论文总字数：30926字

摘 要

本文首先介绍了LTE物理层基础知识以及搭建LTE-A R11物理层仿真平台的基础，通过发射机—接收机的完整链路结构框图详细讲解了各个子模块的作用和功能实现；接着对于LTE Release12版本，介绍了增强型多天线、波束成形、小小区、TDD-FDD载波聚合等新特性和物理层的关键技术；最后论文根据3GPP TS36系列协议添加新的测试实例、参考信道，修改相关参数。

该平台支持高达256QAM调制，同时兼容旧版本，实现了R12版本的各项功能。

关键词：LTE-A，链路级仿真，物理层，256QAM

LTE R12 Physical Layer Simulator Design

04212732 Guzheng Qin

Supervised by Hua Zhang

Abstract:With the explosively increasing need for wireless mobile data service,LTE-A technology gets a rapid development.As the designing and analysis method of information industry,computer simulation has great advantages comparing with traditional technology,that’s why we need a LTE-A R12 physical layer simulation so much.

The thesis first introduces basic knowledge of LTE physical layer and how to construct the LTE-A R11 physical layer simulation.Through a integrated link structure from a transmitter to a receiver,the thesis shows the function of each submodule.For LTE release-12,we introduce some features, such as multi-antenna enhancement, beamforming, small cells and TDD-FDD carrier aggregation, and key technology for physical layer. Finally, according to 3GPP TS36 series protocol,the R12 physical layer simulation adds new test cases and reference channels,changes relevant parameters.

The simulator supports 256QAM modulation type, maintains backward compatibility and realize functions of release 12.

Key words: LTE-A，link level simulation，physical layer，256QAM

目 录

摘要 1

Abstract 1

第一章 绪论 1

1.1 论文的研究背景及意义 1

1.2 论文内容安排 1

第二章 LTE-A R11链路级仿真平台的搭建 3

2.1 LTE-A R11链路级仿真平台概述 3

2.2 LTE-A物理层基础知识 3

2.2.1 帧结构 3

2.2.2 资源粒子与资源块 5

2.2.3混合自动重传请求（Hybrid Automatic Repeat reQuest，HARQ） 6

2.2.4 MIMO模式 6

2.2.5 参考信号 7

2.3 仿真平台子模块介绍 8

2.3.1 LTE信道发生和OFDM调制解调模块 8

2.3.2 LTE信道估计浮点与定点模块 9

2.3.3 MIMO检测算法模块 9

2.3.4 MIMO下行发射端模块 10

2.3.5 Turbo编码与速率匹配模块 11

2.4 LTE-A R11链路级仿真平台功能实现 11

2.4.1 仿真平台具体实现 12

2.4.2 仿真平台测试结果与分析 13

2.5 本章小结 15

第三章 LTE-A Release-12标准物理层进展分析 16

3.1 LTE-A Release-12标准物理层概述 16

3.2 LTE-A 物理层关键技术介绍 17

3.2.1 MIMO传输技术 17

3.2.2信道估计 18

3.3 LTE-A Release 12新特性介绍 20

3.3.1增强型多天线 20

3.3.2阵列天线系统和波束成形 20

3.3.3小小区 21

3.3.4 FDD-TDD载波聚合（Carrier Aggregation,CA） 21

3.4本章小结 22

第四章 LTE-A R12链路级仿真平台的研究 23

4.1 LTE-A R12链路级仿真平台概述 23

4.2 信道模型和参考信道 23

4.3 高阶MQAM技术的研究 25

4.3.1M进制QAM原理 25

4.3.2 256QAM的应用 26

4.4 LTE-A R12链路级仿真平台功能实现 28

4.4.1 仿真平台介绍 28

4.4.2 仿真测试 29

4.5 本章小结 31

第五章 全文总结与未来展望 32

5.1 论文工作总结 32

5.2 进一步研究方向 32

参考文献 33

致 谢 34

第一章 绪论

本章从论文的研究背景开始介绍，简略说明了该研究的意义，对于建立长期演进增强（Long Term Evolution-Advanced，LTE-A）系统的链路级仿真平台，概括介绍了其中的关键技术，接着说明了LTE-A Release12版本的新技术特点；最后阐明了论文的框架结构和研究工作过程。

1.1 论文的研究背景及意义

GSM等2G移动网络在过去二十年里覆盖到地球的每个角落，全球语音通信业务获得了前所未有的成功。而个人通信设备微型化和智能化不断增强，推动了人们对视频点播、在线游戏、多媒体信息等数据业务的巨大需求据预测，无线移动数据业务在未来十年将以指数级的速度进行增长，即10年里业务增长1000倍。爆炸性的市场需求隐藏着巨大的机遇，推动了以第三代伙伴项目（The 3rd Generation Partnership Project,3GPP）LTE无线接入技术为基础的第四代移动宽带系统（Fourth Generation Mobile Broadband System）在广泛范围内的建立，截至2015年12月仅中国就有总计3.86亿4G用户，并预计在2018年全球用户量将达到20亿。当前的商业化LTE部署都是建立在3GPP Release 8/9版本上的，也是LTE最早的版本。所以为了更好地服务于不断增长的运营商和终端用户，LTE无线接入技术仍在迅速发展以满足日益扩张的移动数据业务的需要。

2008年3月，3GPP确立了后向兼容LTE的LTE-A技术研究的工作计划，新技术首先满足了ITU-R的IMT-Advanced技术征集需求，同时自身性能在各个方面大大增强。作为LTE演进计划的第一个主要阶段，LTE-A首先出现在3GPP的R10标准（2010年完成）中。R10标准对LTE无线接入技术的扩展和增强主要体现在以下几个方面：提供传输带宽超过20MHz的可能性，通过载波聚合提高频谱灵活性，以一个扩展和更灵活的参考信号系统为基础的增强型多天线传输，使用LTE无线接入除了作为网络到终端的链接外作为无线回程的解决方案的可能性。2012年9月，R11版本冻结，除了进一步改善作为R10标准一部分的一些特性，LTE R11包括了多点协作传输/接收的基本功能和加强支持异构化部署（在大功率宏节点覆盖范围内部署低功率节点），进一步提升终端接收器的性能要求和支持全球移动通讯系统（GSM）、高速分组接入（HSPA）和LTE的多重标准基站也是Rel-11的一部分。

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