IS95)方式对用户进行动态寻址，其主要业务为语音服务，双工模式则为频分双工 (FDD)。 因为通信技术的不断发展， 2G 系统也渐渐的不再能够满足需求。 于是开始出现了一些过渡的中间技术，如通用分组无线业务 GPRS，新一代的移动通信系统日趋成为热点。 目前，第三代移动通信 (3G)系统刚开始进入商用，使用以 CDMA 为主流的接入技术。 最近，第三代移动通信合作计划 (The 3rd Generation Partnership Project， 3GPP) 启 动 了 3GPP LTE (Long Term Evolution ， 长 期 演 进 ) 项 目 ， 以 及 OFDM 及载波聚合的设计与实现 3 LTEAdvanced。 现阶段， LTE 的物理层关键技术使用的是 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 技术，因此研究 OFDM 技术在下一代移动通信系统演进中的相关问题是非常必要的。 载波聚合及其研究进展 载波聚合技术是将多个 LTE 载波扩展成 LTE A 系统的传输载波。 LTE 系统的UE 和 LTE A 系统的 UE 均可以使用“ LTE 载波单元”来进行通信。 目前，很多公司在广泛的讨论和分 析载波聚合技术的可行性方案，比如 DoCoMo、 Ericsson、 Huawei等。 LTEA 系统潜在应用频段包括 450MHz～ 470MHz、 698MHz～ 862MHz、790MHz～ 862MHz、 ～ 、 ～。 所以，载波聚合技术要求要可以在多个频点上跨频带进行聚合。 因此我们发现， LTE A 系统大量频段集中在 以上的较高频段，可能是 1 个多频段层叠无线接入系统。 而我们知道空中接口技术的框架就是由非连续频谱分布、大带宽和灵活频谱的使用决定的。 除此之外，应用于 城域网 (WAN， Wide Area Network)的标准是 IEEE 标准，其工作组提出了 ，它的两个主要目标是：一，满足 IMTAdvanced 要求，向国际电信联盟提交 4G 技术；二，对目前存在的 进行兼容，满足 NGMN(下一代移动网络 )的要求。 就满足 IMTAdvanced 需求和兼容性这两个方面来考虑，同时也要利用载波聚合技术扩大带宽，提高系统的传输速率和吞吐量。 因此， LTEAdvanced 与 IEEE 标准均要用到载波聚合技术进行扩展系统带宽，本文在此背景下，基于物理层关键技术 OFDM，对当前主流的载波聚合技术方案进行阐述。 本章小结 本文一共分为五章，第一章是绪论，简单介绍了目前位置的移动通信发展过程以及关于载波聚合技术的研究进展。 第二章介绍了关于无线信道的相关内容，包括衰落特性以及衰落类型，重点在于瑞利信道的衰落仿真。 第三章介绍了 OFDM 系统的相关原理，为后文进一步介绍载波聚合技术基础铺垫。 第四章则系统介绍了载波聚合技术的相关原理和目前关于该技术的主流方案，并对方案进行了性能评估。 第五章则为全文总结。 OFDM 及载波聚合的设计与实现 4 2 无线信道 无线信道的衰落特性 无线移动信道是一种时变的衰落信道，它主要存在两种衰落，即大尺度（ LargeScale） 衰落与小尺度 （ SmallScale） 衰落。 而在实际的无线信道中，我们可以将衰落因子如下表示为： 错误 !未找到引用源。 (21) 上式 (21)中， 错误 !未找到引用源。 表示的是信道的衰落因子，而 错误 !未找到引用源。 则表示大尺度衰落，它代表了接收信号的均值在一定时间内随传播距离和环境的变化而出现的缓慢变化， 错误 !未找到引用源。 则表示小尺度衰落，它代表了接收信号在短时间（距离）内的快速变化。 我们知道，引起大尺度衰落的主要原因是由自 由空间的路径损耗，于是，我们也可以称大尺度衰落为自由空间的路径衰落。 当自由空间有障碍物时，由于障碍物对电波遮蔽而引起的衰落，我们就称为阴影衰落。 而由于同一传输信号沿两个或多个路径传播是所引起的衰落，我们称其为小尺度衰落，由于它是由微小的时间差到达接收机的信号相互干扰所引起的，因此我们又称小尺度衰落为多径衰落。 