LTE系统中OFDM信道的研究 开题报告
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LTE系统中OFDM信道的研究 开题报告
毕业设计开题报告
题 目 LTE系统中OFDM信道的研究_____ 学生姓名 吴睿 学 号 P111813758 所在院(系) 电气工程学院 专业班级 11通信二班 指导教师 袁秀娟
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LTE系统中OFDM信道的研究
一、选题的目的、意义及国内外对本课题涉及问题的研究现状:
1.选题的目的:
LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目是3G的演进,是3.9G的全球标准,它改进并增强了3G的空中接入技术,提高数据传输速率,降低系统时延,增大系统容量,使得移动通信与宽带无线接入技术做到完美的融合,被视作从3G向4G演进的主流技术。LTE主要采用OFDM和MIMO等关键技术。 LTE的研究,包含了一些普遍认为很重要的部分,如等待时间的减少、更高的用户数据速率、系统容量和覆盖的改善以及运营成本的降低。 我认为,虽然当前我国的4G业务已经在全面普及中,但不论是覆盖面积、稳定状况,还是传输速率,都还有非常大的提升空间,所以我选择了LTE中的OFDM信道这一研究课题,希望能够在LTE项目的传输速率及稳定状况上有所提高。
2、选题的意义:
3GPP长期演进(LTE)项目是近两年来3GPP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。3GPP LTE项目的主要性能目标包括:在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率;改善小区边缘用户的性能;提高小区容量;降低系统延迟,用户平面内部单向传输时延低于5ms,控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms,从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms;支持100Km半径的小区覆盖;能够为350Km/h高速移动用户提供>100kbps的接入服务;支持成对或非成对频谱,并可灵活配置1.25 MHz到20MHz多种带宽。
正交频分复用技术OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing),实际上是MCM Multi-CarrierModulation,多载波调制的一种。其主要思想是:将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开,这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI 。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽,因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落,从而可以消除符号间干扰。而
且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分,信道均衡变得相对容易。
在向B3G/4G演进的过程中,OFDM是关键的技术之一,可以结合分集,时空编码,干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术,最大限度的提高了系统性能。包括以下类型:V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM,多带-OFDM。
OFDM中的各个载波是相互正交的,每个载波在一个符号时间内有整数个载波周期,每个载波的频谱零点和相邻载波的零点重叠,这样便减小了载波间的干扰。由于载波间有部分重叠,所以它比传统的FDMA提高了频带利用率。
在向B3G/4G演进的过程中,OFDM是关键的技术之一,可以结合分集,时空编码,干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术,最大限度的提高系统性能。
作为3G时代之后的下一代无线通信系统中的重要标准之一,LTE系统其在未来无线通信产业的前景和地位已经得到公认,因此对LTE系统中OFDM信道的研究具有相当重要的意义。
2.国内外现状研究:
4G是真正意义的高速移动通信系统,用户速率20Mbps。4G支持交互多媒体业务,高质量影像,3D动画和宽带互联网接入,是宽带大容量的高速蜂窝系统。2005年初,NTTDoCoMo演示的4G移动通信系统在20KM/小时下实现1Gbps的实时传输速率,该系统采用4X4天线的MIMO技术和VSF-OFDM接入的技术[1][2][3]。
