LTE中上行SC-FDMA技术性能分析与仿真

编号：审定成绩：重庆邮电大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：LTE中上行SC-FDMA技术性能分析与仿真学院名称：通信与信息工程学生姓名：罗程专业：通信工程班级：0110910学号：2009210124指导教师：王永答辩组负责人：填表时间：2013年6月重庆邮电大学教务I摘要为了满足移动高速率数据业务的需求，同时也为了与新兴的无线网络接入技术竞争，第三代合作伙伴技术（3GPP）组织在3G技术的基础上提出3G的长期演进，即LTE。LTE作为准4G标准，它能够实现在20MHz的带宽下，实现上下行的高速率传输，具有前所未有的优势。同时LTE具有良好的抗多径性能，高的频谱利用率，大的系统容量等优点，使得LTE系统很具有研究价值。LTE下行链路采用了OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用）技术，具有很好的抗多径性能，但是OFDA系统的PAPR（PeaktoAveragePowerRatio，峰均比）特性逊色于SC-FDMA（Single-CarrierFrequency-DivisionMultipleAccess，单载波频分多址）技术，出于低的PAPR具有高的功率效率的考虑，最终选定了单载波频分多址技术作为LTE上行链路的方案。本文主要的研究工作体现在三个方面：第一部分是OFDM与SC-FDE（SingleCarrier-FrequencyDomainEqualization，单载波频域均衡）的基本原理与系统模型进行分析，比较了二者的优缺点与对偶性，并简单介绍了线性均衡与非线性均衡技术，分析了SC-FDE的帧结构；第二部分简单介绍了LTE的上下行信道的类型与功能，简单分析了PUSCH信道，介绍了SC-FDMA的系统模型，子载波映射方式与帧结构，对集中式（LFDMA）与分布式子载波映射（以IFDMA为代表）进行了误码率性能分析，分析了起始符号占用首位与第15位的误码率性能。仿真结果表明：在理想信道下，LFDMA与IFDMA的误码性能相当；而在其他信道条件下，LFDMA的性能都要好过IFDMA的误码率性能，起始符号占用首位子载波的LFDMA误码率性能最佳。第三部分，首先给出了PAPR的定义，给出了PAPR特性的分析方法，引入了CCDF（互补累积分布函数），分析了PAPR与功率效率的关系，让我们了解了低PAPR的优势，根据相关参数，搭建SC-FDMA的PAPR仿真平台。仿真分析了在不同调制方式下，LFDMA，IFDMA，DFDMA与OFDM的PAPR特性的差异。仿真中通过设置不同的滚降系数与不同的脉冲成形滤波器类型，分析其对SC-FDMA信号的PAPR特性的影响，得出结论就是随着滚降系数的重庆邮电大学本科毕业设计（论文）II增大，SC-FDMA的PAPR会减小，QPSK的PAPR性能优于16QAM调制。结论总结为SC-FDMA的PAPR特性优于OFDM系统。【关键词】长期演进正交频分复用单载波频域均衡子载波映射单载波频分多址峰均比误码率重庆邮电大学本科毕业设计（论文）IIIABSTRACTInordertomeetthedemandsofthemobilehigh-speeddataservices,andcompetewithemergingwirelessnetworkaccesstechnology,ThirdGenerationPartnershipProject(3GPP)hasproposedthe3Glongtermevolution(3GLTE),whichisoriginatedin3G.Owningthegreatperformanceatresistancetomultipatheffect,highdatarateswithin20MHzbandwidth,andhighsystemcapacity,LTEhasplayanimportantroleintelecommunicationstudy.3GPPWorkingGroupdesignatesOFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)asthedownlinktransmissionscheme.OFDMhasagoodanti-multipathperformance,butithasanunsatisfactoryPAPR(PeaktoAveragePowerRatio),what’smore,highPAPRwilldegradethepowerefficiency.TheWorkingGrouppicksSC-FDMA(Single-CarrierFrequency-DivisionMultipleAccess)out,thelowPAPRofSC-FDMAcontributetothedesignationthatSC-FDMAbecomesLTEuplinktransmissionscheme.Themajorresearchworkofthispaperreflectedinthreeaspects.Inthefirstpart,thebasicprincipleandsystemofOFDMandSC-FDE(SingleCarrier-FrequencyDomainEqualization)areintroducedfirst.Thencomparingtheadvantagesanddualityoftwosystems,thelinearandnonlinearequalizerandtheframestructureofSC-FDEareintroduced.ThesecondpartdescribesthetypeandfunctionofLTEuplinkanddownlinkchannels,makesasimpleanalysisofthePUSCH(PhysicalUplinkSharedChannel)andframestructureofSC-FDMA,thenintrudestwosubcarriersmapping,i.e.localizedanddistributed.ThenthesimulationofBERperformanceofLFDMAandIFMDAareprovided.SimulationresultsshowthattheBERperformanceofLFDMAandLFDAMisconsiderableintheidealchannel,whileinotherchannels,theperformanceofLFDMAisoutstandingcomparedwithIFDMA.Inlast,theresultsshowthatsignals’startingsymboloccupyingthefirstandthe15thsubcarrierhasadifferentBERperformance,LFDMAthatsignals’startingsymboloccupyingthefirstsubcarrierhasthebestperformance.ThelastsectionfirstgivesthedefinitionofthePAPR,andintroducesCCDF(ComplementaryCumulativeDistributionFunction)toanalyzePAPR.ThenitgivesaglanceattherelationshipoflowPAPRandhighpowerefficiency.TheresultsofsimulationthatdescribesthecharacteristicsofPAPRindifferentmodulations,roll-offfactors,subcarriermappingsanddifferenttypesofpulseshapingfilter,showthatthecharacteristicsofPAPRIFDMAisexcellent,thecharacteristicsofPAPRofQPSKmodulationisbetterthan16QAMmodulationinsamecondition,andPAPRofSC-FDMAwilldecreasewiththeincreaseofroll-offfactor.Inaword,thePAPRcharacteristicsofSC-FDMA’sarebetterthanOFDM’s.【Keywords】LTEOFDMSC-FDEsubcarriermappingoptimizationSC-FDMAPAPRBER重庆邮电大学本科毕业设计（论文）IV目录前言.................................................................1第一章LTE技术的简单介绍..............................................2第一节LTE技术的发展背景..........................................2一、UMTS长期演进的背景..........................................2二、LTE的需求和目标.............................................3三、LTE项目时间.................................................4第二节LTE上行多址技术的研究现状..................................4第三节本文主要研究内容以及结构....................................5第四节本章小结....................................................6第二章单载波频域均衡（SC-FDE）技术...................................7第一节OFDM技术...................................................7一、OFDM技术的发展..............................................7二、OFDM技术的基本原理..........................................7三、OFDM的优缺点................................................9四、OFDM的参数设置.............................................10第二节OFDM与SC-FDE的比较.......................................12一、SC-FDE技术的基本原理.......................................12二、OFDM与SC-FDE的对偶性......................................13三、OFDM与SC-FDE的同异........................................14第三节均衡技术...................................................15第四节SC-FDE的帧结构............................................16第五节本章小结...................................................17第三章单载波频分多址（SC-FDMA）技术............