陳國平

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 南京 210046）

1 引言

相對于單天線以及單載波傳輸技術(shù)，MIMOOFDM技術(shù)可以提供更高的系統(tǒng)容量和更好的用戶服務(wù)公平性。LTE正是以MIMO結(jié)合OFDM技術(shù)為基礎(chǔ)，輔之以其他關(guān)鍵技術(shù)而達(dá)到比3G系統(tǒng)更高的傳輸速率，在高效利用頻譜資源的同時還為用戶提供了速率更高，移動性更好的通信服務(wù)，因而LTE技術(shù)被視為B3G乃至4G未來無線移動通信的主流候選標(biāo)準(zhǔn)之一。本文對MIMO檢測技術(shù)在LTE系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

2 LTE系統(tǒng)架構(gòu)

眾所周知，LTE技術(shù)采用了當(dāng)前最前沿的無線傳輸技術(shù)，但是現(xiàn)有的UTRAN系統(tǒng)框架難以滿足LTE的系統(tǒng)要求。為了全面滿足LTE系統(tǒng)需求，系統(tǒng)架構(gòu)也必須重新設(shè)計。在LTE系統(tǒng)架構(gòu)的定義方面必須遵循以下基本原則：

信令與數(shù)據(jù)傳輸在邏輯上是獨立的；

E-UTRAN與演進(jìn)后的分組交換核心網(wǎng)(EPC，Evolved Packet Core network)在功能上是分開的；

RRC連接的移動性管理完全由E-UTRAN進(jìn)行控制；

E-UTRAN接口上的功能，應(yīng)定義的盡量簡化，選項應(yīng)盡可能少；

多個邏輯節(jié)點可以在同一個網(wǎng)元上實現(xiàn)。

與3G系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比，接入網(wǎng)僅包括eNB（evolved Node B）一種邏輯節(jié)點（取消了RNC節(jié)點），其中節(jié)點數(shù)量減少，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加趨于扁平化。這種扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)帶來的好處是可以降低呼叫建立時延以及用戶數(shù)據(jù)的傳輸時延，同時也降低了建網(wǎng)成本。

3 QRD-M算法適用條件分析

由于以基站功放成本的代價換取數(shù)據(jù)傳輸速率的顯著提高是完全值得的，因此下行系統(tǒng)采用了較為常用的OFDMA技術(shù)。

圖1 LTE上行系統(tǒng)信號接收原理框圖

從LTE系統(tǒng)對收發(fā)信號處理的角度來講，采用DFT-S-OFDMA技術(shù)的上行系統(tǒng)和采用OFDMA技術(shù)的下行系統(tǒng)在接收端對信號進(jìn)行處理時是稍有不同的，其上行和下行系統(tǒng)的接收端原理框圖分別如圖1和2所示。

圖2 LTE下行系統(tǒng)信號接收原理框圖

遺傳算法以及QRD-M適用于多載波的OFDMA系統(tǒng)，而不能用于采用DFT-S-OFDMA的單載波傳輸系統(tǒng)。

4 QRD-M算法應(yīng)用及LTE系統(tǒng)研究

接收信號在經(jīng)過FFT變換之后，可以采用MMSE及ZF等傳統(tǒng)的線性檢測，同時也可以采用QRD-M以及SQRD-M等算法對系統(tǒng)性能進(jìn)行優(yōu)化。

其中一個可以考慮的優(yōu)化方式就是上行多址技術(shù)。LTE主要是出于降低峰均比PAPR的考慮采用了SCFDMA，而非OFDMA技術(shù)作為上行多址方案。但是實際中，在低SINR場景中，OFDMA的頻譜效率仍然略高于SC-FDMA技術(shù)，尤其是采用高階調(diào)制（比如16QAM以及64QAM）時，SC-FDMA技術(shù)的降PAPR效果并不明顯，而此時卻造成了系統(tǒng)頻譜效率（吞吐量）的額外損失。對于LTE-A系統(tǒng)所側(cè)重的室內(nèi)、熱點覆蓋，小區(qū)邊緣問題不是十分嚴(yán)重，因此可以考慮在某些場景采用OFDMA作為上行多址技術(shù)，以提高頻譜效率、增加資源配置的靈活性、更有效地支持上行SU-MIMO和eNB先進(jìn)接收機(jī)。而在室外宏蜂窩、小區(qū)邊緣以及帶寬相對較小時，仍可采用SC-FDMA技術(shù)，以獲得更好的功率效率。

OFDMA和DFT-S-OFDMA技術(shù)可以在同一個發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)，通過DFT擴(kuò)展模塊的增減，在兩種技術(shù)之間進(jìn)行切換，因此在采用MIMO復(fù)用傳輸技術(shù)時可以考慮采用OFDMA技術(shù)，以提高系統(tǒng)吞吐量。

由于上述分析，本文將在LTE系統(tǒng)的部分場景下考慮采用OFDMA技術(shù)，所搭建的LTE上行系統(tǒng)鏈路級平臺如圖3所示。

上述算法的研究都假定一個子幀內(nèi)的信道是不變的，即可以認(rèn)為信道是準(zhǔn)靜態(tài)的，因此和實際情況有所區(qū)別；

本文所搭建系統(tǒng)為鏈路級平臺，因此只考慮信噪比SNR對系統(tǒng)性能的影響。

綜上所述，QRD-M/SQRD-M算法在可接受的計算復(fù)雜度情況下，既可以適當(dāng)降低LTE系統(tǒng)的差錯概率，同時也可以在高信噪比時顯著提高系統(tǒng)的吞吐量。

由此，本文在搭建LTE系統(tǒng)平臺的基礎(chǔ)上，提出了一種可以提高系統(tǒng)吞吐量的方案。即在部分頻譜效率（或吞吐量）受限的場景下，對于LTE上行系統(tǒng)，可以采用OFDMA多址技術(shù)對原始的SC-FDMA技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在SNR較低的情況下，采用傳統(tǒng)的MMSE線性檢測，而在SNR較高的情況下，可以采用SQRD-M檢測，從而較大地提高系統(tǒng)吞吐量。

5 結(jié)論

本章首先對LTE系統(tǒng)的整體架構(gòu)做了一個簡要描述。在第3節(jié)中主要分析了QRD-M等算法的適用條件及場合，在此基礎(chǔ)上對所搭建的LTE上行系統(tǒng)鏈路級平臺做了簡單介紹。對算法在此平臺上進(jìn)行了分析，最終在所搭建LTE平臺的基礎(chǔ)上提出一種可以提高系統(tǒng)吞吐量的方案，即在SNR較低的情況下，采用傳統(tǒng)的MMSE線性檢測，而在SNR較高的情況下，可以采用SQRD-M檢測，從而較大地提高系統(tǒng)吞吐量。

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