1、3G 演进系统的上行多址及随机接入技术研究摘要3G 演进系统中的上行多址是由上行以及下行两种 链路组成的，目前基于 3G 技术的上行链路是研究者关注的重点，因 为其中要解决的问题还比 较多。因 为上行链路端口有别于下行链路，所以适用于下行多址的 OFDM 方法不能直接移植到上行链路中。而且现代社会中的通信越来越显现出面对 IP 服务的标准，基于此，随机接入技术改进也是亟待进行的研究。该论文就是以上行多址以及随机接入为研究对象，通 过对 IFDMA 以及 DFT-SOFDM 两种不同的上行多址方案的模型、性能的分析以及二者的比较 分析，以期提出有效的上行多址方案，同时提升随机接入技术；在 进行随
2、机接入技术的研究中，以方案的提出以及性能论证为研究方法，得出了 DFT-SOFDM 方案的使用具有更大的优势；此外论文还进行了能提升用户数量的分类接入以及能够提升系统使用效率的同步随机接入和异步随机接入方式的研究。关键词：3G 演进；上行多址；随机接入；Abstract3G evolution system in uplink multiple uplink and downlink is composed of two link component, based on the current 3G technology uplink focus on, because of the prob
3、lem to be solved is more. Because the uplink port is different from the downlink, so is applicable to downlink multi-access OFDM method cannot be directly extrapolated to uplink. But in modern society, communication increasingly revealed face of IP service standards, based on this, random access tec
4、hnology improvement is to study. The thesis is above the line multiple and random access as the research object, based on the IFDMA and DFT-SOFDM of two different uplink multiple access scheme model, performance analysis and comparative analysis of the two, in order to put forward effective uplink m
5、ultiple access scheme, while improving the random access technology; in the random access technology based on, to plan and performance demonstration research method, obtained using DFT-SOFDM scheme has more advantages; in addition the paper also carried out can improve the number of users access and
6、 improve classification efficiency synchronous random access and asynchronous random access mode research.Keyword: 3G evolution; uplink multiple access; random access第一章 绪论1.1 研究背景与意义为了适应现代社会的发展，移 动通信的发展已经呈现出了 业务类型以及服务方式丰富多样的特点，同时对信息数据的 传播速度也提出了新的要求，并且移动通信系统的康平率以及抗干扰的性能都有待提高。面 对这种情况，以及被使用的 OFDM 已经较好
7、的解决了这个问题，但是 OFDM 的弊端在于峰均功率过高， 这样信息数据的发送端口又难以满足其要求。 该论文就是在这样的一个背景下， 进行了 IFDMA 以及 DFT-SOFDM 方案以及技术的研究，旨在保证 OFDM 技术的优点发挥基础上，改进其弊端，以 优化移动通信的服务。 IFDMA 技术研究始于 1998 年，但真正将该 技术投入使用的是 2005 年 实行的 3GPP 计划。 该技术突出的优势在于抗干扰性能较高，而且有效地避免了峰均功率过 高的问题。但是目前 IFDMA 技术在信息接受以及对系统可能引起你的影响上的分析还不够完善，诸如其中的信息接受的时间、频率以及频率的偏转移位等 问
