基于LTE系统的短帧通信及其导频信号映射图样的研究

摘要

高可靠低时延通信作为第五代移动通信系统(Fifth Generation Communications System，5G)的典型应用场景，要求将数据传输的空口时延控制在1ms以内。由于现行的长期演进(Long Term Evolution，LTE)系统空口时延在10ms左右，无法满足该场景下毫秒级别的时延要求，因此研究如何在现有LTE系统的基础上进行演进，从而满足5G的低时延要求是很有意义的。缩短LTE子帧长度被认为是一种可行的低时延技术方案，本文采用短帧技术，以实现5G低时延预演为研究目标，在现有LTE系统的基础上对下行链路进行短帧设计，主要研究和分析短帧导频图样对系统吞吐量和误码率的影响，并在车联网场景下提出一种自适应的短帧导频映射算法。 首先，本文在研究LTE系统下行链路物理层结构以及时频资源分布方式之后，对上下行链路通信时延的组成进行分析，介绍三种可行的降低时延方法。并接着对无线信道的传输特性进行研究，重点讨论多普勒频移、时延拓展、角度拓展三种信道衰落特性，介绍LTE系统的信道建模过程，并指出无线信道在车联网高速移动环境下将面临的主要问题。 其次，基于LTE系统下行链路，在保持子载波间隔不变的情况下，通过减少每个子帧内正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)符号个数，达到缩短子帧长度的目的。为解决现有短帧技术中存在的不足，并权衡系统吞吐量和系统误码率之间的关系，本文在时隙级短帧的基础上，以每个子帧为导频映射基本单位，给出一种适用于短帧的小区专用参考信号(Cell specific Reference Signals，CRS)图样映射方法。仿真实验结果表明，新设计的短帧导频图样可在满足LTE系统下行吞吐量要求的同时，降低系统的误码率，提高数据传输可靠性。 最后，将上述带有新导频图样的时隙级短帧应用于车联网通信中，以满足该场景对通信时延的要求。由于车联网环境下设备终端存在移动速度变化快的特点，针对短帧中导频信号的配置问题，提出根据当前车辆行驶的道路等级以及行驶道路的堵塞情况，采用不同周期进行帧内参考信号映射的自适应算法，即根据车辆行驶道路等级的不同，以及当前行驶过程中是否发生交通堵塞，来选择不同的周期进行帧内参考信号映射。仿真实验结果表明，此方案可以针对不同的车辆行驶环境，在保证一定误码率的前提下，提高系统的吞吐量，提高频谱资源利用效率。

目录

摘要

主要符号表

1．1研究的背景和意义

1．1．1研究的背景

1．1．2研究的意义

1．2国内外研究现状

1．3研究内容和创新点

1．4论文的组织结构

2．1引言

2．2．1 OFDM技术

2．2．2下行链路帧结构

2．2．3时隙结构和物理资源

2．2．4下行链路物理信道

2．2．5下行链路导频信号

2．3 LTE系统上下行链路时延分析

2．3．1上下行链路时延的组成

2．3．2上下行链路时延的性能

2．3．3 LTE系统中时延的降低办法

2．4无线信道的衰落特性

2．4．1多普勒频移

2．4．2时延扩展

2．4．3角度扩展

2．5 LTE系统的信道建模及其在车联网环境下面临的问题

2．6本章小结

第3章LTE下行短帧结构及其导频图样设计

3．1引言

3．2 LTE下行链路短帧的长度

3．3时隙级短帧导频信号的映射图样

3．3．1 LTE系统导频信号设计

3．3．2时隙级短帧导频信号映射图样设计

3．4实验结果与分析

3．5本章小结

第4章车联网环境下短帧通信的参考信号配置方案

4．2．1方案综述

4．2．2具体方案描述

4．3实验结果与分析

4．4本章小结

5．1本文总结

5．2研究展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

声明