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四川师范大学成都学院电路与电子技术课程设计TD-LTE主要技术学生姓名曾超学号2012101319所在学院通信工程学院专业名称通信工程班级2012级移动通信2班指导教师胡迎刚成绩四川师范大学成都学院二○一五年五月四川师范大学成都学院课程设计报告II课程设计任务书学生姓名曾超学生学号2012101319学生专业通信工程学生班级2012级移动通信2班指导教师胡迎刚职称讲师发题日期2015年3月20日完成日期2015年5月28日设计题目TD-LTE主要技术设计目的：通过此次设计，让我对4G通信有了更深的认识，对4G通信网主要技术认识更加深刻的认识。对4G技术优势进行分析，对4G通信中采用正交频分复用（OFDM）和多入多出（MIMO）的技术进行浅析。具体任务及要求：1.拟定论文方案,建立TD-LTE的知识架构2.查阅资料，各方面分析TD-LTE的技术优势3.从频率方面分析技术优势，了解正交频分复用的技术原理4.从信号的接受也发送方面，了解多天线技术的收发原理5.从干扰抑制方面，了解各种干扰抑制技术的抗干扰原理课程设计进度安排：序号内容安排时间1建立论文框架3.20-3.302收集关于TD-LTE的资料3.31-4.103了解正交频分复用的技术原理4.11-4.204了解多天线技术的收发原理4.21-4.305了解各种干扰抑制技术的抗干扰原理5.1-5.28课程设计参考文献：[1]章坚武：移动通信[J]西安电子科技大学出版社，2013，P5-29，P70-82[2]华成英、童诗白：集成运算放大电路[J]，模拟电子基础，2006，P185-187[3]何方白、蒋青：现代通信概论[M]，人民邮电出版社，2011，P256-P258指导教师签字院长审核签字四川师范大学成都学院课程设计报告IIITD-LTE主要技术内容摘要：TD-LTE技术是介于第三代移动通信技术基于第四代移动通信技术直接的一个过渡，是3.9G的标准。采用正交频分复用（OFDM）和多入多出（MIMO）的技术，改进了3G的空中传输技术，使得网络传输速度和带宽得到显著提高。关键词：MIMOOFDMTD-LTEMajorTechnologyAbstract：TD-LTEtechnologyisatransitionbetweenthethirdgenerationmobilecommunicationtechnologyandthefourthgenerationmobilecommunicationtechnology.Itisthestandardof3.9G.Thetechnologyoforthogonalfrequencydivisionmultiplexing(OFDM)andmultiinput(MIMO)isimproved,andtheairtransmissiontechnologyof3Gisimproved,andthespeedandbandwidthofthenetworkisimprovedsignificantly.Keywords：MIMOOFDM四川师范大学成都学院课程设计报告IV目录前言...............................................................11TD-LTE的技术优势...............................................11.1速率优势...................................................11.2网络结构...................................................21.3网络结构...................................................22正交频分复用（OFDM）...........................................32.1OFDM原理..................................................32.2OFDM的核心操作............................................42.3OFDM的优势................................................52.4OFDM的缺点................................................53多天线技术（MIMO）...............................................53.1MIMO技术的分类............................................63.2LTE的传输模式..............................................73.3MIMO系统的极限容量........................................73.4MIMO技术的缺点............................................84小区干扰抑制技术.................................................94.1小区干扰抑制技术............................................9参考文献...........................................................10四川师范大学成都学院课程设计报告1TD-LTE主要技术前言随着现代移动通信的快速发展，移动网络的变得复杂且庞大，现有的移动网络无法满足TD-LTE(LongTermEvolution)是在TD-SCDMA的技术基础上长期演进出来的，是为了满足越来越高的数据传输需求，为了与WiMAX竞争。