【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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)。針對(duì)在大傳輸帶寬下使用 OFDM 技術(shù)，就要引入本文介紹的載波聚合技術(shù)。載波聚合技術(shù)作為提高 LTEAdvanced 系統(tǒng)頻譜利用率的關(guān)鍵技術(shù)之一，重點(diǎn)需要對(duì)控制信道的格式和多載波調(diào)度的方式進(jìn)行考慮，研究載波聚合技術(shù)的發(fā)展是非常重要的。 目前，對(duì)于載波聚合技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案有連續(xù)頻帶聚合、離散頻帶聚合、對(duì)稱載波聚合和不對(duì)稱載波聚合等方式。相對(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(kāi)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。 本文參考的是 NTT DoCoMo 公司的對(duì)于 連續(xù)頻帶聚合 R1083015 方案。在詳細(xì)闡述兩種連續(xù)頻帶聚合方案后，對(duì)于兩種方案實(shí)現(xiàn)中的性能進(jìn)行了評(píng)估分析，并通過(guò)仿真展示了兩種方案各自的特點(diǎn)。第一種方案只有中心頻段位于 100KHz 的整數(shù)倍位置，也就意味著只有中心載波段能夠接收 LTE Release 8 的用戶終端；而第二種方案則是每一個(gè)載波段均能夠處于 100KHz 的整數(shù)倍上，即每一個(gè)載波段均能接收 LTE Release 8 的用戶終端。通過(guò)仿真證明有無(wú)保護(hù)頻帶對(duì)于信息傳輸?shù)目煽啃杂绊懖淮蟆? OFDM 及載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2 1 緒論 進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，移動(dòng)通信技術(shù) 以前所未有的速度向前發(fā)展著。伴隨著用戶對(duì)各種實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)需求的增加和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，我們可以預(yù)計(jì)，未來(lái)的移動(dòng)通信技術(shù)將會(huì)具有更高的信息傳輸速率，為用戶提供更大的便利，而其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也將發(fā)生根本的變化。 移動(dòng)通信的發(fā)展 移動(dòng)通信是指通信雙方或至少一方處于運(yùn)動(dòng)中的進(jìn)行信息交換的通信方式，使得用戶可以在任何時(shí)間和地點(diǎn)、快速而可靠地進(jìn)行多種信息交換。它在無(wú)線通信開(kāi)放式傳輸?shù)幕A(chǔ)之上，引入了用戶的動(dòng)態(tài)性。目前，伴隨著用戶對(duì)于業(yè)務(wù)的需求，移動(dòng)通信已經(jīng)不再僅僅滿足于當(dāng)前主要的語(yǔ)音業(yè)務(wù)，一些如數(shù)據(jù)，圖像等的非語(yǔ)音業(yè)務(wù) ，同樣也被納入了其服務(wù)范圍。因此，我們不難從移動(dòng)通信發(fā)展的歷程中看出，移動(dòng)通信的各種特點(diǎn)以及業(yè)務(wù)需求，給它帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。 第一代移動(dòng)通信 (1G) 在 20 世紀(jì) 70 年代末開(kāi)始進(jìn)入商用化，它的特征是模擬蜂窩通信，無(wú)線系統(tǒng)的接入使用 FDMA (Frequency Division Multiple Access)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。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(wú)法滿足要求。因此，小區(qū)制蜂窩式的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和頻率規(guī)劃實(shí)現(xiàn)了載頻復(fù)用，達(dá)到了擴(kuò)大覆蓋范圍和系統(tǒng)容量的要求。這個(gè)階段，使用的最為廣泛的是美國(guó)的 AMPS (Advanced Mobile Phone System)和歐洲的 TACS（ Total Access Communication System ） ，另 外也有北歐的NMT450 以及日本的 HCMTS 等。 而第二代移動(dòng)通信 (2G)是在 20 世紀(jì) 90 年代開(kāi)始走向商用的，它具備了很多數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，比如它具有更大的系統(tǒng)容量，具有更高質(zhì)量的服務(wù)等。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。它采用 TDMA(GSM)和 CDMA(IS95)方式對(duì)用戶進(jìn)行動(dòng)態(tài)尋址，其主要業(yè)務(wù)為語(yǔ)音服務(wù)，雙工模式則為頻分雙工 (FDD)。 因?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)的不斷發(fā)展， 2G 系統(tǒng)也漸漸的不再能夠滿足需求。于是開(kāi)始出現(xiàn)了一些過(guò)渡的中間技術(shù)，如通用分組無(wú)線業(yè)務(wù) GPRS，新一代的移動(dòng)通信系統(tǒng)日趨成為熱點(diǎn)。