长期演进无线通信系统（共4篇）
长期演进无线通信系统 篇1
1 通信技术的发展
近几年,移动通信在高速发展,在升级过程中经历了2G、3G、LTE(长期演进)这3个代表性阶段,载频带宽也从窄带变成宽带,这也是通信网络技术发展的主要方向,网络制式也将从以语音为主导的网络转型为高速数据为主导的网络转型,这也将是移动网络转型的主导方向。LTE作为第4代移动通信网络技术的核心,将提供更为高速的数据业务,以新型技术为主体,加以之前为人所称道的高级技术,以致现有下载速度所能达到峰值将超越之前的很多倍。QoS (服务质量)传输保障是一种安全机制,是一个能利用各种基础技术为指定的网络提供更好的服务能力,也可以用来解决网络延迟和网络阻塞等问题的一种技术。传统的语音业务也能很好地利用这项技术,使其对于安全性和实时性的要求得到保证。
2 LTE通信网络的技术核心
网络通信领域最为重要的往往是核心技术,全光传输网络,移动终端,以及新的空中接口等都是LTE移动通信网络技术的显著特征,干扰协调、自适应多天线技术、空中接口的正交频分复、跨地理间的电路自适应的内容才是主要分析对象。
2.1 正交频分复用技术
通过正交频分复用技术,很多窄带子载波得以实现多载波传输。作为几种高频带利用率数字的技术调制之一,直接相互正交的子载波具有良好的通信功能,能够做到在一个符号内复制上千个的子载波。这项技术的应用在高速数字信号的传输这个领域上。LTE宽带移动通信网络中采用循环前缀,能够使移动网络传输环境中抗衡多径效应,并解调、整改快速傅里叶反变换和快速傅里叶变换,简化复杂的系统以及应用,CP (循环前缀)技术的兴起则是为了解决延时造成的符号键的打乱
2.2 跨地域间的线路自动适应协调干扰
提高通信网络应用效率的最为重要的是频带资源的配给,也是其关键所在。分配频带资源的重要依偎就是用户所在的地域位置,此种分配原则非常合理,而且降低了地域之间的扰乱,提高了线路的稳定性,极大地优化了地域频谱效率,极好地促进了自适应线路,资源管理和干扰协调等方面。对提升网络运营商通信的经济效益有着超凡的意义。
2.2.1 控制静态相邻地域干扰协调和功率
1)地域间的干扰减小地域边缘的频谱效率。
2)功率控制(PC)和地域间干扰协调(ICIC)相合作减小干扰。
3)控制上行功率:终端UE (用户设备)计算到本区域和邻区域的路损(PL) 1和PL2,得出路损差,从而计算补偿因子alpha。
4)部分频率复用:总体将频率资源分为几个复用集,一个频率复用因子为a的频率集,应用于中心用户(CCU)调度;一个频率复用因子大于a的频率集,应用于边缘用户(CEU)调度。
2.2.2 动态邻区域协调干扰
1)任何区域可以借助X2信息发送强干扰指示(HI)给相邻区域,在这之前先控制相邻区域调度资源避开干扰;
2)区域还可以运用X2信息发送过载指令(01)给相邻区域,如果相邻区域收到(0I)报告将会运用自降干扰这种行为降低本区域发射功率;(下转第56页)
3) LTE能运行同频组网下动态的区域间协调干扰。
2.3 自适应多天线技术
特点:
1)将MIMO (多输入输出)技术与OFDM (正交频分复用)技术相融合,将系统的吞吐量提升;
2)由于自适应MIMO技术的信道特性修改传输参数在线路容量与稳定性之间达到最佳平衡。
3 LTE宽带移动通信网络技术的应用
在迅猛发展的社交、支付等移动互联网应用已经展现在国人的眼前,曾经遥不可及的平板电脑、PC (个人计算机)、智能电话等移动互联网终端已经普及到大众的手中,而现在,曾经引领时代潮流发展的网络却开始成为阻碍信息时代的发展,而且已经开始阻挡即将到来移动宽带时代。为了打破这些阻碍,通信产业着手于通过两方面打破这一瓶颈,传统的2G、3G网络正在全球范围内快马加鞭的升级为有着更强频谱利用率、速度更快的LTE网络。在其他方面,对于异构网络的认识和运用,LTE网络和无线路由网络的融合,也在全球范围内开始迅猛发展。为构建互联网生活打好基础,也是更新潮的网络技术发展的意义所在。通过LTE本身的实时性、高速度以及快捷性,高速率的优势,LTE宽带移动通信网络技术使得很多其他领域可以得到推广和应用,如网上询医生、远程网络授课、远程位置共享、虚拟导航、网上交易以及许多其他领域都有更为广阔的前景。相信在不久的将来更为普及的LTE通信网络技术会带给我们更美好的生活。
