设计开题报告 LTE预编码设计开题报告

　 1. 选题的目的及意义：

　90年代初第三代移动通信技术(3G)的横空出世使得让多媒体服务的质量与应用得到广泛人的认可，随处可见的宽带覆盖网络给人们物质文化的提高带来了深远的意义，并且摒弃了环境条件的限制。随着21世纪通信技术高速而迅猛发展，人们对于移动通信的要求也随之加高，而3G网络在速度、服务及传输等方面的局限性也将逐渐表现出来。在这种需求的推动下，国际标准化组织第三代合作伙伴计划(3GPP)，即推出了一种比当前系统传输速率快50倍的新技术，这一新的系统被称作E3G或LTE。作为3G技术的演进技术，LTE改进并增强了3G的空中接入技术，能够带来更高速率及技术的增强型移动宽带享受。LTE具有以下的一些优势：频谱使用灵活、可与现有技术无缝互操作，网络部署以及管理成本低廉等。

　 但是LTE并非人们普遍误解的4G技术，而是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准。与4G相比它更具技术优势，主要体现在高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容等方面。而LTEA则是3GPP长期演进LTE技术的后续演进。它能够保持与LTE良好的兼容性，引入载波聚合、多天线增强、中继技术和多点协作传输等关键技术，并支持多种应用场景和提供从宏蜂窝到室内场景的无缝覆盖。

　LTEA系统支持以OFDM与MIMO技术为核心的无线网络技术。OFDM技术能够使信道均衡由时域转换到频域处理并能抵抗由无线信道多径时延扩展产生的符号间干扰，而MIMO技术则用于分集和复用。分集是指通过时域、频域等提供数据信号的某种副本。接收端利用接收到的信号及其副本进行解码，进而能达到提高通信的可靠性的效果。而复用则是指在不增加发射功率和带宽的前提下，将多路信号同时从多个发射天线发射进而达到提高频谱利用率的效果。但在MIMO系统中无法避免用户间的干扰，一定程度上影响了系统性能。

　由此而产生了预编码技术，它是有效地抑制MIMO信道中的多用户干扰的方法之一，诸如大量的应用说服了预编码技术的效果。它能有效的在MIMO系统中提高信道容量，并能很大程度简化接收机的算法，固而成为了目前的移动通信领域中研究的热点之一。而本课题则是探讨在多天线预编码技术中基于码本的预编码方式下的码本设计。

　2. 国内外研究现状

　LTE(长期演进)项目是3G的演进，又称为E-UTRA。LTE通过对空中接口物理层和网络架构等技术进行革新，并采用OFDM和UMTS作为其无线网络演进的唯一标准，来实现更低的延迟、更高的用户数据速率、更大的系统容量、更大的覆盖和更低的成本。

　LTE项目提出的起因是在年为了应对WiMAX,对UMTS技术的挑战，尤其是来自

　选题意义、研究现状及存在问题

　对HSDPA技术的冲击，3GPP希望能够开发出以FDMA和MIMO加为核心技术，并且有能力支持20MHZ频谱带宽的能够与WiMAX抗衡的技术，这就是LTE项目诞生的初衷。LTE的研究是从04年11月在加拿大**多召开的3GPP接入网演进学术讨论会开始的，会上3GPP明确了需要提出自己的标准，参与宽带无线通讯技术的竞争这一目标，并阐述了实现目标的一些设想。05年6月，3GPP完成了对LTE需求的研究，并形成了需求报告TR25.913。LTE的正式工作阶段于2006年9月，在对其可行性得出了正面结论的基础上分别于07年3月和9月完成了其第阶段和第阶段协议，并于08年3月完成了测试规范。随着09年5月爱立信和在瑞典斯德哥尔摩启动了全球首个长期演进商用站点的建立，LTE大规模商用时代即将到来。

　LTE着重于提高用户的数据率，增大系统容量和覆盖范围以及降低运营成本等。相比以往的通信技术，带来的最大提高就是通信速率的大幅度提升，其下行峰值速率可达100Mbps 、上行可达50Mbps。同时在频谱效率上也有了明显的提高，下行链5（bit/s）/HZ，几乎是3G的3到4倍；上行链路为是2.5（bit/s）/HZ，是3G的2到3倍。