目前，第三代移動(dòng)通信 (3G)系統(tǒng)剛開(kāi)始進(jìn)入商用，使用以 CDMA 為主流的接入技術(shù)。 最近，第三代移動(dòng)通信合作計(jì)劃 (The 3rd Generation Partnership Project， 3GPP) 啟 動(dòng) 了 3GPP LTE (Long Term Evolution ， 長(zhǎng) 期 演 進(jìn) ) 項(xiàng) 目 ， 以 及 OFDM 及載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3 LTEAdvanced?，F(xiàn)階段， LTE 的物理層關(guān)鍵技術(shù)使用的是 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 技術(shù)，因此研究 OFDM 技術(shù)在下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)中的相關(guān)問(wèn)題是非常必要的。 載波聚合及其研究進(jìn)展 載波聚合技術(shù)是將多個(gè) LTE 載波擴(kuò)展成 LTE A 系統(tǒng)的傳輸載波。 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(lái)進(jìn)行通信。目前，很多公司在廣泛的討論和分 析載波聚合技術(shù)的可行性方案，比如 DoCoMo、 Ericsson、 Huawei等。 LTEA 系統(tǒng)潛在應(yīng)用頻段包括 450MHz～ 470MHz、 698MHz～ 862MHz、790MHz～ 862MHz、 ～ 、 ～ 。所以，載波聚合技術(shù)要求要可以在多個(gè)頻點(diǎn)上跨頻帶進(jìn)行聚合。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(wú)線接入系統(tǒng)。而我們知道空中接口技術(shù)的框架就是由非連續(xù)頻譜分布、大帶寬和靈活頻譜的使用決定的。 除此之外，應(yīng)用于 城域網(wǎng) (WAN， Wide Area Network)的標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，其工作組提出了 ，它的兩個(gè)主要目標(biāo)是：一，滿足 IMTAdvanced 要求，向國(guó)際電信聯(lián)盟提交 4G 技術(shù)；二，對(duì)目前存在的 進(jìn)行兼容，滿足 NGMN(下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) )的要求。就滿足 IMTAdvanced 需求和兼容性這兩個(gè)方面來(lái)考慮，同時(shí)也要利用載波聚合技術(shù)擴(kuò)大帶寬，提高系統(tǒng)的傳輸速率和吞吐量。 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。 本章小結(jié) 本文一共分為五章，第一章是緒論，簡(jiǎn)單介紹了目前位置的移動(dòng)通信發(fā)展過(guò)程以及關(guān)于載波聚合技術(shù)的研究進(jìn)展。第二章介紹了關(guān)于無(wú)線信道的相關(guān)內(nèi)容，包括衰落特性以及衰落類型，重點(diǎn)在于瑞利信道的衰落仿真。第三章介紹了 OFDM 系統(tǒng)的相關(guān)原理，為后文進(jìn)一步介紹載波聚合技術(shù)基礎(chǔ)鋪墊。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。第五章則為全文總結(jié)。 OFDM 及載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 2 無(wú)線信道 無(wú)線信道的衰落特性 無(wú)線移動(dòng)信道是一種時(shí)變的衰落信道，它主要存在兩種衰落，即大尺度（ LargeScale） 衰落與小尺度 （ SmallScale） 衰落。而在實(shí)際的無(wú)線信道中，我們可以將衰落因子如下表示為： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (21) 上式 (21)中， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 表示的是信道的衰落因子，而 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 則表示大尺度衰落，它代表了接收信號(hào)的均值在一定時(shí)間內(nèi)隨傳播距離和環(huán)境的變化而出現(xiàn)的緩慢變化， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 則表示小尺度衰落，它代表了接收信號(hào)在短時(shí)間（距離）內(nèi)的快速變化。 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。當(dāng)自由空間有障礙物時(shí)，由于障礙物對(duì)電波遮蔽而引起的衰落，我們就稱為陰影衰落。而由于同一傳輸信號(hào)沿兩個(gè)或多個(gè)路徑傳播是所引起的衰落，我們稱其為小尺度衰落，由于它是由微小的時(shí)間差到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)相互干擾所引起的，因此我們又稱小尺度衰落為多徑衰落。 陰影衰落 由于傳播的過(guò)程中電磁波在會(huì)受到樹(shù)林和聳立的建筑物等障礙物的阻擋，于是在這些障礙物背面電磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生陰影，那么當(dāng)移動(dòng)臺(tái)通過(guò)不同障礙物的陰影區(qū)時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)中值的變化則會(huì)引起接收信號(hào)產(chǎn)生衰落，也就是陰 影衰落。