IMT-Advanced多用户系统级仿真平台设计与系统性能评估

论文摘要

IMT-Advanced相对于传统系统具有更高的数据速率、更广泛的业务应用和更高质量的移动服务。为满足IMT-Advanced系统的要求,多天线、多点协作、频谱聚合、多址、中继等一系列关键技术被提出,以提高频谱效率和系统性能。为验证IMT-Advanced候选技术是否满足ITU的最小需求,迫切需要有一套统一的、科学的、有效的评估方法,也亟需一个公共的关键技术仿真平台对各种关键技术进行仿真比较和验证,并为第三方评估提供技术支撑。本论文的工作依托于国家重大专项"IMT-Advanced关键技术仿真平台”,主要工作包括IMT-Advanced下行多用户系统级仿真平台的设计与实现和系统性能的评估。本文首先深入研究了IMT-Advanced评估方法学及相关的评估过程,完成了下行多用户系统级仿真平台的总体框架设计和功能模块划分,并详细论述了各模块的功能与实现方法。并以3GPP LTE-A为例,给出了仿真平台的一致性校准步骤及结果。其次,论文分析了IMT-Advanced系统仿真的复杂度,结果表明大量仿真链路导致的硬盘文件数据的存储和读取占据了大量的仿真时间,因此,仿真效率是制约关键技术评估的一个瓶颈。针对这一问题,本文从内存机制和仿真模型两个方面入手,提出了一系列的平台优化和改进策略。优化前后的性能比较结果表明,高效的内存管理机制和合理的仿真模型简化可以将仿真速度提升约10倍。然后,本文从帧结构、频谱配置、CSI测量与反馈、HARQ机制和控制信道开销计算等方面分析了TDD系统与FDD系统的评估差异,研究了TD-LTE-Advanced系统的预编码技术、CSI反馈及HARQ机制,在增强的多天线技术下评估了TD-LTE-Advanced系统在ITU四个主要场景中的性能,并将其与LTE Release 8的性能做了对比分析。评估结果表明,4×2的天线配置下SU-MIMO可以满足InH及RMa场景下ITU的需求,但不满足UMi及UMa下的需求。4×2MU-MIMO和8×2 MU-MIMO能够满足所有场景下的需求,并可以通过预编码和用户组选择方案的优化继续提升性能。因此在城区环境下需引入更高级的多天线技术,以进一步提高性能,满足系统在容量、覆盖和其他方面的需求。论文最后对全文进行了总结,指出了系统评估的下一步研究方向,如异构网络融合和60GHz短距离无线通信等未来移动通信技术所需要的新的仿真建模和评估方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 IMT-Advanced的标准化工作
• 1.2 IMT-Advanced评估方法学
• 1.2.1 评估指标与方法
• 1.2.2 测试场景
• 1.3 主要研究工作及成果
• 1.4 论文结构
• 第二章 IMT-Advanced下行多用户系统级仿真平台设计
• 2.1 仿真平台开发环境及总体流程
• 2.2 仿真模块的设计与实现
• 2.2.1 小区拓扑与用户生成模块
• 2.2.2 无线信道模块
• 2.2.3 小区选择与切换模块
• 2.2.4 资源分配与调度模块
• 2.2.5 链路自适应模块
• 2.2.6 干扰计算与接收判断模块
• 2.2.7 数据统计与输出模块
• 2.3 仿真平台的一致性校准
• 2.4 仿真平台的优化
• 第三章 TD-LTE-A系统的评估
• 3.1 TDD与FDD评估差异分析
• 3.2 TD-LTE-A的预编码
• 3.2.1 SU-MIMO的预编码
• 3.2.2 MU-MIMO的预编码
• 3.3 TD-LTE-A的CSI
• 3.4 TD-LTE-A的HARQ
• 3.5 系统评估结果
• 3.5.1 仿真假设
• 3.5.2 TD-LTE-Advanced评估结果
• 3.5.3 评估结果总结
• 第四章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文