截至2014年底中国移动互联网用户数7.3亿，其中超5亿用户利用移动客户端连接互联网，建设高带宽，高速移动网络成了现阶段运营商最主要的业务。以满足日益增长的数据流量传输。LTE的出现提升了用户对通信业务的体验，提升了运营商的利润空间。1TD-LTE的技术优势1.1速率优势在通信业务下降，数据业务上升的现在。运营商提供高速数据传输业务成了迫切的需求，TD-LTE系统是目前从成本，组网时间，速率要求都能满足的最佳选择，其数据传输速度与其他系统的比较如表1-1所示。通信系统下行理论峰值速率上行理论峰值速率GPRS(CS1~4，MS最大8时隙)171.2kbit/s171.2kbit/sEDGE(MCS1~4，MS最大8时隙)473.6kbit/s473.6kbit/sHSDPA14.4Mbit/s5.7Mbit/sHSDPA+(2*2MIMO,16QAM)28.8Mbit/s11.4Mbit/sTD-LTE(20MHz)100Mbit/s50Mbit/sCDMA2000EV-DORevA3.1Mbit/s1.8Mbit/sUMTSWCDMAR992Mbit/s768Kbit/s表1-1国内通信系统传输速率比较四川师范大学成都学院课程设计报告21.2网络结构LTE的是扁平化的网络结构，媒体面和控制面分离，又与传统网络互通。与传统网络相比减少了CS域，将CS域整合到IP中，由IP承载语音数据。LTE网络结构中提供接入网的e-NodeB和提供控制面的E-UTRAN组成。MME、S-GV和P-GV组成核心网EPC。其网络结构如图1-1所示图1-1LTE网络结构1.3网络结构LTE的是扁平化的网络结构，媒体面和控制面分离，又与传统网络互通。与传统网络相比减少了CS域，将CS域整合到IP中，由IP承载语音数据。LTE网络结构中提供接入网的e-NodeB和提供控制面的E-UTRAN组成。MME、S-GV和P-GV组成核心网EPC。其网络结构如图1-1所示图1-1LTE网络结构四川师范大学成都学院课程设计报告32正交频分复用（OFDM）频分复用是在宽频信道上分成几个正交的子信道，将高速的数据信号转换成并行的低速子数据流，调制在每个子信道上进行传输。在通信系统中，传输一路信号所需的带宽实际上比信道所提供的带宽要小得多。如果该信道只传输一路信号，是非常浪费的，为了让信道利用率提高，使用频分复用的方法是最好的。2.1OFDM原理频移监控和正交幅度调制都可以对一个OFDM符号之内的载波进行调制，OFDM符号可以从t=表示为：（2-1）T为OFDM符号宽度，N为子信道个数,是第0个子载波的载波频率，rect(t)=1,|t|。接收端，子载波的正交性：(2-2)然后对2-1中的第j个子载波进行解调：==(2-3)由式子可知，信号恢复为，由于在积分间隔内，其他载波的频率差别（i-j）/T可以产生整数倍个周期，使得积分结果等于零。根据2-1可得，在一个OFDM符号周期T中，有多个非零的子载波。实际上OFDM符号满足奈奎施特准则，每个子信道频谱之间没有干扰。如图2-1所示:四川师范大学成都学院课程设计报告4图2-1子信道的频谱图2.2OFDM的核心操作图2-2OFDM信号的调制与解调在调制过程中，有一个数值代换过程。比如00对应得是—1+i。它将单一的串行数据加入虚部，使得进行复数的FFT变换更容易，并且增加了冗余度。增加的冗余度虽然降低了效率，但是降低了误码率的。在数字信号处理中，傅里叶变换是获取信号频域特征的原理。但是傅里叶变换计算量大，用的时间长，不利于计算机的处理。而基于傅里叶变换的FFT快速离散傅里叶计算方法，可以在实际工程得到应用编码调制串并转换IFFT并串转换加入保护间隔D/AA/D串并转换去除保护间隔FFT并串转换解调译码四川师范大学成都学院课程设计报告5OFDM中考虑到频谱效率和符号间的干扰插入循环前缀CP是主要方法。在信号强度好时，CP的长度是4.68705us，频谱效率是最高。在信号强度弱是，CP长度能达到33.33us，可以避免符号间干扰和子载波间的干扰。因为CP的长度消耗了频谱资源。2.3OFDM的优势第一，抗信号衰落能力强。多子载波传输系统将信号的传输时间比相同速率的单载波系统信号时间长去多倍。让OFDM系统让信号的快衰落影响减小，脉冲噪声也更小。OFDM中的子信道使用正交的子载波，提高了频率利用率。在信号情况良好时，采用高阶调制方式，让系统大量数据在信道上高数传输。而信号差时，采用低阶调制，让系统拥有更好的抗干扰能力。此外，抗码间干扰（ISI）能力强。码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰，它与加性的噪声干扰不同，是一种乘性的干扰。造成码间干扰的原因有很多，实际上，只要传输信道的频带是有限的，就会造成一定的码间干扰。OFDM由于采用了循环前缀，对抗码间干扰的能力很强。2.4OFDM的缺点由于OFDM系统中的载波数比较多，多载波叠加后的造成峰值平均功率比（PAPR—PeaktoAveragePowerRatio），让载波信号进入功率放大区的非线性区域，使得信号非线性失真，造成明显的频谱扩展干扰以及带内信号畸变，导致整个系统性能严重下降。OFDM系统虽然保证了小区内用户的正交性，但无法实现自然的小区间的多址，让OFDM系统出现小区间频域不协调，小区间的干扰。3多天线技术（MIMO）无线通信系统中可以利用的资源只有时间、功率、频率、空间。在2G和3G通信中已经将前三者利用殆尽。开发新的技术以支持通信系统的发展，LTE系统空间资源和频率资源的重新开发，大大提升了系统性能。使用多个天线在在收发四川师范大学成都学院课程设计报告6两端同时使用多跟天线，不同天线又采用不同频率，扩展了空间域，充分利用了空间扩展所提供的特征，从而使系统容量提高。3.1MIMO技术的分类传输分集(TransmitDiversity)：采用大间距的赋形之间或者天线阵元之间的没有相关联性，向一个终端接受或者发射同一个数据流，