【正文】 如， TCP、 ACKs 和一些隨機(jī)接入相應(yīng)與尋呼信令等信令，因此，載波聚合技術(shù)需要重新設(shè)計(jì)如何傳輸這樣的小數(shù)據(jù)包，從而減少不必要的控制信令開銷；最后，在使用載波聚合技術(shù)的 LTEAdvanced 系統(tǒng)中，需要完全兼容 LTE 系統(tǒng)遺留下來的 UE，這就需要保留 LTE release 8 規(guī)定的一些準(zhǔn)則，比如， 15 kHz 的子載波帶寬，上、下行的載波段中心位于 100 kHz 的整數(shù)倍位置等。 OFDM 及載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 18 (a) 連續(xù)頻譜載波聚合示意圖 (b) 連續(xù)頻譜載波聚合示意圖 (c) 離散頻譜載波聚合示意圖 圖 41 載波聚合示意圖 由上圖可以看出，在連續(xù)頻譜分配時(shí)，它有一下三個(gè)特點(diǎn)：首先，能夠簡(jiǎn)化 eNB（基站）與 UE（用戶終端）的結(jié)構(gòu)；其次，存在潛在的新應(yīng)用頻段，如 ；第三，在連續(xù)頻譜分配時(shí)，只有在普通子載波間隔在整個(gè)系統(tǒng)帶寬中保持不變的情況下，裝有單個(gè)射頻接收機(jī)和單個(gè) FFT 變換器的簡(jiǎn)單 UE 可以實(shí)現(xiàn)。 對(duì)于非對(duì)稱載波聚合而言，它是指 LTE 系統(tǒng)和 LTE A 系統(tǒng)所支持的不對(duì)稱業(yè)務(wù)（即 UL 與 DL數(shù)量不同）時(shí)的載波聚合。另外，提議非對(duì)稱傳輸帶寬， 也就是在 FDD 與 TDD 中使用非對(duì)稱子載波分配。 LTE A 的系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，每一個(gè)子載波都對(duì)應(yīng)著一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)流，而在子載波之間的數(shù)據(jù)流的聚合方式有兩種，即第一種是在MAC 層聚合，第二種則是在物理層聚合。所以，方案 A 優(yōu)點(diǎn)總結(jié)來說，一是可以對(duì) LTE 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)用，使其鏈路自適應(yīng)技術(shù)使用OFDM 及載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 21 效果更為明顯；第二則是在 HARQ 方面突出體現(xiàn)出了良好的性能，與 LTE 系統(tǒng)有較好的后向兼容性，支持 LTE 系統(tǒng)的軟硬件設(shè)備。所以每一個(gè)載波的物理層結(jié)構(gòu)都需要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，而這樣做則可能會(huì)影響數(shù)據(jù)流到 MAC 的時(shí)間。 載波聚合的方案 在 3GPP 會(huì)議上，通過綜合考慮終端執(zhí)行能力和系統(tǒng)復(fù)雜度之后，決定主要就連續(xù)頻帶聚合提案進(jìn)行討論，這是因?yàn)檩d波段頻譜連續(xù)，就使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)頻帶聚合相對(duì)容易，并且信令開銷 與 UE 需要檢測(cè)的頻點(diǎn)也相對(duì)較小。但是由于每個(gè)載波單元中心頻點(diǎn)是否在100KHz 的信道柵是不確定的，而 聲明 “ 所有頻帶的信道柵是 100KHz，也就意味著子載波段的中心頻點(diǎn)。下面介紹兩種連續(xù)頻帶聚合的主流方案。其缺點(diǎn)一方面是由于傳輸塊包含的數(shù)據(jù)過多，使得 HARQ 的使用效率變得低下，甚至有可能完全不適合使用 HARQ 技術(shù)。當(dāng)然，這種方案也有其不足之處，其缺點(diǎn)是頻譜效率和調(diào)度增益都沒有得到很好的實(shí)現(xiàn)，并且系統(tǒng)的總開銷很大，基本與聚合前一樣多。其中，在方案 A 中不同的載波段的傳輸?shù)燃?jí)并不相同，而且采用不同的多輸入多輸出模式與調(diào)制編 碼方式，且為每一個(gè)子載波都分配一個(gè)獨(dú)立的傳輸塊，使得單一的數(shù)據(jù)流在某一些點(diǎn)上被分到不同的載波上，在 MAC 層完成載波上數(shù)據(jù)流的聚合。 