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1、西安科技大学 硕士学位论文 LTE下行链路仿真平台设计实现及物理层关键技术分析 姓名：刘朝阳 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：王安义 2011-06 I 论文题目：LTE 下行链路仿真平台设计实现及物理层关键技术分析 专业：通信与信息系统 硕 士 生：刘朝阳(签名) 指导教师：王安义(签名) 摘要 为了和 WiMAX ， Wi-Fi 等新兴的无线宽带技术竞争， 国际标准化组织 3GPP 在 2004 年底启动了其长期演进 LTE 技术的标准化工作，即 UMTS 的长期演进(Long Term Evolution，LTE)技术的研究，以实现 3G 技术向 B3G 和 4G 的
2、平滑过渡。LTE 技术的出 现巩固了传统蜂窝移动技术的主导地位。 此外， 通过广泛采用 OFDM、 MIMO 等新技术， LTE 也将有助于改善目前通信产业的 IPR 格局。 因而研究 LTE 就有重要的意义。 为了更 好地对 LTE 系统的机理和采用的相关技术进行深入研究，我们建立了一个 LTE 系统物 理层下行链路级仿真平台，并在此平台上对物理层关键技术做仿真分析。 我们依据 3GPP 组织 25 系列及 36 系列的协议，同时参考了各主要通信公司在历次 会议上的相关提案，搭建 LTE 物理层下行链路仿真平台。首先，在仿真平台上对物理层 的编码和调制技术进行研究与分析，通过单用户下误块率仿
3、真曲线的比较，发现在同样 仿真参数条件下，QPSK 的性能优于其它。另外，随着编码效率的降低误块率变小。其 次，对 MIMO 技术进行研究，通过多用户下误块率仿真曲线的比较，即验证了随着天 线数目的增加带来的系统误块率越低， 同时也发现采用传输分集时的系统误块率性能优 于采用空间复用，而采用空间复用时的系统吞吐量优于传输分集。最后，在原仿真平台 加入 HARQ 模块。通过与 no HARQ 时仿真的误块率曲线进行比较分析，可以得出加入 HARQ 后即使在低信噪比的情况下也能得道 no HARQ 高信噪比时的系统性能。因此采 用 HARQ 将会对于小区边缘用户和无线信道质量差的用户的通信质量有显
4、著提高。 关 键 词：LTE；OFDM；MIMO；HARQ 研究类型：应用研究 II SubjectSubjectSubjectSubject： DesignDesignDesignDesign ofofofof LTELTELTELTE DownlinkDownlinkDownlinkDownlink SimulationSimulationSimulationSimulation PlatformPlatformPlatformPlatformAndAndAndAndAnalysisAnalysisAnalysisAnalysis ofofofof thethethethe PhysiPh
5、ysiPhysiPhysic c c cal al al al L L L Layerayerayerayer KeyKeyKeyKeyTechnologyTechnologyTechnologyTechnology SpecialtySpecialtySpecialtySpecialty：CommunicationCommunicationCommunicationCommunication andandandand InformationInformationInformationInformation SystemSystemSystemSystem NameNameNameName：L
6、iuLiuLiuLiu Chao-yangChao-yangChao-yangChao-yang(Signature)(Signature)(Signature)(Signature) InstructorInstructorInstructorInstructor ：WangWangWangWangAn-yiAn-yiAn-yiAn-yi(Signature)(Signature)(Signature)(Signature) ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACT Order to Compete with new wireless broadband techno
7、logy such as WiMAX, Wi-Fi. 3GPP(International Standardization Organization) launchedLTEtechnology standardization in end of 2004, it is researching of the UMTS long-term evolution . TheLTEtechnology consolidate the traditional cellular mobile technology. In addition, through adopt OFDM, MIMO technol
8、ogy,LTEwill also improve the IPR Structure in the current telecommunication industry. For better study onLTEkey teehnologies, we built a Physical layer simulation Platform ofLTE. This can be used to study and assess the various technologies ofLTE physical layer, as well as complete wireless performa