目前,移动无线技术的演进路径主要有三条:一是WCDMA和TD-SCDMA,均从HSDPA演进至HSDPA+,进而到LTE[4];二是CDMA2000沿着EV-DO Rev.0/Rev.A/Rev.B,最终到UMB[5](Motorola最近提出的新方案是,CDMA2000也通过一定方式演进到LTE,3GPP2也基本放弃了UMB的计划[6]);三是802.16m的WiMAX路线[7]。这其中LTE拥有最多的支持者,WiMAX次之
[8]。
LTE是由爱立信、诺基亚西门子、华为等世界主要电信设备生产商开发的技术,CDMA阵营的阿尔卡特朗讯和北电网络也有投入。CDMA近年来日渐失势,阿尔卡特朗讯已经在上周冲减了37亿美元与CDMA技术标准相关的资产,并将和日本NEC建立研发LTE的合资公司。
全球众多运营商对LTE技术极为关注,国际国内的设备制造商以及终端制造商,大多数将LTE的产品路标定为在2010年前后形成商用能力[9]。华为表示,LTE产业价值链将在2010年基本成熟并开始商用,并在2011年形成一定的市场规模[10]。爱立信则希望成为商用设备的领先者,预计其将在2009年推出LTE商用系统。在终端方面,三星电子计划于2010年最终推出小型化的LTE手机,外观与目前常见的手机相似。三星电子采取了逐步推进的LTE终端发展路线,将于今年推出体积较大的LTE原型样机以进行性能测试。明年将推出LTE的数据卡产品。NTT表示,其目标是在2009年推出LTE的商用服务。为了实现这一目标,NTT很早就开始了行动:2006年秋,建立了LTE的试验系统;2007年秋,进行了室内、室外测试;2007年8月,开始开发商用网络;2008年2月,实现了较好的试验结果。下行速率达到250Mb/s、上行速率达到50Mb/s。
而在国内,在2013年最后一个月的月初,即12月4日,工信部正式向三大运营商发放4G牌照,中国移动、中国电信和中国联通均获得TD-LTE牌照。标志着2013年成为中国的4G元年,并将成为中国移动通信产业发展的里程碑[11]。
而目前全球最主流最成熟的4G - LTE通信标准是FDD-LTE。中国联通和中国电信未来将主要发展FDD网络。2014年6月27日这两家运营商已拿到国内FDD-LTE和TD-LTE混合组网的牌照(也即试验网牌照),各自在16个城市展开首批FDD+TD混合组网试验,12月18日分别增至56个城市的覆盖。并且根据最新的消息,工信部于2015年2月27日正式宣布向中国电信和中国联通发放FDD-LTE牌照[12]。
OFDM的概念于20世纪50—60年底提出,1970年OFDM的专利被发表,其基本思想通过采用允许子信道频谱重叠,但相互间又不影响的频分复用(FDM)方法来并行传送数据[13]。OFDM早期的应用有AN/GSC_10高频可变速率数传调制解调器等。 早期的OFDM系统中,发信机和相关接收机所需的副载波阵列是由正弦信号发生器产生的[14],系统复杂且昂贵。1972年Weinstein和
Ebert提出了使用离散傅立叶变换实现OFDM系统中的全部调制和调解功能的建议,简化了振荡器阵列以及相关接收机本地载波之间严格同步的问题,为实现OFDM的全数字化方案做了理论上的准备[15]。
80年代后,OFDM的调整技术再一次成为研究热点。例如,在有线信道的研究中,Hirosaki于1981年用DFT完成的OFDM调整技术[16][17],试验成功了16QAM多路并行传送19.2kbit/s的电话线MODEM.
进入90年代,OFDM的应用又涉及到了利用移动调频和单边带(SSB)信道进行高速数据通信,陆地移动通信,高速数字用户环路(HDSL),非对称数字用户环路(ADSL)及高清晰度数字电视(HDTV)和陆地广播等各种通信系统[18][19]。
近年来,由于数字信号(DSP)技术的飞速发展、傅里叶变换/反变换、高速Modem技术等成熟技术的引入,OFDM技术作为可以高效抵抗ISI的多载波传输技术才引起了广泛关注[20][21]。同时由于美国高通公司在3G时代占据了技术的核心专利,LTE阵营处心积虑搞OFDM绕开高通主要技术。目前,OFDM技术已经成功地被应用在非对称数字用户线(ADSL)、无线本地环路(WLL)、数字音频广播、高清晰度电视(HDTV)、无线局域网等系统中[22][23]。随着人们对通信数据化、宽带化和移动化的需求,人们开始集中精力开发OFDM技术在移动通信领域的应用,下一代移动通信的主流技术将是OFDM技术。
参考文献
[1].李建东,郭梯云,邬国扬.移动通信.第四版[M].西安:西安电子科技大学出版社,2006:1-289.
[2].杨家玮,盛敏,刘勤.移动通信基础.第二版[M].电子工业出版社.2005.10 .
[3].王映民.TD-LTE-Advance移动通信系统设计[M].北京:人民邮电出版社,2012:1-655.
[4].沈嘉.3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计[M].人民邮电出版社,2008.
[5].曾召华.LTE基础原理与关键技术[M].西安电子科技大学出版社,2010.
[6].冯树森.3GPPLTE技术原理与系统设计[J].科技展望.2015,vol.3:85+87.
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