OFDM 及載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 19 Carrier 1 Carrier 2 Carrier3 Carrier4 Carrier 1 Carrier 2 Component carrier case 1 Carrier 1 Carrier 2 Carrier 1 Carrier 2 Carrier3 Carrier4 Component carrier case 2 freq freq 圖 42 非對(duì)稱 DL/UL 載波聚合參考模型 關(guān)于載波聚合技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及實(shí)現(xiàn)方案 載波聚合技術(shù)的研究現(xiàn)狀 目前，經(jīng)過對(duì)載波聚合技術(shù)中連續(xù)載波與非連續(xù)載波的擴(kuò)展，載波聚合技術(shù)可以在一方面直接聚合多個(gè) LTE 載波，進(jìn)而在不需要對(duì)物理信道和調(diào)制編碼方案進(jìn)行重新設(shè)計(jì)的前提下，滿足 LTE A 系統(tǒng)所要求的大帶寬；也可以在另一方面通過對(duì)現(xiàn)有的 LTE 系統(tǒng)資源進(jìn)行復(fù)用，以最小的代價(jià)完成對(duì)離散帶寬的聚合，大大降低 LTE A系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。在 FDD 中，非對(duì)稱傳輸帶寬減輕了成對(duì)頻帶分配。因此，與非連續(xù)載波聚合方式對(duì)比，連續(xù)頻帶上的載波聚合相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，所以連續(xù)品帶上的載波聚合優(yōu)先考慮。如下圖41，它清楚的示意了連續(xù)載波聚合方式與非連續(xù)載波聚合方式。因此，怎樣在小幅度修改 LTE 協(xié)議的前提條件下，既可以完全兼容 LTE 遺留的 UE，又可以增加 LTEAdvanced UE 占用的帶寬并且提高它的頻譜利用率，這一問題目前已經(jīng)成為了設(shè)備商與運(yùn)營(yíng)商所面臨的共同問題。伴隨著當(dāng)前語(yǔ)音業(yè)務(wù)日趨飽和，因此，在未來無線寬帶移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中為用戶提供更為可靠的高速數(shù)據(jù)服務(wù)則是當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商需要考慮的關(guān)鍵沒問題。 載波聚合是在 LTEAdvanced 系統(tǒng)中支持下行傳輸帶寬大于 20MHz 的技術(shù)。 結(jié)果分析： 從圖 33 中我們可以看出，隨著信噪比的增大， BER 明顯減小，在信噪比 SNR=30的水平處基本可以忽略 BER。 OFDM 系統(tǒng)性能仿真 錯(cuò)誤 !未找到引用源。由于在移動(dòng)通信中，多徑產(chǎn)生的衰落的影響是非常突出的，因此加入循環(huán)前綴 (CP)的 OFDM 系統(tǒng)其抗多徑衰落性能有很大的提高。這種分配的靈活性可以解決無線通信中存在的很多問題。同時(shí)，靈活的選擇子載波傳輸，還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的頻譜資源分配。在 OFDM 系統(tǒng)中，由于各個(gè)子載波之間所存在的正交性質(zhì)，允許子載波的頻譜相互重疊，因此，最大程度的利用了頻譜資源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。通常情況下，信道估計(jì)的方法有很多，而在無線通信中，我們一般采用插入導(dǎo)頻的方法進(jìn)行信道估計(jì) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。所以，如何降低 OFDM 信號(hào)的 PAR 值對(duì) OFDM 系統(tǒng)的性能和成本都有很大的影響。 峰均比： 在時(shí)域中， N 路正交子載波信號(hào)的疊加組成 OFDM 信號(hào)，因此，當(dāng)這 N 路信號(hào)按相同極性同時(shí)取得最大值時(shí)，那么 OFDM 信號(hào)將產(chǎn)生最大的峰值。 同步技術(shù)： 通常情況下，同步性能的好壞對(duì) OFDM 系統(tǒng)的性能的影響是很大的。 確定子載波的數(shù)量：子 載波的數(shù)量可以直接利用 3dB 帶寬除以子載波間隔，即通過去掉保護(hù)間隔之后的符號(hào)周期的倒數(shù)來得到。 