9、nce analysis. We built a Physical layer simulation Platform ofLTEbased on teehnical reports of 3GPP 25 series and 36 series.Meanwhile,the contributions to 3GPP conferences by a lot of main communication companies were also considered .Firstly, Weresearch and analysis Physical layer coding and modula
10、tion techniques based on simulation Platform ofLTE.By comparing block error rate curve of different modulation.Wediscover block error rate is smaller when coding rate is smaller, and find QPSK modulation the error block rate is minimum，the minimum coding rating BLER is minimum.Scendly,study and anal
11、ysis MIMO technolgy. With the increaseing of the number of antennas,BLER became smaller.Finally,Weresearch and analysis the key Technology of HARQ.Therefore, HARQ will be used for cell edge users and users of wireless channel quality is poor,communication quality will be significantly improved. KeyK
12、eyKeyKey wordswordswordswords：LTEMIMOOFDMHARQ ThesisThesisThesisThesis：Application Research 1 绪论 1 1 绪论 1.1 LTE 的技术背景及研究意义 1.1.1 LTE 技术背景介绍 为了应对宽带接入技术的挑战，同时为了满足新型业务的需求，第三代合作伙伴计 划(3GPP)在2004年年底启动了其长期演进(LTE)技术的标准化项目。3GPP LTE(Long Term Evolution)，称为Evolution 3G(E3G)，也叫E-UTRAN。项目以制定3G演进型系统技 术规范作为目标，在时间上
13、按照3GPP的工作流程分为两个阶段：从2004年12月到2006 年6月份为技术可行性研究阶段(Study Item,SI)；从2006年6月到2007年6月为具体技术规 范撰写阶段(Work Item,WI)。但由于工作阶段的工作量远远超过了预期，整个工作安到 2008年年底才完成。 LTE从表面上看是为了应对与WIMAX标准的市场竞争，其实质是为了移动通信与 宽带无线接入技术的融合。由于宽带无线接入技术的不断发展，己经对蜂窝移动通信技 术形成了挑战， 这也就加快了对更高传输速率的第三代移动通信演进型技术的研究和标 准化进程。LTE它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为
14、其无线网 络演进的惟一标准，在20MHz 频谱带宽下能够提供下行100 Mbit/s 与上行50 Mbit/s 的 峰值速率, 改善了小区边缘用户的性能, 提高小区容量和降低系统延迟，且在无线通信 的发展中，频谱资源严重不足已经日益成为制约无线通信事业发展的瓶颈，因此，如何 充分利用有限的频谱资源，提高频谱利用率，成为当今通信技术研究的热点之一。当然 在提高频谱利用率的同时，还要保证传输的可靠性，并且未来的无线通信应用对应用环 境有着更高的要求，这就要求新的无线通信技术更能够适应更加恶劣的信道，克服如多 径衰落这些不利的影响。MIMO和OFDM技术正是在这样的前提下提出来，成为研究的 热点，而
15、这两种技术正是LTE下行链路中的两种至关重要的关键技术。 1.1.2 研究意义 3GPP LTE(Long Term Evolution，长期演进)是 3G 的下一代演进技术，称为 Evolution3G(E3G)，也叫 E-UTRAN。LTE 是其中最具有代表性的 E3G 技术，它具有 100Mb/s 的数据下载能力，被视作是从 3G 向 4G 演进的主流技术。LTE 是 3GPP 近两年 来启动的最大的新技术研发项目， 这种以 OFDM/FDMA 为核心的技术， 可以被看作 “准 4G”技术。当前，全球的移动通信产业对 LTE 寄予厚望，期望这一技术能够增强移动 通信产业持续发展的能力。在
16、 2008 全球移动大会(MWC)上，主流设备厂商不约而同地 西安科技大学硕士学位论文 2 发布了 LTE 的研究成果和后续演进策略，LTE 进一步确立了其向 3G 后续演进或者说向 4G 发展的核心地位。 (1) LTE 为 3G 后续发展注入动力 随着全球信息化社会步伐的加快，多媒体娱乐的兴起和网络游戏的开发，人们发现 2Mb/s 的 WCDMAR99 传输速率， 14.4Mb/s 的 R5 HSDPA 的峰值速率不能够满足人们未 来的需求。国际标准化组织 3GPP 在经过认真的讨论后提出了新的挑战，那就是实现峰 值速率 100Mb/s 的数据传输，设计并实现 750 倍于当前系统传输速率的新技术，并且 具有很好的向下兼容性， 以保护现有的投资。 从 LTE 制定的目标需求可以看出， 100Mb/s 的传输能力已远不是 3G 所能比的，那么其使用的技术也必将有较大的提高。目前的主 要技术有 6 种，按照双工方式可分为 FDD 和 TDD 两大类，按照无线链路的调制方式或 多址方式主要可分为 CDMA 和 OFDMA 两大类。产业