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(lái)的慢，因此又可以稱為慢衰落。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (22) 式 (22)表示任意的傳播距離，平均大尺度路徑的損耗，但并未考慮在相同傳播距離下，不同位置的周圍環(huán)境不同產(chǎn)生的影響。經(jīng)過(guò)測(cè)試，任意 d 值，特定位置的實(shí)際路徑損 耗服從正態(tài)分布，即： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (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。 多徑衰落 通常情況下，在移動(dòng)無(wú)線傳播環(huán)境中始終都存在著直射、反射、散射，衍射，因此接收信號(hào)往往并不是從單一路徑 來(lái)的，而是由多條路徑信號(hào)組合而成。又由于各個(gè)路徑上的信號(hào)的幅度、相位以及時(shí)延都在隨時(shí)隨地的發(fā)生著變化，因此由這些不同路徑信號(hào)疊加來(lái)的接收信號(hào)的幅度會(huì)急劇變化，也就是我們通常所說(shuō)的衰落，這種衰落我們稱為多徑衰落。 多徑傳播往往會(huì)對(duì)信號(hào)的傳輸會(huì)產(chǎn)生極大的影響，比如時(shí)延擴(kuò)展、角度擴(kuò)展和頻率擴(kuò)展等等。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(shuō)的時(shí)延擴(kuò)展。通常，最大時(shí)延擴(kuò)展指的是第一條路徑信號(hào)與最后 一條路徑信號(hào)之間的時(shí)間差。相干帶寬是另一個(gè)與時(shí)延擴(kuò)展有關(guān)的重要概念。如果將相干帶寬定義為頻率相關(guān)函數(shù)大于 的某特定帶寬，那么相干帶寬近似為： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (24) 上式 (24） 中 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 表示信道的均方根時(shí)延擴(kuò)展，它是多徑信號(hào)功率延遲分布的二 階矩的平方根。在實(shí)際中為了簡(jiǎn)便，我們通常定義信道的相干帶寬為最大多徑時(shí)延的倒數(shù)。如果相干帶寬小于發(fā)送信號(hào)的帶寬，那么信號(hào)將經(jīng)歷頻率選擇性衰落，信號(hào)中各頻率分量遭受不一致的衰落，所以得到的衰落信號(hào)的波形會(huì)產(chǎn)生失真，相反，如果相干帶寬大于信號(hào)帶寬，信號(hào)會(huì)經(jīng)歷平坦型衰落，也就是說(shuō)此時(shí)信號(hào)中各頻率分量所遭受的衰落均是一致的，這是產(chǎn)生的衰落信號(hào)的波形不會(huì)失真。 正弦波疊加法仿真 瑞利信道模型 移動(dòng)無(wú)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(lái)進(jìn)行描述。在典型的陸地移動(dòng)無(wú)線信 道中，我們假設(shè)直射波被阻斷，并且移動(dòng)單元只能接收到反射波。那么根據(jù)中心極限定理，我們知道，當(dāng)反射波較大時(shí)，接收信號(hào)的兩個(gè)正交分量是均值為零、方差為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的互不相關(guān)高斯隨機(jī)過(guò)程。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。 利用正弦波疊加法 （ SOS） 仿真平坦衰落信道，采用精確多普勒擴(kuò)展法 (MEDS)。 精確多普勒擴(kuò)展法的出發(fā)點(diǎn)是 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (25) 所以 OFDM 及載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (26) 上式中 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。由于經(jīng)典功率譜的自相關(guān)函數(shù)為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (27) 因此式子代入可得 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(guò)程 ()i t? 來(lái)說(shuō)，當(dāng) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 時(shí)，錯(cuò)誤 !未找到引用源。 , 于是 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (29) 如果隨即過(guò)程 ()i t? 具有關(guān)于自相關(guān)函數(shù)的各態(tài)歷經(jīng)性，那么 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。于是又有 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (210) 所以，我們便可以得出多普勒系數(shù) ,inC 與多普勒頻移離散多普勒頻移 ,inf 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 n=1,2,3…. iN (211) 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。