4 结束语
第4代LTE移动通信网络技术的推行已经初现成效,人们需要这种创新来获得更加快速便捷的互联网生态圈,社会也需要更好的互联网技术来支持更便捷的生活。我们期待在不久的将来完全普及的互联网生活会带给我们美好的生活。
摘要：探讨了LTE(长期演进)宽带移动通信网络的技术类型和发展,分析其中技术成果,最后探讨其技术发展以及发展趋势。
关键词：长期演进,宽带,通信网络,技术发展趋势
长期演进无线通信系统 篇2
随着宽带无线接入的出现, 接入移动化、宽带化的业务需求越来越高, 用户对移动通信网络的速率要求越来越高, 为此, 3G PP (第三代合作伙伴计划) 就制定了长期演进计划LTE (长期演进) , LTE改进并增强了3G的无线接入技术, 并作为无线网络演进的唯一标准。
当前国内大部分的省市, 针对3G业务的承载已逐步改造割接为IP (网际协议) 化的无线接入网, IP化无线接入网能够很好地承载移动回传业务, 同时具有网络调整简单、带宽利用率高等优点, 许多设备厂商、运营商和标准组织相继提出了各种分组传送的解决方案。
1 LTE业务需求分析
然而与传统3G网络相比, LTE网络结构更加扁平化、网络结构功能也更加复杂。省去了R N C (无线网络控制器) 一层, 原有R N C部分功能上移至EPC (演进的分组核心) 设备, 而另外一部分功能则下移至e N B (演进型基站) 设备。这种架构使得e N B承担了原有R N C的部分控制功能, 网络资源分配、网络切换直接由e N B完成, 并定义了几个新的接口。LTE回传业务结构模型如图1所示。
从图1中可见, LTE相对于3G网络, 其最大特点是网络扁平化, 只有一个网元e N B, 同时引入了S1和X 2接口业务回传, LTE回传业务主要包括如下:
·S1接口是e N B与EPC之间的通信接口。S1接口分为控制面和用户面, 其中S1-M M E (移动管理实体) 为控制面接口, S1-U为用户面接口。
·X 2接口是e N B之间的通信接口, 包括X 2_C (控制面) 、X 2_U (用户面) , 分别传送用户数据和控制信令。
·e N B到O&M (操作与维护) 系统之间操作维护接口主要用于对基站进行操作维护的命令发送和数据传输, 需要的带宽通常较小, 一般在1 M b/s以下。
对于当前LTE业务的承载, 工信部对各运营商已经发放TD D (时分双工) -LTE牌照, 主要以承载TD D-LTE业务为主。因此, 对于承载网络业务接入侧的TD D基站, 需要1个G E (千兆以太网) 口接入IPR A N (无线接入网IP化) 分组传送网。TD D-LTE业务承载组网总带宽配置要求如表1所示。
2 IP R A N业务承载方案
目前运营商的2G、3G业务大部分都是利用M STP (多业务传送平台) 实现基站到基站控制器之间的数据传输。M STP基于SD H (同步数字体系) 平台, 同时实现TD M (时分复用) 业务、A TM (异步转移模式) 业务、Eth (以太网) 业务的接入、处理和传送, 并提供统一网管的多业务节点。M STP存在着成本较高、带宽利用率低、扩容困难以及配置不够灵活等弊端。
IP数据通信网是当前数据通信的主流方式, 且具备丰富的接入方式、庞大的网络规模等特点。为了最大限度地保护运营商的投资成本、减少建网投资并向LTE网络的平滑演进, 产生了在R A N中引入IPR A N解决方案。
IPR A N方案采用边缘路由器和汇聚/核心路由器构建的无线接入网, 具备优秀FM C (固定网络与移动网络融合) 承载能力和简单灵活的组网形式。CSG (基站侧网关) 到R SG (无线业务侧网关) 之间采用分层的设计, 适合大规模的网络承载。采用边缘路由器作为CSG组成接入网, 采用汇聚路由器作为A SG (汇聚侧网关) 和R SG组成汇聚网, 可以根据2G、3G和LTE业务的承载需求进行灵活部署, 全业务承载如图2所示。
