LTE-A系统多天线关键技术研究
电 子 科 技 大 学 UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA 专业学位硕士学位论文 MASTER THESIS FOR PROFESSIONAL DEGREE 论 文 题 目 LTE-A 系统多天线关键技术研究系统多天线关键技术研究 专业学位类别 工程硕士工程硕士 学 号 201122260109 作 者 姓 名 水天运水天运 指 导 教 师 李少谦李少谦 教授教授 分类号 密级 UDC注1 学 位 论 文 LTE-A 系统多天线关键技术研究系统多天线关键技术研究 (题名和副题名) 水天运水天运 (作者姓名) 指导教师姓名 李少谦李少谦 教授教授 电子电子科技大学科技大学 成成 都都 (职务、职称、学位、单位名称及地址) 申请学位级别 硕硕 士士 专业学位类别 工程硕士工程硕士 工程领域名称 电子与通信工程电子与通信工程 论文提交日期 2014.04 论文答辩日期 2014.05.27 学位授予单位和日期 电子科技大学电子科技大学 2014.06.27 答辩委员会主席 评阅人 年 月 日 注 1 注明国际十进分类法 UDC的类THE KEY TECHNOLONGY OF MULTIPLE ANTENNAS IN LTE-A SYSTEM A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Master of Engineering Author: Tianyun Shui Advisor: Shaoqian Li National Key Laboratory of Science School : and Technology on Communications 独独 创创 性性 声声 明明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。说明并表示谢意。 签名：签名： 日期：日期： 年年 月月 日日 关于论文使用授权的说明关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后应遵守此规保密的学位论文在解密后应遵守此规定定) 签名：签名： 导师签名：导师签名： 日期：日期： 年年 月月 日日 摘 要 I 摘 要 多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)技术作为 LTE-A(Long Term Evolution-Advanced)系统的关键技术之一，极大的提升了系统传输速率及系统容量。在 LTE-A 系统，上行采用虚拟天线(Virtual-MIMO, V-MIMO)技术可有效地提升系统的天线利用率，下行采用 9 种 MIMO 传输模式可适应不同的多天线应用场景，下行基站协作传输技术则是解决 LTE-A 系统小区边缘吞吐量瓶颈的重要多天线技术。 本文聚焦 LTE-A 系统，围绕其多天线关键技术进行研究，详细解读 3GPP R10规范的 LTE-A 系统传输协议， 分别针对 LTE-A 系统下行各传输模式、 上行 V-MIMO多用户配对算法、下行基站协作传输技术展开研究工作。 第一章首先阐述 LTE-A 系统的需求及其核心多天线技术涉及的上下行关键传输技术。分析 LTE-A 系统上行多用户配对，下行各传输模式、协同多点传输及多天线干扰抑制的研究成果，从而引出研究内容，最后介绍论文的逻辑结构。 第二章介绍 LTE-A 系统下行传输协议，详细分析了 3GPP R10 协议的帧结构以及收/发端中的各模块。研究了从发送端的传输块大小确定、CRC 校验、码块分割、Turbo 编码、速率匹配、码块级联、加扰、调制、层映射、预编码、资源映射、OFDM 调制到接收端处理的完整过程， 为后续 LTE-A 系统的多天线 MIMO 技术研究提供了基础。 第三章研究 LTE-A 系统下行各传输模式的容量上限，从香农理论容量上界及LTE-A 系统实际吞吐量两个角度出发，分别研究了下行链路中 9 种不同的传输模式的 MIMO 吞吐性能。从分析和仿真的结果可见，开环模式较闭环模式性能略差，但当信噪比增大到一定程度时，两者区别不再明显；传输模式 8 因采用双流波束赋形，其容量约为传输模式 7 的两倍。从结果来看，香农容量给出理论上界是所有系统追求的目标，但实际可达吞吐量上限才能真正为企业产品化、后续各类算法优化等工作的性能提供上限参考。 第四章研究上行 V-MIMO 多天线配对方案。首先介绍上行多用户配对的基本概念及系统模型；其次研究了首用户调度准则，除传统的轮询与比例公平算法外，深入研究最大载干比及 SINR 门限算法，将其引入首用户调度准则中；紧接着对次用户配对准则进行了研究，如：随机配对、相关性正交配对、施密特正交配对、行列式配对、可控行列式配对、分组随机配对、分组可调公平配对等；最后通过摘 要 II 计算机仿真，分析各方案的性能，结果表明以 SINR 门限选取首用户，按行列式配对准则配对的用户容量有很大提升，最接近于全局搜索配对性能。 第五章研究具有较高能效的基站协作传输干扰抑制方案。首先分析能量效率的定义，并给出本文中各算法能量效率的评估方案；其次提出一种基于盲干扰对齐的基站协作抑制小区边缘干扰的传输算法。该算法通过发送端预先设定的天线切换模式将干扰对齐到发送信号之外的空间，根据该方法可在没有反馈链路的情况下有效消除干扰，在保证系统性能的基础上，大大降低传统基站协作传输的反馈量，同时能效也得以提升。 第六章总结本论文所涉及的研究工作，并指出下一步的研究工作与方向。 关键词：关键词：LTE-A，传输模式，多用户配对，干扰抑制，能量效率 ABSTRACT III ABSTRACT As one of the key technologies of the Long Term Evolution-Advanced (LTE-A), Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) boosts the Transmission rate and the capacity of system considerably. In LTE-A, up-link can promote the antenna efficiency of the system by using Virtual-MIMO, and down-link adopts 9 kinds of different MIMO transmission mode which can suit different kinds of applications. Down-link Coordinated Multiple Points (CoMP) is the key technology of the multiple antennas technology to solve the problem of the bottleneck of the throughput of the edge cell. This paper focuses on the LTE-A system, and its multiple antennas technology and the LTE-A System transfer protocol in 3GPP R10 are studied. This paper also does lots of researches on the different down-link transmission mode、up-link Multi-user matching algorithm of V-MIMO and down-link CoMP. Chapter 1 firstly introduce the key technologies of LTE-A, and then illuminate the key transmission technology of up-link and down-link which is relative to the core multiple antennas technology, such as the up-link user pairing 、 down-link transmission mode、CoMP and Multiple antenna interference suppression. Chapter 2 recommends the Down-link transmission protocol and analyzes the modules of the transmitter and receiver and the structure of frame of 3GPP R10 in detail. The integrated process from the transmitter to the receiver is also analyzed and this is fundamental to the LTE-A and multiple antennas MIMO research. In chapter 3, the maximum c
