LTe-Advanced系統(tǒng)中若干關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、現(xiàn)代信息社會(huì)中，人們對(duì)寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求量日益增長。為此，未來寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)必須提供更高的傳輸速率和更優(yōu)的服務(wù)質(zhì)量。目前，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)正處于研制和完善階段，為進(jìn)一步提高系統(tǒng)容量、小區(qū)邊緣用戶吞吐量以及改善用戶的移動(dòng)性能，有必要探究更高效的物理層技術(shù)和媒體接入層技術(shù)。
　　LTE-Advanced系統(tǒng)是目前國際上公認(rèn)的第四代移動(dòng)通信（即4G）系統(tǒng)。該系統(tǒng)物理層采用了MIMO-OFDM技術(shù)，其中的鏈路自適應(yīng)、有限反饋、

2、3D MIMO等技術(shù)對(duì)基于MIMO-OFDM技術(shù)的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能起著至關(guān)重要的作用。深入探究這些物理層重要技術(shù)，對(duì)提高系統(tǒng)頻譜利用率，改善小區(qū)邊緣用戶性能有著重要意義。另外，為進(jìn)一步提高用戶端的吞吐量，LTE-Advanced系統(tǒng)引入了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。相比傳統(tǒng)的同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，用戶端受到了更加嚴(yán)重的同頻干擾，導(dǎo)致了其移動(dòng)性能惡化。研究媒體接入層中的切換技術(shù)以改善異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中用戶端的移動(dòng)性能，對(duì)于未來移動(dòng)通信系統(tǒng)提供更高的傳輸

3、速率和更優(yōu)的服務(wù)質(zhì)量，有著重要作用。本論文重點(diǎn)研究了幾個(gè)方面的技術(shù):增強(qiáng)型鏈路自適應(yīng)、單用戶MIMO與多用戶MIMO傳輸動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化、3D MIMO傳輸方案和用戶端反饋策略、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中用戶端移動(dòng)性能的改善策略。本論文的創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1)閉環(huán)MIMO系統(tǒng)存在動(dòng)態(tài)小區(qū)間干擾問題，已有主流解決方案是外環(huán)鏈路自適應(yīng)技術(shù)(OLLA)。這種算法只能從長期統(tǒng)計(jì)特性上，減少小區(qū)間動(dòng)態(tài)干擾帶來的鏈路不匹配。多基站協(xié)作通信技術(shù)的提出，為解決閉環(huán)MIM

4、O中小區(qū)間動(dòng)態(tài)干擾帶來的鏈路不匹配問題，提供了可能。論文的第二章提出了一種基于聯(lián)合干擾預(yù)測(cè)的增強(qiáng)型鏈路自適應(yīng)算法。這種算法利用協(xié)作基站間共享的用戶反饋的信道信息，對(duì)存在的動(dòng)態(tài)干擾進(jìn)行聯(lián)合預(yù)測(cè)，并據(jù)此實(shí)時(shí)調(diào)整基站端發(fā)送數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼方案，從而可以從瞬時(shí)特性上，克服由動(dòng)態(tài)干擾變化引起的鏈路不匹配問題。通過對(duì)動(dòng)態(tài)變化的小區(qū)間干擾進(jìn)行聯(lián)合預(yù)測(cè)，基站端在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)可以選擇更加合適的調(diào)制編碼方案，從而系統(tǒng)頻譜利用率可以得到顯著提高。這種算法基于多基

5、站協(xié)作技術(shù)，并沒有引入多余的系統(tǒng)開銷。
　　2) LTE-Advanced系統(tǒng)中，閉環(huán)MIMO支持多用戶MIMO傳輸技術(shù)。在多用戶MIMO傳輸技術(shù)中，多個(gè)用戶共享時(shí)頻資源，可以大大提高系統(tǒng)頻譜利用率。然而用戶在反饋?zhàn)陨淼逆溌沸畔r(shí)，只能使得單用戶傳輸性能最優(yōu)。當(dāng)基站端進(jìn)行多用戶傳輸時(shí)，利用這種鏈路信息，可能導(dǎo)致用戶反饋的鏈路信息與基站端所需的鏈路信息不匹配，從而導(dǎo)致基站端執(zhí)行多用戶傳輸?shù)南到y(tǒng)性能下降。論文的第三章提出了一種新穎的反

