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1、南京邮电大学 硕士学位论文 LTE-A协作多点传输系统中下行链路预编码和用户调度技术研究 姓名：周国庆 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：宋荣方 2011-03 南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要 I 摘要摘要 LTE-Advanced（LTE-A）是 LTE（Long Term Evolution）的演进版本。作为 LTE-A 关键技 术之一的协作多点传输（Coordinated Multi-Point，CoMP）近年来逐渐成为研究热点。CoMP 技术利用多个小区间的协作传输，有效解决多小区边缘干扰问题，从而提高小区边缘和系统 容量， 扩大高速传输覆盖。 而在 CoMP 传
2、输系统的下行链路中， 预编码和用户调度又是 CoMP 传输系统的下行链路获得复用增益和分集增益的关键。预编码可以抑制用户间的干扰，降低 用户的接收处理复杂度；用户调度可选择部分信道条件好的用户，提高系统容量。 本文简要介绍了 CoMP 技术的理论基础，技术分类和标准化过程，主要研究了 CoMP 传 输系统下的预编码算法，其中包括 ZFBF，MMSE，BD 三种预编码，并在此基础上提出改进 的预编码算法，进行了理论分析与性能仿真比较。同时本文还研究了 CoMP 传输系统的下行 链路用户调度选择，其中包括单用户和多用户的调度算法。对于单用户的调度，依然采用传 统的 PF 调度算法进行分析， 而多用
3、户调度研究了最优化和次优化算法， 提出独立协作小区的 调度算法，以降低系统的复杂度。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 Abstract II Abstract LTE-Advanced (LTE-A) is the LTE (Long Term Evolution) Evolution version. CoMP, as one of the key technologies in LTE-A system becomes the research hotspot gradually in recent years. CoMP which makes use of coordinated tr
4、ansmission among multi-cells, effectively solves the problem of multi-cell edge interference, improves the throughput of cell edge, and thereby expands coverage of high-speed transmission. In the downlink of CoMP transmission system, precoding and user scheduling are the keys to obtain multiplexing
5、gain and diversity gain. Precoding can suppress interference among users and reduce the complexity of the users receiving treatment. User scheduling can choose some good user channel conditions to improve the system capacity. The paper introduces theoretical basis of CoMP technology, classification
6、and standardization process briefly. It mainly studies precoding algorithms of CoMP transmission system, including three precoding methods (ZFBF, MMSE and BD), proposes improved precoding algorithms and carries on theoretical analysis and performance simulation comparison. Then it also studies user
7、scheduling of CoMP transmission system, including single-user and multi-user scheduling algorithm. For single-user scheduling, it uses traditional PF scheduling algorithm to compare performance of CoMP with traditional MIMO system, but for multi-user scheduling， it studies optimization and sub-optim
8、ization algorithm, and proposes new scheduling algorithm based on independent cell in CoMP to reduce the complexity of the CoMP trannsmisson system. 南京邮电大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，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，也不包含为获得南京邮电大学或其它 教育机构的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
9、做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： _ 日期： 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送 交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论 文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。 论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：_ 导师签名： 日期：_ 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 本章首先概述了论文的研究背景和意义；然后介绍
10、了 LTE-A 关键技术的发展和 CoMP 研 究现状；最后阐述了论文研究内容和结构安排。 1.1 研究背景和意义研究背景和意义 通信技术的发展日新月异，从模拟蜂窝通信技术到 2G 再到 3G，其速度令人惊异。蜂窝 网络的提出解决了早期移动通信系统频谱匾乏、容量小、服务质量差及频谱利用率低的问题。 从 80 年代初开始，第一代蜂窝移动通信系统即模拟移动通信系统进入实用，其利用模拟传输 方式实现话音业务，包括美国的高级移动电话业务（Advantage Mobile Phone System， AMPS） 、英国的全接入通信系统（Total Access Communications System
11、，TACS）等。模拟蜂 窝网采用的频分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA）技术，将给定系统的可用 频带分为多个信道，每个信道占用一定的带宽，而每个用户单独占用一个信道。 第二代蜂窝移动通信系统是数字蜂窝移动通信系统，利用数字传输方式实现话音和低码 率数据业务，其容量和频谱利用率高于第一代，包括全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications，GSM） ，个人数字蜂窝（Personal Digital Cellular，PDC） 、CDMA One （窄带 CDMA，又称 IS-95）以及 US-T
12、DMA（又称 IS-136） 。以 GSM 和 IS-95 为代表的第二 代蜂窝通信系统主要是为 9.6Kbps 的低速话音业务而设计。第二代移动系统采用的时分多址 （Time Division Multiple Access，TDMA）技术，是将时间按时隙划分，每个用户占用一个时 隙来传送数据信息。 第二代进一步向第三代通信系统演变，提供更先进的业务，称为 2.5G 系统。2.5 代的通 用分组无线业务 （General Packet Radio Service， GPRS） 和增强数据率全球服务 （Enhanced Data Rate for GSM Evolution，EDGE）系统增强
13、了分组数据业务的传输能力，将最大传输速率分别 提高到 160kbps 和 384kbps，使移动用户能够获得除话音以外的更多的无线数据服务。 cdma2000-1X（cdma2000 的第一阶段，速率高于 IS-95，低于 2Mbits/s） ，可支持 308kbit/s 的 数据传输，网络部分引入分组交换，可支持移动 IP 业务。cdma2000-1X EV/DO 是在 cdma2000-1X 基础上进一步提高速率的增强体制，采用高速率数据（High Data Rate，HDR） 技术，能在 1.25MHz 带宽（与 cdma2000-1X 相同）内提供前向 2.4Mbits/s、反向 15
14、3.6Kbit/s 的高速数据业务。考虑提供更高速率的数据业务支持实时视频业务的需要，3GPP2 在多种技 术方案基础上， 最终确定了 cdma2000-1X EV/DV 技术标准。 在 EV/DV Phase l 阶段， 1.25MHz 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章 绪论 2 带宽前向峰值速率可达 3.1Mbits/s，反向速率高于 1Mbits/s。 以国际电信联盟（International Telecommunications Union，ITU）为首的国际组织和机构 制定了第三代移动通信系统 3G 相关标准。其特点是宽带化、智能化、个人化，具有大容量、 高速率、多业务、多码率
15、以及变码率的特点，支持移动多媒体业务，可以为一个用户同时提 供多种业务， 而不同业务具有不同的服务质量要求。 目前全球有代表性的 3G 协议有 WCDMA （Wideband Code Division Multiple Access） 、 CDMA2000 （Code Division Multiple Access 2000） 和具有我国自主知识产权的时分同步码分多址（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access， TD-SCDMA） 三大主流无线接口标准。 3G 系统采用码分多址 （Code Division Multiple Access，CDMA）技术。在 CDMA 系统中，高码片速率将用户信息在一个较宽的频 谱上扩展，每个用户采用不相关码字，在同一个宽带频谱上发送多个用户信息。接收端获得 正确的扩频码，就可以将所需信号检测出来。在有背景噪声的时候，也可检测出从每个用户 发的低功率信号，只要全部的噪声能量（例如多用户干扰）低于某一门限值，就可以根据发 送端的编码信息来解码所需信号。因为采用扩频技术，CDMA 成为一个动态分配信
