赖旭贤
珠海银邮光电信息工程有限公司
摘要：文章首先简要分析了LTE的技术背景及其主要目标，并在此基础上对LTE系统中上行协同技术进行论述。期望通过本文的研究能够对边缘用户上行吞吐量的提升有所帮助。
关键词：LTE；上行；协同技术
1LTE的技术背景及其主要目标
1.1LTE技术背景
随着3G技术的发展与应用，移动通信的功能得到了拓展，使得联网游戏、上网冲浪、远程办公等不再受地点和环境的限制。为了给用户带来更加优质的移动通信服务，必须运用LTE系统实现传输速率的大幅度提升。LTE由无线接口和无线网络结构部分构成，该技术以UTRA和UTRAN为基础，在物理层上行传输采用峰均比较低的单载波方案SC-FDMA（单载波）技术，下行传输采用OFDMA（正交频分多址）技术。LTE技术是对包括核心网在内的全网演进，在网络结构方面要减少网络层次、降低数据传输时延和呼叫建立时间，既要提高吞吐量和频谱利用率，满足实时业务需求，又要降低运营成本，提高全网运行效率。
1.2LTE系统的主要目标
1.2.1在20MHz的频谱带宽条件下，大幅度提高峰值速率，即下行峰值速率达到100Mbps，上行峰值速率达到50Mbps。
1.2.2降低传输时延，使用户单向延迟不超过5ms，控制平面从睡眠状态、驻留状态切换到激活状态分别不得超过50ms、100ms。
1.2.3提高用户吞吐量，使得上行平均用户吞吐量可以达到3GPP R6增强型上行链路的2倍以上，下行达到3GPP R6 HSDPA（高速下行分组接入）的3倍以上；提升频谱效率，使得上行频谱效率可以达到3GPP R6增强型上行链路的2倍以上，下行频谱效率达到3GPP R6 HSDPA的3倍以上。
1.2.4扩大系统的覆盖范围，使其能够覆盖半径为100km的小区。同时，满足2.5MHz、5MHz、15MHz、20MHz等多种宽带的配置需求，支持成对或非成对频谱分配。
2LTE系统中上行协同技术
2.1LTE上行协同前导序列
在LTE系统当中，上行协同前导序列主要是由一个复数序列组成，该序列可用包含CP（循环前缀）的SC-FDMA符号表示，由此可知，上行协同前导序列的接收以及前期处理与其它上行数据非常相似。CP则由有SC-FDMA符号的尾端Copy到前端组成，在SC-FDMA符号后，还包括一个GT（保护时间间隔），序列与GT共同构成了PRACH时隙间隔。假定UE（用户设备）与eNodeB间存在一个由RTD（实时动态码相位差分技术）和延迟扩展引起的时间差时，因信号的延迟，eNodeB接收到的信号将不是UE发送出来的上行协同前导序列，而在CP的作用下，eNodeB将会接收到一个原上行协同前导序列经循环右移之后的信号。在这一过程中，GT会为序列末端提供保护时间，可以防止延迟后的序列叠加到下一个SC-FDMA符号上，从而引起信号之间的相互干扰问题。为了便于研究，下面以小区边缘的UE极端情况为例，在该前提下，UE的RTD值及时延扩展值均为最大，其上行时间与eNodeB的上行时间的差为二者之和，想要确保序列在eNodeB接收端依然为原序列的循环右移信号，那么CP的长度应当满足： 。为了避免CP对其它UE数据的干扰，GT的长度则应当满足： 。此外，LTE系统的性质决定了序列的持续时间 。在LTE协议当中，对最大的小区覆盖半径及最大的时延扩展进行了明确规定，分别为100km和16.67us，由此可知，小区覆盖率对 值的选取具有一定影响，同时， 还受上行协同前导系列造成开销的限制，即 值越大，序列占用LTE系统上行物理资源就越多，开销也就越大。LTE协议给出了5种随机接入上行协同前导序列的格式，如表1所示。
表1 LTE上行协同前导序列格式
表1中的每一种格式均为前导序列的持续时间及CP定义，而GT则可对剩余的时间进行使用。
2.2LTE上行协同技术接收端结构
由于LTE上行协同前导序列通过SC-FDMA方式进行发送，使得接收端的构成与其发送端截然相反，所以必须利用SC-FDMA信号获取发送端ZC序列的信息，协同完成任务。在接收到UE端发送的序列后，先利用射频、A/D对序列进行处理，将其转换为串行基带复信号带入接收端基带系统，在进行序列去除、串并转换、载波选择、获取复序列频域值等一系列操作后，得到序列的功率时延谱PDP，并进入PDP分析阶段。PDP中同步峰位置的变化可反映出序列的延迟状况，相对于ZC序列循环移位而言，PDP中同步峰的移位对应UE上行时间，即eNodeB的时间延迟。在天线接收端较多的条件下，因天线之间的距离小于UE与eNodeB的距离，所以可认为每个天线接收端所接收到的噪声是互不干扰的，这样可以对计算出的PDP进行线性叠加，将其作为增加同步峰功率的依据，提高系统运行性能。PDP同步峰的确定需要计算峰值门限，可选用以下方法：峰值门限=K?P，其中K为固定的噪声相对门限比例，P为PDP序列的平均噪声功率。该方法要进行数据仿真计算，提高计算结果的准确性，能够确保峰值门随着噪声平均功率的变化而做出相应调整。
2.3模块优化技术
2.3.1时域处理模块。时域处理方案是解决大尺寸DFT计算问题的有效方法，其原理如下：利用抗混叠滤波器找出上行协同前导序列所在频带的信号，而后降低序列样本点数，在这种情况下只需使用较小尺寸的DFT模块就能实现对频域序列的有效控制。在具体设计中，通常将信号的点数降采样到2的幂次，以保证FFT在处理数据时始终保持高效性。
2.4.2PDP处理模块。上行协同前导序列的相关过程可转变为频域序列相乘后再获取DFT的结果，这种处理方案可维持原有系统的复杂度，在子载波选择模块之后进行PDP的计算模块处理，在频域内将经过DFT变化的根ZC序列与接收信号相乘，而后再获取序列相关值，在这一过程中必须要以原IDFT模块为计算依据，得出序列的PDP。
2.4上行协同的定时精度
就LTE系统的上行协同链路而言，其时间估计值的准确与否直接关系到UE向eNodeB传输的信号质量。相关理论和大量的实践表明，良好的时间准确度可以减少数据通信时信道凤与均衡模块运算的复杂程度，同时，还能间接提升整个系统的通信能力。在同步估计算法当中，定时估计的准确度主要与定时的精确度有关，即定时精度越高，定时估计的准确度就越高。
结论：
综上所述，本文重点对LTE系统中的上行协同技术进行了研究，以上行协同前导序列为依托，提出了上行协同技术接收端结构，同时，对主要的处理模块进行优化改进，最后提出了上行协同的定时精度。在未来一段时期，应当逐步加大对LTE系统上行协同技术的研究力度，除对现有的技术进行改进和完善外，还应研发一些新的技术，为LTE系统的发展提供强有力的技术支撑。
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论文作者:赖旭贤
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期供稿
论文发表时间:2015/12/10
标签：序列论文; 前导论文; 技术论文; 系统论文; 信号论文; 频谱论文; 模块论文; 《基层建设》2015年16期供稿论文;