確定保護(hù)間隔：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般選擇保護(hù)間隔的時(shí)間長(zhǎng)度為時(shí)延擴(kuò)展均方根值的 2 到 4 倍。由于循環(huán)前綴的使用，大大降低了接收端均衡器的復(fù)雜度，同時(shí)還提高了 OFDM 的對(duì)抗多徑的能力。 從上述分析看來，循環(huán)前綴必須足夠長(zhǎng)，也就是說不小于信道的多徑時(shí)延擴(kuò)展，但是循環(huán)前綴的引入也帶來了信噪比的損失，這里，我們定義信噪比損失為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。保護(hù)間隔即為擴(kuò)展的信號(hào)，在這段保護(hù)間隔 錯(cuò)誤 !未找到 引用源。所以在發(fā)送前， OFDM 系統(tǒng)在每個(gè)符號(hào)之間插入長(zhǎng)度大于無線信道的最大時(shí)延擴(kuò)展的保護(hù)間隔 (GI) 。在發(fā)送方，調(diào)制器只需要執(zhí)行一次傅立葉反變換，相應(yīng)地，對(duì)接收端而言，解調(diào)器執(zhí)行一次傅立葉變換。 / 2 1/2/2 0 . 5( ) R e { e x p [ 2 ( ) ( ) ] } ,Ni N c s s siN is t d j f t t t t t TT????? ?? ? ? ? ? ?? (31) 通常在很多文獻(xiàn)中，我們常常會(huì)采用以下的等效基帶信號(hào)來對(duì) OFDM 的輸出信號(hào)進(jìn)行描述： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。如果我們用 N 來表示子信道的個(gè)數(shù)， T 表示 OFDM 符號(hào)的寬度， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。通常情況下，我們也可以選擇在 OFDM 符號(hào)之間加入保護(hù)間隔，只要保證無線信道的最大時(shí)延擴(kuò)展小于保護(hù)間隔，也就可以最大限度地消除符號(hào)間干擾。 本章小結(jié) 本章節(jié)系統(tǒng)介紹了無線信道的基本概念，包括其衰落特性，典型衰落等問題。 利用兩個(gè)實(shí)高斯過程產(chǎn)生一個(gè)瑞利過程。 瑞利信道仿真 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 近似等于零，因此周期 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 , m a x s in [ ( 1 / 2 ) ]2in if f nN??? n=1,2,3….錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 (28) 因?yàn)閷?duì)于有限個(gè)振蕩器合成的隨即過程 ()i t? 來說，當(dāng) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (26) 上式中 錯(cuò)誤 !未找到引用源。所以，任意時(shí)刻的接收信號(hào)包絡(luò)服從瑞利概率分，相位服從 ( , )???的均勻分布。 正弦波疊加法仿真 瑞利信道模型 移動(dòng)無線信道中，平坦衰落信號(hào)或者獨(dú)立多徑接收信號(hào)的包絡(luò)分布通常用瑞利模型 (Rayleigh)來進(jìn)行描述。 (24) 上式 (24） 中 錯(cuò)誤 !未找到引用源。其中，多徑衰落效應(yīng)的一個(gè)最重要的體現(xiàn)是時(shí)延擴(kuò)展，各個(gè)路徑的信號(hào)由于傳播路徑有所不同，從而具有不同的時(shí)間延遲，這樣就使得接收信號(hào)的能量在時(shí)間上被展寬，也就是前面所說的時(shí)延擴(kuò)展。 (23) 在上式中， Xt???為均值為零、標(biāo)準(zhǔn)差為 ? 的高斯分布隨機(jī)變量，其單位使用OFDM 及載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 5 dB，也就是為不同位置的陰影衰落所引起的損耗。它反映了接收信號(hào)平均值在中等范圍內(nèi)的變化趨勢(shì)，從統(tǒng)計(jì)規(guī)律上看其特性，它服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，變化率比數(shù)據(jù)傳輸率來的慢，因此又可以稱為慢衰落。 我們知道，引起大尺度衰落的主要原因是由自 由空間的路徑損耗，于是，我們也可以稱大尺度衰落為自由空間的路徑衰落。 (21) 上式 (21)中， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。第四章則系統(tǒng)介紹了載波聚合技術(shù)的相關(guān)原理和目前關(guān)于該技術(shù)的主流方案，并對(duì)方案進(jìn)行了性能評(píng)估。 因此， LTEAdvanced 與 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)均要用到載波聚合技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展系統(tǒng)帶寬，本文在此背景下，基于物理層關(guān)鍵技術(shù) OFDM，對(duì)當(dāng)前主流的載波聚合技術(shù)方案進(jìn)行闡述。因此我們發(fā)現(xiàn)， LTE A 系統(tǒng)大量頻段集中在 以上的較高頻段，可能是 1 個(gè)多頻段層疊無線接入系統(tǒng)。 LTE 系統(tǒng)的UE 和 LTE A 系統(tǒng)的 UE 均可以使用“ LTE 載波單元”來進(jìn)行通信。目前，第三代移動(dòng)通信 (3G)系統(tǒng)剛開始進(jìn)入商用，使用以 CDMA 為主流的接入技術(shù)。這個(gè)階段具有代表性的系統(tǒng)有很多，例如歐洲的 GSM（ Global System for Mobile Communications） 和美國(guó)的 IS95 等。由于早期的大區(qū)制的蜂窩通信系統(tǒng)很快達(dá)到飽和，無法滿足要求。它在無線通信開放式傳輸?shù)幕A(chǔ)之上，引入了用戶的動(dòng)態(tài)性。通過仿真證明有無保護(hù)頻帶對(duì)于信息傳輸?shù)目煽啃杂绊懖淮?。相?duì)于離散頻帶聚合，連續(xù)頻帶聚合實(shí)現(xiàn)較為容易，信令開銷小， UE 需要檢測(cè)的頻點(diǎn)也少，因此本文重點(diǎn)對(duì)載波聚合的連續(xù)頻帶聚合進(jìn)行闡述。 Continuous spectrum allocationOFDM 及載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 1 引言 OFDM 技術(shù)抗衰落性能好，且具有頻譜利用率高、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單以及子載波調(diào)度靈活等 優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)一步闡述載波聚合技術(shù)應(yīng)用背景和現(xiàn)狀，總結(jié)并比較了目前階段的主流技術(shù)方案 ，保證在以盡量少地修改 LTE Release 8 協(xié)議，并且對(duì) LTE 終端能夠具有良好兼容性的 條件下，在基于物理層關(guān)鍵技術(shù) OFDM 技術(shù)的基礎(chǔ)上，評(píng)估了當(dāng)前兩種連續(xù)頻譜聚合方案的性能。 指導(dǎo)教師 (簽字 )： 2020 年 3 月 4 日 西安郵電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )成績(jī)?cè)u(píng)定表 學(xué)生姓名 任明明 性別 女 學(xué)號(hào) 03071515 專 業(yè)班 級(jí) 通工 0714 班 課題名稱 OFDM 及載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 課題 類型 軟件工程類 難度 一般 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間 2020 年 1 月 3 日 ～ 6 月 10 日 指導(dǎo)教師 姜靜 (職 稱 高工 ) 課 題 任 務(wù) 完 成 情 況 論文 (千字 )； 設(shè)計(jì)、計(jì)算說明書 (千字 )； 圖紙 (張 )； 其它 (含附件 )： 指導(dǎo)教師意見 分項(xiàng)得分：開題調(diào)研論證 分； 課題質(zhì)量（論文內(nèi)容） 分； 創(chuàng)新 分； 論文撰寫（規(guī)范） 分； 學(xué)習(xí)態(tài)度 分； 外文翻譯 分 指導(dǎo)教師審閱成績(jī)： 指導(dǎo)教師 (簽字 )： 2020 年 月 日 評(píng) 閱 教 師 意見 分項(xiàng)得分：選 題 分； 開題調(diào)研論證 分； 課題質(zhì)量（論文內(nèi)容） 分； 創(chuàng)新 分； 論文撰寫（規(guī)范） 分； 外文翻譯 分 評(píng)閱成績(jī)： 評(píng)