根据LTE业务对网络的需求, 分组承载传送网主要是对S1接口、X 2接口的流量进行承载。LTE基站是纯IP基站, 业务类型属于以太网业务, 因此, LTE业务承载部署方案可以采用PW E3 (边缘到边缘的伪线仿真) 加L3V PN (三层虚拟专用网) (L2V PN加L3V PN) 方案, 即接入层 (二层结构) 、汇聚核心 (三层结构) 的组网模型。LTE业务接入端口为G E, 将其当作以太网业务看待, 在构建的三层分组承载网络中, 通过接入一段二层通道和一段三层通道进行业务承载, 其业务都承载在M PLS TE (多协议标签交换流量工程) 隧道。基站业务和管理采用同一G E接口接入, 采用不同的V LA N (虚拟局域网) 来区分业务。
3 IP R A N承载架构分析
3.1 优化承载网络结构
任何一个大型的IP网络, 都会设置一对R R (反射路由器) 角色的设备来简化IP网络的部署。对于承载LTE业务的IPR A N网络, 同样需要设置R R网元的角色。针对省会或大区地市, 考虑新建独立R R组网, 形成标准的大规模组网;对于小地市则可以考虑兼做。兼做与独立新建其逻辑结构一致, 只不过在物理上多两台设备而已。
新增两台独立R R, 分别连接到两个不同的机房的一对R SG设备上, 在链路上和节点上都存在双保护, 新增R R部署的组网拓扑模型如图3所示。
新增R R部署后, 不论针对3G业务还是LTE业务的承载, 需要本地网的所有A SG、R SG都只需要和这两台R R建立BG P (边界网关协议) 邻居关系。同时, 基于路由策略, 可以规划3G和LTE流量引导到不同的核心R SG设备来落地。在对R R发布路由的时候, 考虑3G、LTE的业务引导方向, 同时又保证V PN FR R (快速重路由) 的形成。即对于3G流量模型不做任何变动, 仍然引导到主R SG上去, 而LTE流量模型引导到备的R SG上去。其IPR A N网络内部BG P路由按上述目标规划进行设计部署。
3.2 LTE业务承载保护
针对LTE业务在业务承载方案中采用PW E3加L3V PN方案承载, 分层规划部署了BFD (双向转发检测) 技术, 同时在接入层部署PW (伪线) 冗余, 在汇聚核心层部署V PN FR R的保护技术, 在核心接入侧部署V R R P (虚拟路由器冗余协议) 或主备路由的保护方式。端到端的部署方案可以保证链路故障的保护倒换时间在50 m s以内, 节点故障的保护倒换时间在200 m s以内, 如图4所示。LTE业务承载保护模式要求如表2所示。
3.3 LTE业务承载流量模型
IPR A N内部分组网的V PN FR R关系部署决定了业务流量的走向。针对LTE业务的流量规划目标, 要求下行流量实现负载分担, 以提高网络侧带宽的利用率, 降低建网的投资成本。对于上行, 由于流量较小, 暂时不考虑负载分担等需求。
按照目标BG P路由发布策略部署之后, 由于分组网内部BG P路由策略的部署是使A SG都优选主LTE-R SG的路由, 因此, 上行的流量都引导至主LTE-R SG出口, 所有e N B的上行流量均到主R SG, 经本地IP承载网到M M E/SG W (业务网关) , 其上行流量模型如图5所示。
按照目标BG P路由发布策略部署之后, IPR A N的流量模型在外部本地IP承载网D CE (区域/汇聚用户边缘设备) 双负载分担设计的驱动下, 在内部下行同样可以实现负载分担。
按照规划部署, 对于R SG的路由优选, 在原有3G网络的基础之上新增R R后, 其调整后路由规划、路由优选的结果同样使无论3G、LTE业务承载下, 其主备R SG都优选各自一侧的A SG, 因此LTE承载时, 分组网的流量模型在外部本地IP承载网D CE双负载分担设计的驱动下, 在内部下行同样可以实现负载分担, 提高了网络带宽利用率, 降低了建设成本。其下行流量模型如图6所示。
4 小结
目前LTE业务的带宽和用户的感知体现需求越来越高, 基于IPR A N的LTE业务承载方案, 采用L2V PN加L3V PN方案进行业务部署, 在分组网内部有效调整汇聚层BG P路由发布策略, 实现LTE业务上下行业务流量的合理承载, 提高了承载网络带宽利用率, 在现有投资建设成本条件下, 以获取更好的用户感知和实现企业业务运营利益的最大化。
摘要：基于IP (网际协议) 的无线接入网络可以很好降低LTE (长期演进) 业务的承载建设难度, 同时实现用户感知和利益的最大化。从业务模型、承载方案、网络结构、流量模型等方面来探讨LTE业务的分组承载网络架构和应用。
