3GPP LTE链路技术分析与研究

论文摘要

3GPP长期演进LTE （Long Term Evolution）是在3G的技术基础上研发出的“准4G技术”,其目的是为了迎接WiMAX等移动宽带无线接入技术的市场挑战、进一步改进和增强现有3G技术,以提高3G在新兴宽带无线接入市场的竞争力。2010年5月25日,Ericsson和TeliaSonera在Stockholm启动全球首个LTE商用站点,标志着LTE已经成为了现实,中国、日本和欧美国家也纷纷开始发放LTE牌照、开始网络部署或开设试点网络。中国主导的TD-LTE在上海世博会上进行了演示,在很好的保证用户QoS的情况下,理论峰值速率能够达到上行50Mbps、下行100Mbps,使移动通信系统通信速率达到了一个前所未有的高度。LTE采用OFDM、MIMO等先进的无线传输技术、全IP系统架构和扁平网络结构。为了研究3GPP LTE系统的链路技术,本论文先对现有的LTE的帧结构、导频结构进行学习和研究,然后研究了LTE物理层的关键技术OFDM和MIMO并给出了MIMO和OFDM的系统模型并进行数学分析,MIMO-OFDM结合MIMO和OFDM技术的双重优点,本文将对MIMO-OFDM做出了原理上的可行性分析。然后研究了上行SC-FDMA和下行OFDMA多址技术的物理模型,通过仿真从PAPR和链路性能两个方面比较了两种多址方式的性能,仿真分析表明,SC-FDMA在峰均功率比PAPR上优于OFDMA, OFDMA的链路性能优于SC-FDMA。LTE在上行链路中由于对PAPR要求高,而对链路性能的要求相对较低,下行链路中对链路性能的要求高,而PAPR可以通过增大基站发送功率来减少影响,因而,LTE上行采用SC-FDMA,下行采用OFDMA是十分合理的。LTE要求系统的上下行传输速率分别达到50Mbps和100Mbps,且能在高速的环境中维持通信,比之前的接入技术有了很大改进。这就对系统的移动性管理带来了很大挑战。本文从分析LTE系统的切换入手,分析了UE终端在同eNB内不同扇区间和不同小区间的切换过程,并简要描述UE在不同3GPP接入技术、非3GPP接入技术间的切换过程,然后对UE接入网络时必须进行同步和小区搜索过程进行了分析,从而建立了UE从接入小区、搜索小区、小区切换等过程的总体流程。最后,由于LTE采用全IP系统架构和扁平网络结构,网络的拥塞控制也是非常棘手的问题。在传统的网络拥塞控制算法中,TCP拥塞控制和IP拥塞控制分别代表着在源端和链路上的拥塞控制技术,并有很多成熟的控制算法,且结合先进控制理论的TCP/IP算法也有了很多的范本。本文通过分析学习成熟的TCP/IP控制算法,结合无线TCP网络的特点,总结出适合LTE的无线TCP拥塞控制方法,将对网络性能有很大的提高与改进。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 英文缩略语
• 第一章 绪论
• 1.1 LTE发展背景
• 1.2 LTE项目计划与主要性能目标
• 1.3 课题的研究意义
• 1.4 本文的主要工作和内容
• 第二章 3GPP LTE系统的关键技术
• 2.1 正交频分复用
• 2.1.1 正交频分复用技术原理
• 2.1.2 正交频分复用的优缺点
• 2.1.2.1 正交频分复用技术的优点
• 2.1.2.2 正交频分复用缺点
• 2.1.3 正交频分复用参数设计
• 2.1.3.1 循环前缀长度
• 2.1.3.2 子载波间隔
• 2.1.3.3 系统子载波数目
• 2.2 多天线技术
• 2.2.1 引言
• 2.2.2 多天线系统及其信道矩阵
• 2.3 MIMO-OFDM
• 2.3.1 引言
• 2.3.2 MIMO-OFDM系统模型
• 2.3.3 MIMO-OFDM信道模型
• 2.4 其他物理层基本技术
• 2.5 本章总结
• 第三章 3GPP LTE系统物理层传输方案研究
• 3.1 LTE系统的帧结构设计和导频序列
• 3.1.1 FDD帧结构（FS1）
• 3.1.2 TDD帧结构（FS2）
• 3.1.3 3GPP LTE参考信号设计
• 3.2 上下行多址技术的技术原理和参数设计
• 3.2.1 交频分多址（OFDMA）
• 3.2.2 单载波频分多址（SC-FDMA）
• 3.2.3 两种多址方式的调制解调
• 3.3 上下行多址技术的PAPR比较分析
• 3.3.1 峰值平均功率比
• 3.3.2 峰均功率比概率分布
• 3.4 仿真分析
• 3.4.1 上下行多址技术的链路性能比较
• 3.4.2 OFDMA与DFT-S-OFDM系统的峰均比表现
• 3.5 本章总结
• 第四章 3GPP LTE系统的移动性管理机制研究
• 4.1 LTE系统的网络架构
• 4.2 LTE移动性管理
• 4.2.1 测量控制与测量报告
• 4.2.1.1 测量
• 4.2.1.2 测量报告
• 4.2.2 切换执行
• 4.2.2.1 LTE系统切换分类
• 4.2.2.2 切换执行过程
• 4.2.3 用户接入目标基站的方法
• 4.2.3.1 非同步接入
• 4.2.3.2 同步接入
• 4.3 同步
• 4.3.1 LTE系统的同步要求
• 4.3.2 LTE同步序列和小区搜索
• 4.3.3 PSS和SSS序列原理
• 4.3.3.1 主同步信号（PSS）序列
• 4.3.3.2 辅同步信号（SSS）序列
• 4.4 本章总结
• 第五章 3GPP LTE系统的拥塞控制管理机制研究
• 5.1 TCP/IP拥塞控制原理和算法
• 5.1.1 网络拥塞的概念
• 5.1.2 拥塞控制机制
• 5.1.3 TCP拥塞控制
• 5.1.4 IP拥塞控制
• 5.2 LTE系统的TCP/IP协议架构
• 5.2.1 LTE的TCP/IP协议架构
• 5.2.2 LTE端到端的连接模型
• 5.3 无线网络传输存在的主要问题及解决办法
• 5.4 本章总结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文研究总结
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 学位论文评阅及答辩情况表