中图分类号:T N911.7 文献标识码:A 文章编号:1009-2552(2009)10-0024-03
3GPP LTE上行链路的仿真研究
王 鑫,葛万成,龚国强
(同济大学电子与信息工程学院,上海200092)
摘 要:在LTE系统中上行链路采用SC2FDM A方案,下行链路采用OFDM A方案。文中对LTE上行链路的物理层进行仿真研究,并深入探讨了频域均衡(FDE)技术在高速率无线通信系统中的作用。从仿真结果可以看出频域均衡技术在多径环境中显著提高了SC2FDM A链路的抗干扰性能。
关键词:LTE;SC2FDMA;FDE
R esearch on the uplink of3GPP LTE systems
WANG X in,GE Wan2cheng,G ONG G uo2qiang
(School of E lectronics and I nform ation E ngineering,Tongji U niversity,Sh angh ai200092,China) Abstract:The3G PP UTRA Long T erm Ev olution(LTE)selected Single Carrier Frequency Division Multiple Access(SC2FDMA)for uplink,and Orthog onal Frequency Division Multiple Access(OFDMA)for downlink.
In this paper,the physical layer of the uplink is researched and simulated.Furtherm ore,the Frequency
D omain Equalization(FDE)technology is specially studied for the high2speed wireless communication
systems.The results indicate that the FDE technology can significantly im prove the performance of anti2multipath interferences of the uplink.
K ey w ords:LTE;SC2FDMA;FDE
0 引言
近期伴随着WI MAX的崛起,3G PP也开始了UMTS技术的长期演进(LTE,Long T erm Ev olution)项目。这项受人瞩目的技术被称为“演进型3G”。但只要对这项技术稍作了解,就会发现,这种以OFDM 为核心的技术。与其说是3G技术的“演进”,不如说是“革命”。由于已经具有某些4G特征,甚至可以被看作“准4G”技术。
在LTE项目中,上行传输方案采用具有低峰均功率比(PAPR)的SC2FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access)方案。在该方案中,频域均衡是一种非常适合并且有效的接收端均衡技术,因此本文主要研究频域均衡技术在LTE项目SC2FD2 MA上行链路的应用。通过Matlab对LTE上行链路的物理层进行仿真,研究考察均衡技术在多径干扰环境中SC2FDMA链路的表现。并通过仿真讨论用户数目对于通信系统误码率的影响,最后比较了不同映射方式的性能。1 LTE上行传输方案
上行传输方案采用带循环前缀的SC2FDMA方案,使用DFT获得频域信号,然后插入零符号进行扩频,扩频信号再通过IFFT。这样的方法也被称为DFT扩展OFDM(DFT2spread OFDM),其频域信号产生原理框图如图1所示。这样做的目的是,上行用户间能在频域相互正交,以及在接收机一侧得到有效的频域均衡。
子载波映射决定了哪一部分频谱资源被用来传输上行数据,而其他部分则被插入若干个零值。频谱资源的分配有两种方式:一是局部式传输,即DFT的输出映射到连续的子载波上;另一个是分布式传输,即DFT的输出映射到离散的子载波上。上行调制主要采用πΠ2位移BPSK、QPSK、8PSK和16QAM。同下行一样,上行信道编码还是沿用R6的T urb o编码。
收稿日期:2009-04-30
基金项目:本文受德国罗德与施瓦茨公司资助
作者简介:王鑫(1986-),男,硕士研究生,主要研究方向为移动通信中的信号与信息处理。
图1 SC 2FDM A 发射机结构
在SC 2FDM A 系统中,不同的上行链路用户在扩频后使用同一个频段同时向同一个接收机发送数据。所以从时间域上来看,接收机接收的信号是各个用户发射信号的叠加。由于傅里叶变化具有线性的特性,因此在频域的角度,接收端的信号可以被理解成是各个用户信号在频域的叠加。所以,只要不同用户的子载波映射模块将该用户的数据块映射到不重叠的子载波。那么在接收端,当各个用户的信号叠加在一起的时候,不同的子载波并不会发生混叠。
如果采用局部式子载波映射,不同用户之间将
以局部频分复用(Localized FDMA )的方式复用信道。图2表示了一个这样的例子。从频域上看,三个用户分别占用了通信频段中的不同的连续区域通信频段中不同的连续区域,各个用户占用的频谱资源没有重叠。传输系统中的其他模块都不会受到带宽变化的影响,它们都不需要因为带宽调整改变任何参数。这一特性与传统的通信方式比较来说,是非常灵活的。局部频分复用的方式适合频域自适应,对于同步和频率准确性的要求也较低
。
图2 多用户局部式子载波复用
与局部频分复用相对应的是分布频分复用(Distributed FDMA )。在这种方式中,每个用户都在整个频段内传输数据,但是不同用户占用的子载波相互交错,从而实现复用。图3是一个多用户分布式子载波复用的例子,在这个例子中,不同的用户交替地占用子载波。用户1所占用的带宽是用户2和用户3的两倍。可见在这样的系统中,也同样可以非常灵活的分布通信带宽。分布频分复用方式可以获得额外的频率分集,但是对于频率的误差比较敏感
。
图3 多用户分布式子载波复用
2 频域均衡在上行链路(SC 2FDMA )中
的应用
在真实的环境中,由于数据的传输速率很高,因此多径信道所引入的码间干扰是必须考虑的。在接收机中,为了对抗这种干扰,也需要引入频域均衡的模块。图4所示的一个更加贴近实际的系统。在上行链路中,不同的用户应该经过不同参数的多径信
道到达接收机。因此在接收端,也需要在不同用户的信号区分开以后
,分别对他们进行频域均衡。
图4 带有多径信道和均衡模块的SC 2FDM A 系统框图
对于接收端的频域均衡,在本文的讨论中采用了迫零线性均衡,即在频域直接把接收的信号与信道的频率响应相除。由于接收机的子载波选择模块
原本就在频域上进行,所以只要简单的在子载波选择模块和IFFT 变换模块之间插入一个相除的模块,就可以很容易地实现均衡功能。所以单纯就均衡功