6、饋策略，以提高基站端進(jìn)行單用戶和多用戶傳輸動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)性能。在這種策略中，基站端根據(jù)用戶的反饋信息，發(fā)送信令指示用戶端反饋多用戶或者單用戶傳輸鏈路最佳的信道信息。當(dāng)進(jìn)行多用戶傳輸時(shí)，基站端可以從用戶端反饋的多用戶鏈路最優(yōu)的信道信息中提取當(dāng)前信道矩陣的主特征向量，從而可以提高多用戶傳輸?shù)南到y(tǒng)性能。同時(shí)，通過信令指示，單用戶傳輸?shù)男阅芤矝]有受到損失。
　　3)前兩個(gè)研究點(diǎn)是基于二維(2D) MIMO技術(shù)。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)頻譜利用率

7、，探究了一種可用于LTE-Advanced系統(tǒng)的新穎的MIMO技術(shù)—三維(3D) MIMO。3D MIMO技術(shù)進(jìn)一步利用了信號(hào)傳輸?shù)目臻g特性，為基站端提供了另一個(gè)空間自由度來傳輸信號(hào)和消除干擾。相比2D MIMO系統(tǒng)，在3D MIMO系統(tǒng)中，基站端可以同時(shí)利用水平空間和垂直空間，發(fā)送更加準(zhǔn)確的空間波束給用戶。然而，3DMIMO技術(shù)現(xiàn)今處于研究的起始階段，在LTE-Advanced系統(tǒng)中，其有限反饋策略和基站端發(fā)送策略尚未確定。論文的第四

8、章提出了兩種策略，分別為基于基站端補(bǔ)償垂直增益和基于用戶端補(bǔ)償垂直增益的有限反饋策略和基站端發(fā)送策略。兩種策略均采用了LTE-Advanced系統(tǒng)Release10中的2D碼本來量化傳輸波在垂直空間的相位。在這兩種策略中，基站端采用了不同的CSI-RS資源配置，3D SINR可以分別在基站端和用戶端估算。這兩種策略實(shí)現(xiàn)過程迥異，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，相比LTE-Advanced系統(tǒng)中的參考策略，均可以顯著提高系統(tǒng)頻譜利用率。
　　4)為進(jìn)

9、一步提高用戶端的吞吐量，LTE-Advanced系統(tǒng)引入了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。相比傳統(tǒng)的同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中用戶端受到的同頻干擾更加嚴(yán)重，導(dǎo)致了其移動(dòng)性能惡化。為此，論文的第五章深入分析了用戶端移動(dòng)性能惡化的原因，并提出了兩種有效的解決方案，以改善用戶端的移動(dòng)性能。處于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的用戶，在移動(dòng)過程中，接收到的微小區(qū)信號(hào)功率和宏小區(qū)信號(hào)功率變化速度不一致。針對(duì)此特性，提出了一種切換小區(qū)優(yōu)化的策略，這種策略能從長期統(tǒng)計(jì)特性上，提高用戶的移動(dòng)魯棒性

10、。另外，為了進(jìn)一步提高用戶端的移動(dòng)魯棒性，從另外一個(gè)角度分析了移動(dòng)性能惡化原因，提出了一種基于無線鏈路質(zhì)量的切換策略。這種策略可以使用戶端更加敏感地觸發(fā)切換，降低無線鏈路連接失敗率和切換失敗率。這兩種策略基于兩種不同角度，可以相互補(bǔ)充，共同提高用戶端的移動(dòng)魯棒性。
　　論文對(duì)第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)—LTE-Advanced系統(tǒng)的鏈路自適應(yīng)技術(shù)、多用戶MIMO傳輸技術(shù)、3D MIMO技術(shù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中用戶端移動(dòng)性能進(jìn)行了深入的探討和研究，