长期演进无线通信系统 篇3
1 TD-LTE系统介绍
TD-LTE是基于3GPP (第3代合作伙伴计划) 长期演进技术的一种通信技术与标准, 属于LTE的一个分支。作为国际主流4G标准之一, TD-LTE具有网速快、频谱利用率高、灵活性强的特点。TD-LTE制式具有灵活的带宽配比, 非常适合4G时代用户的上网浏览等非对称业务带来的数据井喷, 更能充分提高频谱的利用效率。
目前国际上3GPP共为TD-LTE定义了12个频段, 编号从33到44。国际上应用较为广泛的频段包括频段38、39、40、41、42和43, 见表1。
在我国, 目前已经划分给TDD (时分双工) 使用的频谱有:A频段 (band 34) 、F频段 (band 39) 、E频段 (band 40) 和D频段 (2 500~2 690 MHz) 。根据《工业和信息化部关于同意中国移动TD-LTE扩大规模试验使用频率的批复》 (工信部无函[2013]470号) , 中国移动4G网络可用频率包括F频段 (1880~1900MHz) 、D频段 (2575~2635MHz) 。为了满足竞争需求, 充分发挥4G技术优势, 4G网络单载波频率带宽为20MHz, 因此按照同频组网规划, F频段有1个可用频点, D频段有3个可用频点。
2 F频段和D频段组网优劣对比
2.1 传播特性
F频段相对D频段具有较好的传播特性, 覆盖能力更优。
F频段在传播特性上大大优于D频段。F频段处于TDD频谱的最低位置, 1.9 GHz的F频段无线信号传播性能优于2.6 GHz的D频段信号, 相对D频段低了近800 MHz。根据COST231-Hata模型, 当频率大于1 500 MHz时, 在密集城区的室外典型传播损耗为:
式中L为传播损耗, F为载频频率, Hb为基站天线高度, Hm为移动台天线高度, a (Hm) 为天线修正因子, D为基站和移动台之间的距离, C为地形校正因子。通过上式计算可以得出2.6 GHz信号的传播损耗比1.9 GHz大4.6 d B。因此, 在进行室外宏蜂窝连续覆盖时, F频段具有天然优势, 采用D频段要比F频段占用更多的站址资源, 建设更密集的基站。同时, 传播损耗的差异直接影响了两种频段组网的网络建设要求和覆盖性能。从网络建设要求角度分析, 由于传播特性带来的覆盖性能差异, 在单位面积内达到相同覆盖要求, 所需D频段基站数量是F频段基站数量的1.9倍。从覆盖性能角度分析, 参考典型TD-SCDMA (时分同步码分多址) 小区, 在相同覆盖范围下, F频段上下行速率明显高于D频段, 网络性能上优势明显。
2.2 频率干扰
D频段频谱干净, F频段周围干扰较多。
目前, 2.6 GHz的D频段频谱周围没有其他系统使用, 频率比较干净, 几乎不存在带外干扰。1.9 GHz的F频段频谱周边有PHS (个人无绳电话系统) (1 900~1 920 MHz) 和DCS (数字蜂窝系统) 1 800 (下行频段1 805~1 880 MHz) 带来严重阻塞干扰。另外, GSM (全球移动通信系统) 900 MHz的二次谐波也会对F频段带来频率干扰。后期工信部已明确通过调整已规划的2G和3G频率, 在1 800 MHz和2 100 MHz频段使用LTE-FDD系统, 到时也会对F频段有干扰, 影响正常业务。
F频段附近干扰源众多, 密集城区尤为严重, 从频率规划的角度来看, 应尽可能简单。另外, F频段干扰排查和优化成本也会变得较高, 这会给TD-LTE网络带来质量隐患[1]。单从干扰角度看, 在密集城区采用D频段要优于F频段。
2.3 网络部署
F频段升级部署快捷, 初期建设成本低。
由于现网TD-SCMDA基站不支持D频段, 需要新增D频段RRU (射频拉远单元) 及天线等, F频段TD-LTE平滑演进在改造工作量、工程难度、工程进度、资金投入方面明显优于D频段的建设。因此, TD-LTE网络部署初期F频段升级建设相对快速、部署方便、初期投资成本低, 大大节省站址资源。而这也正是D频段部署所需要面临的重要难题。D频段优势在于频谱宽, 后续扩容只需要软件升级即可, 综合长期的投资成本而言, D频段也是有优势的。
2.4 容量扩展