　LTE以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。在LTE系统下，服务质量有了可靠的保证，系统设计和严格的机制能保证实时业务的服务质量。尽管LTE提出的初衷是20MHZ带宽的高速通信技术，但它也能够支持1.25MHZ-20MHZ间的多种系统带宽，并支持配对和不配对的频谱分配，保证了将来在系统部署上的灵活性。LTE还能有效地降低无线网络时延。LTE的子帧长度分为和0.5ms和0.675ms两种，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延。同时，LTE在小区边界比特速率上也得到了提高，可在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率，如多媒体广播和组播业务，在小区边界可提供1bit/s/HZ的数据速率。另外，LTE也强调向下兼容，支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作，3G和2G系统的运营商因此节约了很多更新设备的成本。

　目前主流的预编码技术根据用户个数可归结为单用户预编码技术和多用户预编码技术。其中单用户预编码技术又可以分为线性预编码与非线性预编码两大类。对于线性预编码来说，迫零算法和最小均方误差算法是两个较为著名的算法，对于非线性预编码DPC不做深入谈论。

　然而随着对更高移动通信系统性能及技术的追求，人们开始对多用户或者多天线场景下的预编码技术展开了广泛的研究，并提出了一些应用于多个用户系统的预编码技术，如最大化信号泄露信噪比预编码。

　此外，预编码技术也可以分为基于码本的预编码方式和基于非码本的预编码方式，LTE和LTEA系统中都能同时支持这两种方式。鉴于多数预编码提案中都需要在发送端有信道状态信息，迫于开销昂贵的反馈信道，才慢慢提出了基于码本的预编码方法。基于码本的预编码方法要求发送及接收端同时用一套码本集合，再根据当时的信道状况从一个矩阵集合中选取一个最优的矩阵使系统的性能达到峰值，然后将该矩阵在码本集合中对应的序号反馈给发送端。这样的预编码提案就能使得反馈信道所需传输的数据量（几个比特的大小）较小，这样就可以在相应的开支下大大的节约了成本和不必要的浪费。

　研究目标和内容

　1.研究的主要内容：

　(一)研究比较LTEA系统中多天线增强技术与LTE系统中多天线技术的异同，阐述LTEA比较与LTE系统先进在哪些地方，还有哪些地方有待改进

　(二)研究LTEA系统中信道容量的大体计算和估计得方法，并熟悉常用扩展信道容量的方式。

　(三)研究LTEA系统怎么利用多个天线来拓展信道容量并探究其原理。

　(四)研究LTEA系统如何控制多个天线并探究其原理。

　(五)研究LTEA系统所支持的基于码本的预编码方案。

　(六)研究LTEA系统多天线预编码基于预编码方案的码本设计方法和内容。

　2.  研究的目标：

　通过对于LTEA系统多天线技术的认识，熟练的掌握LTEA系统信道容量估计得方法，并对于LTEA控制多天线的原理和利用多天线拓展信道容量的原理有直观的理解和认识，最终设计出LTEA系统多天线预编码码本

　研究方法、步骤和措施等。

　研究的方法及简略步骤：

　(一)鉴于LTE-A是3GPP长期演进LTE技术的后续演进，并且它能够保持与LTE良好的兼容性，但LTE-A系统始终优于LTE技术，借此我想通过翻阅相关文献资料，借助互联网资源查找出LTEA与LTE系统中多天线技术的异同，并分析了解LTEA系统的优越性。

　(二)信道容量是指信道中信息无差错传输的最大速率，在信道模型中广义信道有调制信道和编码信道这两种。其中调制信道是一种连续信道，可以用连续信道的信道容量来表征；编码信道是一种离散信道，可以用离散信道的信道容量来表征，所以借助信道潜在的结构特征或者是输入信号的特征达到信道估计的目的，也可以根据从接收数据中将假定的某个信道模型的模型参数估计出来的方法来实现信道的估计。

　(三)MIMO技术大致可以分为发射/接收分集和空间复用两类。MIMO应用于无线宽带移动通信，传统蜂窝移动通信系统以及无线通信领域，MIMO技术可使发送和接收端都使用多个天线，而LTEA系统正是借助在上行和下行MIMO技术来实现多天线的利用，然后通过分集技术则可对信道容量进行拓展。

　(四)LTEA通过上行单用户，下行高级MIMO，以及多点协作已完成多个天线的控制，可以通过改变上行，下行的峰值速率借助空间传输维度来改变频谱以达到多个天线的控制要求。

　(五)预编码技术是通过反馈在接收来端获取的信道状态信息，常常采用反馈数据量较小的基于码本的预编码技术，我可以借助资料文献查找已经编好预编码方案分类进行比较，找出最优方法进行版本设计。

　(六)可以采用格拉斯曼尼子空间装箱原理和离散傅里叶变化的方法，也就是借助“设计一组N个矩阵元素，并能最大化其子空间之间的距离”这样一个数学的模型来对码本进行设计。