8、题的分析研究，而 这些正 应该是 IFDMA 技术研究中应该完善的地方。而 DFT-SOFDM 的研究以及与 IFDMA 技术的分析比较，在很大程度也促进了移动通信中的上行多址的选择以及随机技术应用的提升。因为通信行业如今需要满足的是更为更高求的信息数据服务和传播，吟哦系统的服务终端口与基层端口之间的信息数据的转变速度比较快、次数也较多，因而 对系统的随机技术的也提出了更高的要求，系统 所需要的是使用效率高， 资源消耗 较小的技术设备，因而该文中的随机技术的研究也较有巨大的意义存在了。1.2 选题的研究现状移动通信的多行选址中的下行链路技术应用已经较为娴熟，其主要运用的是上文中已经大概讲述过的
9、 OFDM 技术，其信息数据传输的原理和程序可以以下表的形式表现出来，如图， 1-2-1，图 1-2-1 OFDM 发送端原理图OFDM 在使用中最大的弊端在于带来的峰均过高，进而由此阴风许多问题。因而对于技术含量较高的上行链路的选址就不能继续选择 OFDM 技术。但是假使使用 OFDM 之前先进行FFT 以及 IFFT 技术的转变，这种转变所依据的原理以及程序可以用下图的形式表现出来。如图 1-2-2：图 1-2-2 OFDM 系统中的 FFT 转变原理以及程序图由上图可以看出，OFDM 技术使用之前，如果先 进行插入技术变换，就能有效地降低 OFDM的使用过程中的峰均功率值。这种信息传播方
10、式所能达到的 结果与 IFDMA 方案的采用存在异曲同工之处。在 IFDMA 方案的采用时，首先要压缩并复制原始信息数据，再对各个用户调整之后，再与原始信号以及 CP 结合，最后进行传输。其显示图可以用下图的形式表现出来。如图 1-2-3：图 1-2-3 IFDMA 方案采用中信息与用户分布显示图就当今社会上行链路的使用情况来看，大多数情况下使用的都是 稳定性质的 DFT-SOFDM 方式。而在随机技术 的选择和采用上，其方式 则由很多种，即 FDM、TDM、CDM 等等都是其中的方式之一，然而就目前的随机技术的研究和使用成果而言，其并不能有效地满足系统服务要求，因而加强随机技 术的同步以及异
11、步接入方式的研究，以加快系统传输信息的高效方面的研究还需要进一步加强。1.3 选题研究内容介绍本论文中，笔者的研究分 为六个部分进行。第一章为论文的绪论部分。介 绍的是基于 3G 演进系统的上行选址与随机技术的研究背景以及意义；该选题目前的研究现状，主要是以 OFDM 以及 IFDMA 技术为主进行了介绍，提出了上行选址以及随机技术应用的需要完善之处；以及本论文的研究内容说明。第二章为上行选址中方案之一的 IFDMA 技术的说明，分别从该方案系统设计的模型以及性能两个方面进行了分析说明。第三章为上行选址中方案之二的 DFT-SOFDM 技术的说明，也是以模型和性能两个方面来进行分析，主要从 m
12、rc 与 zf 以及 mmse 三种技术方面进行性能的分析。第四章为将上述两种方案放在一起进行比较分析，分 别从二者的繁复度、频度偏移等角度进行比较分析。本章的重点部分 为二者的频率偏移的计 算。第五章为论文的随机技术的研究部分。在 这部分内容中，包含了随机技术应用之前的前导序列的说明，鲜明地制定了前 导序列的长短数据；接着进 行了同步随机接入的问题，再者是异步随机接入技术的研究。第六章为论文的结束语部分，包含了 论文的总结以及展望内容。第二章 IFDMA 技术的介绍说明2.1 IFDMA 技术应用的模型分析总的来说，应用 IFDMA 技术进行信息的传输以及接受的基本流程图可以以下图的形式表现
13、出来，下图 2-1 即为：图 2-1IFDMA 应用中信息传输与接受的流程 图通过上图的展示，可以看出 i 客户所需要的信息数据的获得中间必须要通过速度较快的样本采集环节，信息数据输送过程是有相 应的保护间隔以避免 输出过程中的干扰问题，然后再用各个用户所需的信息数据和各种各样的载波偏移量相乘，最后按照偏移量的不同来区分用户，上述所说的就是信息数据的 调制程序，信息在 经过调制程序之后才被 发送。系统的信息接受端口在接到信息之后，首先将其中的保护间隔以及调 制取消，最后得到的就是 i 用户的所要求的信息了。2.2IFDMA 技术应用的性能分析在对 IFDMA 技术应用的系统性能分析中，笔者重点
14、关注的是频率以及时间均为同步与频率是否偏移对技术应用产生的影响。2.2.1 频率与时间均同步对 FDMA 技术应用的影响笔者在 2-1 节中已经就 IFDMA 技术应用模型进行简单地 说明，信息数据 传输过程中，保护间隔措施的采用在很大程度上起到了抗干扰的作用，同时也使得降低了该技术应用中系统对时间的同步调的要求。然而如果 彻底消除干扰的存在，其基本要求就是发送信息的用户以及接受信息端口的载波频率的步调是一致的，即 频率没有 发生偏动或者移位现象。然而要真正达到这样的要求，难度是比 较大的， 这是信息接受端口的 频率一致，而发送信息的用户方面的频率则可能存在较大的偏差。2.2.2 频率均衡对
15、TFDMA 技术应用的影响IFDMA 技术的采用过程中，系统的信息数据的接受端口内部都会设计相应的频率均衡器，该设备的采用在很大程度上能 够对信息传输过程中可能 产生的时间拖延或者幅度不合理变化进行调整，而且频率均衡器的 设置基本上是智能化 设备。被采用的 频率较大的均衡设备有 MMSE、MRC、ZF 三种， 这三种设备的功能存在较大的差 别，下文就是这三种设备技术的应用的比较性分析。各个信息用户发送信息的频率是呈现一种相互交叉的状态的，所以在信息端口接到信息之后将其中的保护间隔取消后，再 进行 IFFT 的技术转换 ，就会 发现计算信息传输频率均衡的方法了。先假设采集样本后的接受到的信息的