D频段有丰富的频谱, 扩展容易[1]。
TD-LTE系统的D频段扩展性强, 拥有190 MHz频谱资源, 容易实现载频扩容。而F频段目前仅有20 MHz频谱资源可用, 由于频谱资源有限, 无法在原有频段上进行第二载波的扩容。目前, F频段只能使用单频点组网, 在小区边缘重叠区域, 性能下降严重。后期随着TD-LTE网络发展, 势必需要采用新建D频段作为第二载波方式, 即采用F加D频段混合组网。结合中长期发展需要, 综合考虑未来的容量建设便捷性 (第二载波) , 在密集城区和一般城区上D频段具有较大优势。因此, 在网络建设初期建议大城市的密集城区和一般城区同步规划F频段和D频段, 考虑F加D混合组网的方式;在郊区和农村可以采用F频段新建或升级, 以满足基本的覆盖需求[1]。
2.5 产业链
D频段产业链优势明显。
截至2014年2月, 全球商用的TD-LTE网络已经开通28个, 大多数网络使用的频段都是国际通用的D频段。可以看出, 采用D频段能够更好地实现TD-LTE国际漫游, 以免重蹈TD-SCDMA时代国际漫游进不来出不去的困境。产业链中最重要的环节是手机终端。复杂的终端需要支持2G/3G4G (LTE) 多模和主流频谱, 采用全球统一的D频段可以推动i Phone、三星等主流智能手机的研发进程。若全球仅有中国唯一使用F频段开通TD-LTE网络, 则国外设备厂商将无法积极全力参与, 这也会使得中国TD-LTE产业链变得更加封闭, 无法把TD-LTE推向全球。
2.6 网络性能
F/D频段新建网络优化简单, F频段升级无法联合优化。
D频段在网络性能上的优势主要表现在以下方面:第一, D频段容易实现独立组网, 多载频扩容方便, 软件升级即可支持, 减少了网络的复杂度;第二, D频段资源丰富, 可以采用异频组网, 使得网络规划难度大大降低, 也降低了工程建设的难度;第三, D频段可以实现独立优化, 从而打造优异、高品质的LTE网络[1]。
如果采用F频段新建的方式, 同样也可以提升网络质量。但是, 如果采用F频段升级方式, 虽然可以在建网初期实现快速网络部署, 但是升级方案对于TD-SCDMA和TD-LTE两个系统无法同时达到性能最优, 无法展开独立网络优化。因此, 不建议以牺牲长期网络质量为代价, 综合考虑采用D频段新建或F频段新建方式更合适。
2.7 四网协同
F频段促进四网协同, 均衡发展。
如果说F频段的选择, 可令短期内节省投资, 那么长远来看, 也契合了四网协同策略。四网协同, 即2G、3G (TD-SCDMA) 、WLAN (无线局域网) 及4G (TD-LTE) 四张网的协同发展, 该理念主要基于均衡网络负载、引导流量分流、保障用户体验, 提升整体管道价值的网络运维考虑。由于在F频段TD-LTE与TD-SCDMA覆盖能力相当, 在TD-LTE建设的同时, 新增的TD-LTE站址资源就自然扩展了TD-SCDMA的覆盖。同样, 在TD-LTE发展初期, 由于覆盖不够, 用户可以回落到3G网络, 亦可正向拉动TD-SCDMA流量的提升。选择F频段显然更有利于形成TD-SCDMA和TD-LTE齐头并进的双赢局面。建设初期, TD-SCDMA网络可以成为TD-LTE网络的有力后盾, 而TD-LTE网络的初期覆盖不足也可反向促进TD-SCDMA网络的精品化建设。
3 采用F加D多频混合组网
TD-LTE的F频段尽管传播特性较好, 但资源相对少、干扰较大, 又要兼顾TD-SCDMA网络的发展。D频段尽管传播特性略差、投资高, 但其资源丰富, 有190 MHz带宽。鉴于F和D频段各自存在一定的优缺点, 单独选用任何一个频段都无法解决TD-LTE网络建设的各种问题。因此, 建议采用F加D多频段混合组网的方式, 即初期采用F频段快速建网做基础覆盖, 后续采用D频段做容量补充。在网络建设中不一定要先全部建完F频段基站后再建设D频段基站, 可以采取按需选择, 对有容量需求的区域可以同步建设D频段基站, 使F和D频段组网相辅相成, 提升TD-LTE网络综合服务能力。
4 小结
