【導(dǎo)讀】統(tǒng)寬帶傳輸?shù)男枨蠛突窘鉀Q方案。統(tǒng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及波束形成相關(guān)知識。優(yōu)勢,并用MATLAB程序仿真OFDM算法的性能。4月24日至5月10日設(shè)計(jì)支持100MHz傳輸帶寬下的載波聚合方案，3月2日至5月15日撰寫論文，完成論文初稿。5月15日至5月30日完善并修改畢業(yè)論文。6月1日至6月10日準(zhǔn)備答辯。OFDM是MCMMulti-CarrierModulation，多載波調(diào)制的一種。3GPP經(jīng)過激烈的討論和艱苦的融合，終于在2020年12月選定了LTE的基本。OFDM由于技術(shù)的成熟性，被選用為下行標(biāo)準(zhǔn)很快就達(dá)成。而上行技術(shù)的選擇上，由于OFDM的高峰均比使得一些設(shè)備商認(rèn)為會增加終端。2020年全球首個(gè)TD-LTE-A的規(guī)模實(shí)驗(yàn)。于OFDM和MIMO的有兩套標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)是IEEE802-16M，一個(gè)是LTE-Advanced,而OFDM技術(shù)是

　　

【正文】 信道情況，調(diào)整子載波位置，以此來避免頻率選擇性衰落和窄帶干擾。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 抗多徑衰落性能很好。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。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 均衡簡單。串并轉(zhuǎn)換使得高速的數(shù)據(jù)流中的符號持續(xù)周期增加，從而使子載波信道可以看作為平坦衰落信道，因此簡化了均衡。 OFDM 系統(tǒng)性能仿真 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 仿真參數(shù)： 表 31 系統(tǒng)仿真參數(shù) 子載波數(shù) 1024 有效子載波數(shù) 1000 FFT 點(diǎn)數(shù) 1024 OFDM 及載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 14 調(diào)制 /解調(diào) QPSK SNR(信噪比 ) 015（ dB） 信道模型 瑞利信道 信源比特?cái)?shù) 2020bit 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 仿真流程圖： （流程圖接后頁） （流程圖接前頁） 產(chǎn)生信源信號 （ 2020 bit 0,1 序列） 將信號進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換 調(diào)制 , QPSK 星座映射 將 1*1000 信號矩陣轉(zhuǎn)換為 1*1024 矩陣（中間置零，兩端補(bǔ)零） 對信號進(jìn)行 IFFT（ 1024 點(diǎn) ）變換 Reyleigh 衰落 對信號添加 AWGN 對信號進(jìn)行 FFT(1024 點(diǎn) )變換 取出有效信號的，去掉添加的零，變回 1*1000 矩陣 判斷每一點(diǎn)的星座位置（以最小距離為標(biāo)準(zhǔn)） 解調(diào)， QPSK 變回 0,1 信號 OFDM 及載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 15 0 2 4 6 8 10 12105104103102101100BER 曲線S N RBER B E R 曲線 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 仿真結(jié)果圖： 圖 33 OFDM 系統(tǒng)誤碼率性能 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 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。 本章小結(jié) 本章介紹了 OFDM 系統(tǒng)的相關(guān)問題進(jìn)行了系統(tǒng)介紹。由于該技術(shù)是未來移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，本文介紹了其基本原理以及該系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)等問題，為后 一章節(jié) 對載波聚合技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案的性能評估 的 作基礎(chǔ) 。 串并轉(zhuǎn)換，變回 1*2020 矩陣 與信源信號對比，計(jì)算誤碼率 繪制仿真圖，結(jié)束 OFDM 及載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 16 4 載波 聚合技術(shù) 載波聚合技術(shù)概述 載波聚合技術(shù)的原理 載波聚合，即是指兩個(gè)以上的載波的聚合，通過聚合方式將多個(gè)離散或者連續(xù)的小頻帶擴(kuò)展成更寬的頻帶來傳輸數(shù)據(jù)。 