16、长度为 Lq,而且系统中的信息数据的接受端口只有一个的情况下，计算 频率均衡的公式可以如下表示，如公式 2-2-2公式 2-2-2而基于以上的信息频率均衡计算公式，再 结合 2-1 节中所讲到的，将 i 用户的信息传输进行FFT 与 IFFT 技术的转换，采用的公式为 2-2-3 以及 2-2-4公式 2-2-3公式 2-2-4根据以上公式可以得到 IFFT 技术转换值为 ，然后依据同样的原理计算当系统中信息接受端口为多个时，频率均衡 值的计算方法。采用的公式如下，公式 2-2-5公式 2-2-5通过以上的公式的采用可以得出这样的结论，系 统中的信息接受端口 较多时，信息的接受是以各个端口接受
17、到的信息经过 FFT 技术转换之后，和相 应 端口的信息传输路径参数进行FFT 技术转换 后所得值相乘，乘 积最后进行 IFFT 技术的转换而获得。正如笔者上述所言，各个信息端口接收到的信息的频率呈现出的是交叉状态，并非重合，这种状态在一般情况都保持稳定。此种情况下的信息频 率均衡的程序可以分为以下几个：首先是将信息端口的信息进行 FFT 技术转换，依据信息发送的用户情况的不同采用相应的调整方法，然后以信息发 送的用户为依据进行 FFT 技 术转换后的信息分类。然后是各个用户信息发送路径参数的 PPT 技术的转换，所得到的 转换值为 H（i）,再均衡各个用户发送信息的频率。最后是频率均衡过 的
18、信息做 ifft 技术的转换，最后获取用户信息发送值 x(i)。一般情况下，均衡信息频率的程序可以表示成如下 图所示：图 2-2-2 均衡信息频率的程序 图信息数据的频率在均衡之后，信息端口接受到的信息的在避免了重复性等调整之后，均衡系统的信息接受端口上的信息频率的的方式一般有三种，分别是 ZF、MMSE、MRC，但是三种方法是用之后的收效并不一样，其比 较分析可以表示成如下 图，如 图 2-2-3 所示：图 2-2-3 ZF、MMSE、MRC 的均衡成效分析图由以上图可以看出，成效最高的是 MMSE，但是就是用 简捷度而言，ZF 均衡方法是最容易的，MMSE 的难度最大。所以以上三种方式 综
19、合起来而言，并不能单纯地说哪个最好，要综合考虑实际情况，来选择使用。在移动信息数据的传输中，其渠道一般都呈现非单一化的特征，这在很大程度上就会对系 统的使用产生影响。以 MMSE 均衡方法为例子，除了将信息发送的用户量进行更改以外，其它条件不 变，系 统使用受到的影响可以表 现成下图所示，如图，2-2-4，由下图可观察到，系统使用效果与用户数量之间呈现反比关系，这种情况很可能是用户数量增加之后，对系统的干 扰加强。图 2-2-4 系统使用受用户数量变化影响图2.3 小结在本章中，笔者主要介绍 了上行选址中的 IFDMA 技术的应用的介绍，通过对技术系统模型以及性能的介绍进行相关研究。重点在性能
20、的研究上，进行了信息传输时间、频率步调相同情况下技术的应用。该章的重点 还在于信息频率均衡 计算方式的说明，方式有三种，而MMSE 的成效最高，但其使用成效随着用户数量的增加而降低。第三章 DFT-SOFDM 技术的介绍说明3.1DFT-SOFDM 技术应用的系统模型介绍DFT-SOFDM 技术应用的信息数据传输的模式程序可以以下图的形式表现出来，如下图 3-1：:图 3-1 DFT-SOFDM 技术的信息传输结构图通过对上图的分析可以看到，系 统中的调制器先对用户发 送而来的信息进行相应地调整，而且系统中的调制器调整功能基本是自动化的， 综合性能 较好。如果假使用 户发送而来的第一类信息数据
21、经过系统的 FFT 技术的转换调整后得到的信息数据 为：系统中的滤波器用于信息数据的发送，但是 该设置的运用会 对信息数据传输的子载波造成一定的负面影响。以避免此种 负面影响为目标，一般的方法是将子载波数值假设成 0，即系统内部的子载波总数值应该是要大于信息传输中应用的子载波数值。子载波是由固定式以及分布式两种方式构成的。如图 3-1-1 以及公式 3-1 所示即为子载波的两种映射程序以及方式展示图：图 3-1-1 子载波的两种映射方式展示图（左边卫固定映射，右边为分布映射）公式 3-1-1 子载波映射方式但是，以最大限度地避免信息传输过程中的受干扰为原则 ，子 载波在操作中实际传输的信息数据序列值为：公式 3-1-2 子载波实际传输信息序列 值根据图 3-1-1 的分析中可以看出，系统中的信息数据的接受端口上的技术使用一般都为均衡频率技术，而且信息接受的 时间以及频率都是同步的、载波为均衡或者不存在偏离移位现象。系统基层站点在收到各个信息用 户传输而来的信息数据之后，要对信息发送源头以及通道的信号端口做技术处理，因 为信息发送源地以及通道丰富多 样，在 这里将端口接受到的第一个信息数据值用如下公式表现出来，如公式 3-1-3：公式 3-1-3 端口接受到的一个信息数据值下表为该信息数据值接受的进一步分析：