TD-LTE系统建设面临着频谱资源受限, 新旧网络并存, 多运营商并存的诸多问题, 灵活的进行F和D频段网络部署, 策略地分阶段、按不同侧重点来进行混合部署方可有效的化解这些难题。对于中国的TD-LTE系统, 只有建设成一张高质量、可持续发展的网络, 才能扭转TD-SCDMA系统在3G中的不利竞争局面, 对抗FDD-LTE的国际竞争, 推动TD-LTE在全球的发展。
参考文献
长期演进无线通信系统 篇4
许多情况下, 都是假设基站端知道准确的CQI测量上报值, 并没有考虑终端会由于CQI的测量误差、上报延迟等原因导致CQI测量上报值不准确, 从而不能及时有效地根据信道条件的变化自适应地选择最优MCS, 从而导致误块率BLER (block error ratio) 波动较大, 用户性能下降。为了克服上述弊端, 基站端需要对上报的CQI值进行修正[5], 从而快速准确地跟踪信道条件变化, 使BLER保持在目标值附近。本文引用了一种CQI修正算法, 它是基于各数据块首次传输的确认信息ACK/NACK对上报来的CQI值进行修正, 但是通过分析发现, 此算法对终端UE上报的CQI值存在很强的依赖性, 如果某个时刻UE上报的CQI值存在较大的偏差, 则此修正算法很难将上报的CQI值修正至合适的值, 并且如果上报的CQI值与修正后的CQI值之间差别很大, 会导致前后CQI值的变化较大, 从而影响TD-LTE系统的性能。介于此, 本文提出了一种改进的CQI修正算法, 它是基于CQI上报值和ACK/NACK信息反馈得到修正后的频谱效率差值的比较, 本文对改进后的算法和原算法在TD-LTE系统下行链路物理层仿真平台中做了仿真对比分析, 最后给出了本文的结论。
1 LTE系统下行链路AMC结构框图
LTE系统下行链路AMC结构框图如图1所示:为重点介绍AMC过程, 对结构框图进行了相应的简化, 省略了协议中规定的添加循环冗余校验码 (cyclic redundancy check, CRC) 、码块分段和扰码处理等模块[6]。发送端分别对来自上层的数据传输块进行信道编码、速率匹配, 形成码字比特流, 再对不同的码字比特流进行调制, 产生复值符号流, 经过MIMO预处理 (包含层映射和预编码) 映射到每个天线端口上, 得到每个天线端口上的数据符号流, 最后将物理下行业务信道、物理下行控制信道及导频参考信号等映射到不同的资源粒 (resource tablets, RE) 上, 进行每天线上相应的OFDM调制, 产生对应的OFDM符号。
接收端和发送端的过程相反。首先根据导频参考信号对空间信道信息进行估计, 估计的结果一方面在链路自适应模块AMC中用于CQI的测量上报, 通过上行控制信道再反馈回发射端, 另一方面用于数据的检测, 获得所有子载波上的信号, 对于某个自适应块的数据, 根据信道估计的结果, 并按照MCS对应的调制编码方式对信号进行解调和译码, 恢复出原始的信号。本文这里所采用的无线信道模型为LTE系统中的高速信道模型ETU[7]。
3 下行CQI的测量估计流程
目前CQI的估计是基于EESM算法进行的, 在EESM计算子载波信噪比时需要用到一个β值, 同时在进行CQI映射时需要将计算获得的等效信噪比与参考信道AWGN下10%BLER对应的SINR门限值作对比。这两个参数都是通过仿真确定的, 同时与MCS等级有关, 可以认为是系统的参数配置。目前规范中定义CQI等级共16个 (0~15) 。
在进行CQI的测量估计过程中, 对于各导频子载波信号功率的计算在不同的传输模式下有不同的计算方法, 本文采用发射分集 (TM3&RI=1) 的传输模式 (传输的码字数为1) 。通过计算得到各导频子载波的信号功率, 结合之前计算得到的噪声功率估计的倒数得到各导频子载波的信噪比。接着又将各层导频子载波对应的信噪比映射到对应的码字上, 形成码字信噪比。计算各码字对应的初始β值, 然后通过EESM拟合的方法, 获得拟合后的码字的等效信噪比。由于接收机的非理想因素的存在, 需要对拟合的等效信噪比进行修正, 目前初步方案是对获得的等效信噪比进行回退, 得到修正后的等效信噪比。最后参照不同的CQI等级对应的信噪比门限值, 将获得的等效信噪比与不同CQI等级下的门限值作比较, 找到与等效信噪比最接近同时又小于等效信噪比的门限值所对应的CQI等级即为计算获得的宽带CQI值 (本文采用宽带CQI上报) 。具体的流程如图2所示。
3 下行链路CQI修正算法