阴影衰落 由于传播的过程中电磁波在会受到树林和耸立的建筑物等障碍物的阻挡，于是在这些障碍物背面电磁场会产生阴影，那么当移动台通过不同障碍物的阴影区时，场强中值的变化则会引起接收信号产生衰落，也就是阴 影衰落。 它反映了接收信号平均值在中等范围内的变化趋势，从统计规律上看其特性，它服从对数正态分布，变化率比数据传输率来的慢，因此又可以称为慢衰落。 错误 !未找到引用源。 (22) 式 (22)表示任意的传播距离，平均大尺度路径的损耗，但并未考虑在相同传播距离下，不同位置的周围环境不同产生的影响。 经过测试，任意 d 值，特定位置的实际路径损 耗服从正态分布，即： 错误 !未找到引用源。 (23) 在上式中， Xt为均值为零、标准差为  的高斯分布随机变量，其单位使用OFDM 及载波聚合的设计与实现 5 dB，也就是为不同位置的阴影衰落所引起的损耗。 多径衰落 通常情况下，在移动无线传播环境中始终都存在着直射、反射、散射，衍射，因此接收信号往往并不是从单一路径 来的，而是由多条路径信号组合而成。 又由于各个路径上的信号的幅度、相位以及时延都在随时随地的发生着变化，因此由这些不同路径信号叠加来的接收信号的幅度会急剧变化，也就是我们通常所说的衰落，这种衰落我们称为多径衰落。 多径传播往往会对信号的传输会产生极大的影响，比如时延扩展、角度扩展和频率扩展等等。 其中，多径衰落效应的一个最重要的体现是时延扩展，各个路径的信号由于传播路径有所不同，从而具有不同的时间延迟，这样就使得接收信号的能量在时间上被展宽，也就是前面所说的时延扩展。 通常，最大时延扩展指的是第一条路径信号与最后 一条路径信号之间的时间差。 相干带宽是另一个与时延扩展有关的重要概念。 如果将相干带宽定义为频率相关函数大于 的某特定带宽，那么相干带宽近似为： 错误 !未找到引用源。 (24) 上式 (24） 中 错误 !未找到引用源。 表示信道的均方根时延扩展，它是多径信号功率延迟分布的二 阶矩的平方根。 在实际中为了简便，我们通常定义信道的相干带宽为最大多径时延的倒数。 如果相干带宽小于发送信号的带宽，那么信号将经历频率选择性衰落，信号中各频率分量遭受不一致的衰落，所以得到的衰落信号的波形会产生失真，相反，如果相干带宽大于信号带宽，信号会经历平坦型衰落，也就是说此时信号中各频率分量所遭受的衰落均是一致的，这是产生的衰落信号的波形不会失真。 正弦波叠加法仿真 瑞利信道模型 移动无线信道中，平坦衰落信号或者独立多径接收信号的包络分布通常用瑞利模型 (Rayleigh)来进行描述。 在典型的陆地移动无线信 道中，我们假设直射波被阻断，并且移动单元只能接收到反射波。 那么根据中心极限定理，我们知道，当反射波较大时，接收信号的两个正交分量是均值为零、方差为 错误 !未找到引用源。 的互不相关高斯随机过程。 所以，任意时刻的接收信号包络服从瑞利概率分，相位服从 ( , )的均匀分布。 利用正弦波叠加法 （ SOS） 仿真平坦衰落信道，采用精确多普勒扩展法 (MEDS)。 精确多普勒扩展法的出发点是 错误 !未找到引用源。 (25) 所以 OFDM 及载波聚合的设计与实现 6 错误 !未找到引用源。 (26) 上式中 错误 !未找到引用源。 由于经典功率谱的自相关函数为 错误 !未找到引用源。 (27) 因此式子代入可得 错误 !未找到引用源。 (28) 因为对于有限个振荡器合成的随即过程 ()i t 来说，当 错误 !未找到引用源。 时，错误 !未找到引用源。 , 于是 错误 !未找到引用源。 (29) 如果随即过程 ()i t 具有关于自相关函数的各态历经性，那么 错误 !未找到引用源。 于是又有 错误 !未找到引用源。 (210) 所以，我们便可以得出多普勒系数 ,inC 与多普勒频移离散多普勒频移 ,inf 错误 !未找到引用源。 n=1,2,3…. iN (211) 错误 !未找到引用源。 , m a x s in [ ( 1 / 2 ) ]2in if f nN n=1,2,3….错误 !未找到引用源。