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)。它合理的復(fù)用了多個(gè)頻帶，使得 LTEAdvanced 系統(tǒng)用戶在同一時(shí)間內(nèi)接收帶寬超過20MHz 的數(shù)據(jù)。會議中還指出，一個(gè)終端根據(jù)其能力，可以同時(shí)接收一個(gè)或多個(gè)子OFDM 及載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 17 載波，具體情況為：一個(gè)接收能力大于 20MHz 的 LTEAdvanced 終端可以同時(shí)接收多個(gè)子載波的 傳輸；子載波結(jié)構(gòu)遵循 LTE Release 8 規(guī)范時(shí)，一個(gè) LTE Release 8 的終端僅可以接收單個(gè)子載波傳輸。 LTEAdvanced 中的載波聚合 在目前現(xiàn)有的無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，由于頻帶利用率不高，且每一個(gè) UE 所占用帶寬有限，所以無法滿足高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸要求。伴隨著當(dāng)前語音業(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)營商需要考慮的關(guān)鍵沒問題。 LTEAdvanced 系統(tǒng)是 LTE 系統(tǒng)的平滑演進(jìn)。 LTEA 系統(tǒng)目前支持的系統(tǒng)帶寬最小為 20MHz， 最大帶寬則可達(dá)到 100MHz。它支持的下行峰值速率為 1Gbit/s，下行頻譜效率提高到 30bit/s/Hz，上行峰值速率為 500Mbit/s，上行頻譜效率則可提高到 15bit/s/Hz。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)營商所面臨的共同問題。 LTE A 系統(tǒng)引入了載波聚合技術(shù)，在關(guān)鍵技術(shù)方面有了很大的增強(qiáng)。在 LTEA系統(tǒng)中應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，首先需要大約 100MHz的大帶寬來降低每赫茲比特成本，從而實(shí)現(xiàn)超過 1Gbps 的數(shù)據(jù)峰值速率；其次，為了支持更高的數(shù)據(jù)峰值速率，載波聚合后的用戶獲得帶寬超過 20MHz 的大傳輸帶寬，而每個(gè)載波段定義都最大程度近似等于LTE Release 8 的最大傳輸帶寬；第三，同一個(gè)用戶聚合在一起的不同頻段帶寬雖然不同，但是也有基本限制，即不同載波段的帶寬相差不能過大，一般認(rèn)為不超過兩倍，否則會增加大量的信令開銷，失去載波聚合的意義；第四，關(guān)于對小數(shù)據(jù)包的支持，LTEAdvanced 使用載波聚合的 UE 不應(yīng)該比 LTE release 8 的 UE 低，這是因?yàn)樵谙到y(tǒng)中會有很多很小的數(shù)據(jù)包，比如， 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。 載波聚合的分類 根據(jù)頻譜的連續(xù)性與系統(tǒng)支持業(yè)務(wù)的對稱關(guān)系，我們可以將載 波聚合分為連續(xù)載波聚合與非連續(xù)載波聚合方式，以及對稱載波聚合與非對稱載波聚合方式。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。其中 5 個(gè)連續(xù)的20MHz 頻帶聚合成一個(gè) 100MHz 帶寬，而兩個(gè)不連續(xù)的 20MHz 頻帶則聚合成一個(gè)40MHz 的帶寬。 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 變換器的簡單 UE 可以實(shí)現(xiàn)。而離散頻譜分配特點(diǎn)為：第一，離散頻譜分配時(shí)， UE 有多個(gè)射頻接受器和多個(gè) FFT 變換器，頻譜聚合需要產(chǎn)生更大的傳輸帶寬；第二， UE 承受載波聚合的能力要具體到使 UE 的大小，成本，功耗的增加最小。因此，與非連續(xù)載波聚合方式對比，連續(xù)頻帶上的載波 聚合相對來說比較簡單，所以連續(xù)品帶上的載波聚合優(yōu)先考慮。但是為了能夠更好的利用離散分布的頻譜碎片，載波聚合需要在非連續(xù)的頻帶上實(shí)現(xiàn)。 對于非對稱載波聚合而言，它是指 LTE 系統(tǒng)和 LTE A 系統(tǒng)所支持的不對稱業(yè)務(wù)（即 UL 與 DL數(shù)量不同）時(shí)的載波聚合。原因是，就目前和將來的蜂窩網(wǎng)絡(luò)的流量要求來考慮，系統(tǒng)要求的上行帶寬要遠(yuǎn)小于下行帶寬。