3.1 算法的基本原理
终端UE根据公共参考信号, 在特定的传输模式 (此处针对传输分集) 配置下对数据传输的信道条件进行估计, 以CQI的形式反馈给基站端e Node B, 基站在一定的性能指标 (BLER、吞吐量) 下, 将反馈回的CQI值进行修正, 然后根据修正后的CQI值再进行最优MCS选择, 以匹配当前的无线信道环境。
实际的CQI修正应该是修正相应的频谱效率值, 由于下行链路在子带CQI合并时采用了频谱效率合并的方案, 因此为了兼容子带合并算法, 可直接对CQI等级对应的频谱效率进行修正。
LTE系统中存在多个子带CQI上报的情形, 此时CQI修正存在两种方案, 一种是所有的子带都维持同一个调整值;另一种是每个子带都维持一个调整值。为了避免每个子带对应的ACK/NACK样值点过少的问题, 同时每个子带CQI值的相对关系不准确, 对频率选择性调度会带来误差。因此本文CQI修正算法中对所有子带维持同一个CQI修正值。
3.2 参数描述和初始化过程
在描述下行CQI修正算法之前定义如下参数:
k:UE在时刻k上报CQI值, 为了便于描述简单起见, 假设UE在时刻k0, k1上报CQI值, 其中[k0, k1) 表示一个CQI周期;
i为基站在时刻i调度用户, 其中i∈[k0, k1) ;
j为第j个反馈ACK/NACK信息的数据块, 其中j∈[k0, k1) ;
K为NACK与ACK的调整步长比值, 由初始传输的BLER及NACK/ACK的错误概率决定;
step为一个ACK信息对应的频谱效率调整步长;
MCS_effin (k) 为在时刻k由UE反馈的CQI值对应的频谱效率;
MCS_eff'in (k) 为在时刻k初始修正后对应的频谱效率;
MCS_effout (i) 为在第i个调度间隔内CQI修正后的输出频谱效率;
Vadd为第j个数据块相对于第j-1个数据块的频谱效率增量;
Vadd_sum_period为一个CQI周期内累积调整的频谱效率值;
Vadd_sum为每个CQI上报后的累积调整频谱效率。
下行CQI修正的初始化过程如下所述。
3.2.1 计算调整参数K
3.2.2 设置调整步长step
3.2.3 初始化参数:
上述前三个步骤中的参数可以预先存储, 在实际修正过程中作为常量应用于CQI修正模块。
3.3 算法描述
3.3.1 算法一
假设时刻k0存在宽带/子带CQI上报 (仿真中采用宽带CQI上报) , 此时的修正过程分粗调和细调两步进行。
Step1:对时刻k0用户上报的CQI (k0) 进行初始的修正, 即粗调过程;假设时刻k0用户上报CQI (k0) , 此时对应的MCS等级为m, 频谱效率为MCS_effin (k0, m) , 初始的修正为 (注:接收端UE反馈的CQI值是以初始BLER=0.1为目标的) :
此处考虑到较低的MCS等级是可以保证性能的可靠性, 因此建议根据表1先将CQI等级映射成MCS等级, 然后直接降低M个MCS等级, M由高层参数配置决定。
Step2:对初始修正后的MCS_eff'in (k) 进行细调过程;我们可以计算此时的Vadd_sum和调整后的频谱效率输出:
这里保留累积调整值主要是希望利用多次的ACK/NACK信息对最新上报的CQI值进行调整, 使CQI修正值更精确, 收敛更快;同时将前一个周期的累积调整频谱效率值乘以置信因子P, 因为不同的时间间隔对此时CQI调整值的贡献不相同。
Step3:若e Node B接收到数据块j的ACK/NACK信息, 计算此时的频谱效率调整值Vadd。若收到一个ACK信息, 则向上调整一个步长, 若收到一个NACK信息, 则向下调整一个步长, 具体的调整比例根据目标初始BLER值计算。由于原始的CQI修正算法向下调整的步长较大, 一旦收到一个NACK, 频谱效率减少对应MCS等级就要向下调整1个等级, 如果连续错几个就会导致调度块变小, 下行速率波动较大。所以本CQI算法在前面设置调整步长时, 将下调步长减小, 避免偶尔出现的错块导致MCS等级明显下降;同时上调步长同比例减小, 保证修正后的BLER达到目标值。
Step4:若时刻i不存在CQI上报, 计算时刻i, e Node B经过CQI修正后的输出频谱效率MCS_effout (i) 和一个CQI上报周期内的累计调整频谱效率值Vadd_sum_period:
3.3.2 改进后的算法二
Step1、Step3和Step4同前, 改进的CQI修正算法二和原算法一主要区别在Step2。
Step2:对初始修正后的MCS_eff'in (k0) 进行细调过程;我们可以计算此时的Vadd_sum和调整后的频谱效率输出MCS_effout (k0) :
通过两个修正后的频谱效率之间的差值比较, 如果
否则
式中, p为前一个周期的累积调整频谱效率值的置信因子, MCS_effout_new (k0) 为k0时刻根据UE上报的CQI值得到修正后的频谱效率值, MCS_effout_old (k0) 为根据ACK/NACK信息反馈得到的修正后的频谱效率值。当两个频谱效率相差大概N个MCS等级时, 则认为此时CQI上报存在较大的误差, 降低上报的置信度, 反之则认为此时上报的CQI值较准确, 提升上报CQI值的置信度。其中, N为两个修正后频谱效率之间相差的MCS等级数, q为上报CQI值的置信因子。
在Step4过程中需注意以下两点。
(1) 若此时调整后的频谱效率MCS_effout (i) 值达到系统可以采用的最大或最小频谱效率时, 则需要对此值进行一定的限制, 如MCS_effout (i) =min{MCS_eff}, 或者可以令MCS_effout (i) =max{MCS_eff}, 同时更新Vadd值。
(2) 在调整过程中需要限制Vadd_sum_period的范围, Vadd_sum_period∈[a, b], 其中a, b由参数配置, 若Vadd_sum_period>b则Vadd_sum_period=b, 若Vadd
4 算法仿真比较分析
本节对原先采用的CQI修正算法一和改进后的算法二进行了仿真比较与分析, 主要参考的参量包括BLER、系统吞吐量、MCS均值等。仿真基于一个与协议相符的R8版本的TD-LTE系统下行链路物理层仿真平台, 仿真参数如表2。
仿真主要针对传输分集模式下理想噪声功率估计和真实噪声功率估计已设计好的算法一和改进后的算法二在高速信道模型ETU300下的性能曲线比较。
上述仿真图形给出了算法一和改进后的算法二在高速信道模型ETU300下的性能曲线, 由于ETU300下用户的移动速度较高, 采用理想和真实噪声功率估计将出现很大的偏差, 从而导致上报的CQI值也存在较大的偏差。从CQI等级均值曲线可看出, 真实噪声功率估计即使在信噪比高达25 d B时也只能估计到CQI6左右, 而理想噪声功率估计的CQI值可以达到CQI15。当采用真实噪声功率估计下CQI测量存在较大误差时, 算法二相对于算法一的BLER误块率更接近目标值 (0.1) , 而且算法二可以获得更高的吞吐量和更高的MCS等级, 所以在此情况下, 改进后的算法二相比于算法一可获得更明显的增益。
5 结论
本文提出了一种改进的CQI修正算法。该算法以原算法为基础, 结合AMC技术模块, 在R8版本的TD-LTE系统下行链路物理层仿真平台上进行仿真对比分析。仿真结果表明, 当用户在高速信道模型ETU300下移动时, 采用真实噪声功率估计下测量上报的CQI值相比于理想噪声功率估计下将会发生很大的偏差, 此时改进后的CQI修正算法相比原算法能更好的适应无线信道环境的随机变化, 从而获得更大的性能增益。
摘要：在长期演进 (LTE) 系统下行链路中, 由于无线信道的随机变化特性, 使得终端测量上报的信道质量指示 (CQI) 值不准确, 最终影响数据的传输质量;所以必须对测量上报的CQI值进行修正。然而原有的CQI修正算法存在一定的缺陷, 介于此, 在原有算法的基础上提出了一种改进的CQI修正算法, 可实现随信道的变化。基站对终端测量上报的CQI值进行修正, 从而自适应地选择合适的调制编码方式, 以最大化地利用无线信道的传输能力。最终在LTE下行链路平台上进行仿真。结果表明, 当终端在高速信道模型ETU300下运动时, 在采用真实噪声功率估计的情况下, 改进后的算法相比于原算法能获得更高的性能增益。
关键词：长期演进,自适应调制编码,信道质量指示
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