在 FDD 中，非對稱傳輸帶寬減輕了成對頻帶分配。 且在 TDD 中 ，由于過寬的傳輸帶寬會降低信道估計(jì) 與 CQI（信道質(zhì)量指示） 的估計(jì)，因此較窄的傳輸帶寬有利于上行鏈路。另外，提議非對稱傳輸帶 寬， 也就是在 FDD 與 TDD 中使用非對稱子載波分配。下圖 42 中 ， 表示了 LTE A系統(tǒng)的上行鏈路和下行鏈路要聚合不同帶寬 “ LTE 載波單元 ” 。 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 現(xiàn)有的 LTE 系統(tǒng)資源進(jìn)行復(fù)用，以最小的代價(jià)完成對離散帶寬的聚合，大大降低 LTE A系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。 從應(yīng)用場景、物理層載波聚合應(yīng)用、非對稱載波聚合、載波聚合對于 LTE 的兼容考慮、在載波聚合方面頻譜效率的提高問題以及載波聚合對于切換的一些轉(zhuǎn)化這 6個(gè)方面來對 LTE A 中的載波聚合技術(shù)進(jìn)行考慮時(shí)，當(dāng)前研究的現(xiàn)狀如下表所示： 表 41 載波聚合技術(shù)應(yīng)用 載波聚合技術(shù) 研究現(xiàn)狀 存在問題 進(jìn)一步研究方向 OFDM 及載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 20 應(yīng)用場景 室內(nèi)場景和游牧場景 尚 未深入討論 針對 應(yīng)用場景的優(yōu)化 非對稱載波聚合 控制信道和信令設(shè)計(jì)、初始 接入過程 具體信道格式未確定 配合頻譜效率綜合考慮 物理層應(yīng)用 頻點(diǎn)分配、 PCI 分配 研究 不 全面 載波間的時(shí)間同步 兼容性（主要非對稱情況） 支持后向兼容、支持非后向兼容 標(biāo)準(zhǔn)未確定支持后向兼容或后向兼容 配合頻譜效率和控制信道設(shè)計(jì)綜合考慮 頻譜效率 減少載波間的保護(hù)帶寬 只研究了對稱載波間的保護(hù)帶寬 非對稱載波聚合頻譜效率 載波聚合中的切換 跨頻段聚合 研究處于初級階段 切換機(jī)制、由于覆蓋的模糊性所帶來的切換 LTE A 系統(tǒng)在基于載波聚合技術(shù)的條件下，關(guān)于傳輸塊的映射和控制信道的設(shè)計(jì)等方面與單 載波系統(tǒng)是有所區(qū)別的。 LTE A 的系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，每一個(gè)子載波都對應(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。下圖 43 表示數(shù)據(jù)流的兩種聚合方式： 圖 43 數(shù)據(jù)流分別在 MAC 和物理層的聚合 從上圖 43 我們可以看出， A、 B 這兩種方案都能夠?qū)崿F(xiàn)在 LTE A 系統(tǒng)中傳輸塊到聚合后載波上的映射。其中，在方案 A 中不同的載波段的傳輸?shù)燃壊⒉幌嗤?，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。在這個(gè)方案中，每一個(gè)載波均為獨(dú)立設(shè)計(jì)，因此就可以維持其原來的物理結(jié)構(gòu)，即包括鏈路自適應(yīng)、特殊載波的位置和 HARQ 等。所以，方案 A 優(yōu)點(diǎn)總結(jié)來說，一是可以對 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。且 MAC 層和無線鏈路控制層 (RLC)沒有受到影響，不會修改協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (PDU)的大小。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。 而對于方案 B，所有載波段的傳輸?shù)燃壘窍嗤模沂褂孟嗤恼{(diào)制編碼方式，它使所有的載波共用一個(gè)傳輸塊，單一的數(shù)據(jù)流在某些點(diǎn)上被分到不同的載波上，在物理層上進(jìn)行載波上數(shù)據(jù)流的聚合。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)，而這樣做則可能會影響數(shù)據(jù)流到 MAC 的時(shí)間。因此，總結(jié)來說，方案 B 的優(yōu)點(diǎn)是由于所有子載波均共用一個(gè)傳輸塊，從而傳輸塊包含的數(shù)據(jù)較多，這樣就減少了傳輸塊個(gè)數(shù)與 HARQ 過程，于是對于 MAC 層來 說，這樣做大大減小了系統(tǒng)開銷。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)。另一方面，方案 B 不能兼容 LTE 系統(tǒng)， MAC層和 RLC 層會受到 CA 的影響， PDU會明顯超過 LTE Release 8 定義的大小。 載波聚合的方案 在 3GPP 會議上，通過綜合考慮終端執(zhí)行能力和系統(tǒng)復(fù)雜