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ltea报告译文

CARRIERAGGREGATIONFORLTE-ADVANCED:

UPLINKMULTIPLEACCESSAND

TRANSMISSIONENHANCEMENTFEATURES

LTE-Advanced的载波聚合：

上行多址接入和

传输增强功能

YUNRUI,CHINESEACADEMYOFSCIENCESANDSTATEKEYLABOFISN

PENGCHENG,SHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITY

MINGQILI,CHINESEACADEMYOFSCIENCES

Q.T.ZHANG,NANJINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONS

MOHSENGUIZANI,QATARUNIVERSITY

云瑞，中国科学院和ISN国家重点实验室

上海交通大学程鹏

李明启，中国科学院科学

Q.T.张，南京邮电大学

穆赫辛GUIZANI，卡塔尔大学

ABSTRACT

Multipleaccessandtransmissionenhancementinsupportofcarrieraggregationtechniqueshasbeenactivelystudiedinthe3GPPLTEAdvancedstandardizationprocessofthenextgenerationmobilebroadbandcommunicationsystems.Bymeansofcarrieraggregation,userscanaccessatotalbandwidthofupto100MHzinordertomeettheIMT-Advancedrequirements.Thisarticlefirstintroducesandcomparesseveral

uplinkmultipleaccessschemesinLTE-Advancedstandard.Technicalchallengesarisingfromtheuseofcarrieraggregationisthenaddressed,withfocusonreferencesignalsdesignforuplinktransmission.Meanwhile,variouscandidateoptionsaresummarizedandcomparedintermsoftheirsystemperformance,computationalcomplexity,anddesignflexibility.Thearticlefurtherproceedstoinvestigatethelinkperformancewithcarrieraggregation,takingintoaccountthepresenceoffrequencyoffsetandfastfadingintheuplinkchannel.Numericalresultsarealsopresented,whichindicatethatadvancedsignalprocessingalgorithmsshouldbefurtherstudiedandoptimizedtoensurereliableoperationofthe3GPPLTE-Advancedinhighmobility

摘要

LTEAdvanced在3GPP标准化的下一代移动宽带通信系统的过程中，多个接入和传输增强，以支持载波聚合技术已被积极地研究。

通过载波聚合，用户可以访问的总带宽高达100MHz，以满足IMT-Advanced的要求。

本文首先介绍和比较了几种

上行多址接入方案在LTE-Advanced的标准。

然后使用载波聚合技术所带来的挑战，重点参考信号设计用于上行传输。

同时，各种候选方案进行了总结和比较他们的系统的性能，计算复杂性，和设计灵活性。

的文章进一步进行调查载波聚合的链路性能，同时考虑到存在的频率偏移和上行链路中的信道快衰落。

数值结果还提出，这表明，先进的信号处理算法，应进一步研究和优化，以确保可靠运行的3GPPLTE-Advanced的高迁移率

INTRODUCTION

Tomeettheincreasingdemandforwirelessbroadbandservicesfromfast-growingmobileusers,theInternationalTelecommunicationUnion（ITU）hasendeavoredinthedevelopmentoftheterrestrialradiointerfacerecommendationsforthenext-generationmobilecommunicationsystems,endingupwithatechnicalstandardusuallyknownasInternationalMobileTelecommunications-Advanced（IMTAdvanced）.Asindicatedintheresultingtechnicalspecifications[1],thekeyfeatureofIMT-Advancedsystemsisthattheirenhancedpeakdataratesshouldsufficetosupportadvancedservicesandapplications,reachingupto1Gb/sinstaticenvironmentand100Mb/sinhigh-speedmobileenvironments.

简介

为了满足快速增长的移动用户的无线宽带服务的需求不断增加，国际电信联盟（ITU）一直致力地面无线电接口建议在发展新一代移动通信系统，结束了与通常的技术标准被称为国际移动通信高级（IMTAdvanced）。

如上技术规范[1]，IMT-Advanced系统的主要特点是其增强的峰值数据率应足以支持先进的服务和应用，达到1Gb/s的静态环境和100Mb/s的在高速移动环境。

TheeffortsoftheITUreceiveactiveresponsesfromthewirelesssector.Shortlyafterthe

releaseof[1],theThirdGenerationPartnershipProject（3GPP）completeditsLongTermEvolution（LTE）standardsfamilyRelease8（Rel.8）in2009,whichdefinesandspecifiesnewfunctionalities,characteristicsandkeytechnologiesforbeyond3G（B3G）mobilesystems.FurtherenhancementovertheLTEiscurrentlyunderinvestigationintheLTE-Advanced（LTE-A）standardizationprocess,aimingtomeet,orevenexceed,theIMT-Advancedrequirementsondatarates,transmissionbandwidthandmobility[2]whilepreservingbackwardcompatibilitywithLTEsystems.Forbackwardcompatibilityandflexiblebandwidthallocationtodifferentusers,carrieraggregation（CA）hasbeenproposedasakeytechnologyforLTE-Awherebymultiplecomponentcarriers（CC）canbeflexiblyaggregatedtosupportvaryinghighdataratesandwidebandwidthonademandbasis.EachCChasthesamestructureasthatusedinLTERel.8,implyingthatCAdoesnotrequirenotablechangesintheLTEphysicallayerstructure,asopposedtomanyothercandidateschemes.

国际电联的努力收到来自无线部门的积极响应。

不久后，

释放[1]，第三代合作伙伴计划（3GPP）完成了其长期演进（LTE）标准的家庭第8版（相对8）在2009年，它定义并指定新的功能，特点和关键技术，超越3G（B3G）移动通信系统。

进一步加强在LTE（LTE-A）的LTE-Advanced的标准化进程，目前正在调查中，旨在满足，甚至超过IMT-Advanced的要求的数据传输速率，传输带宽和移动性[2]，同时保持向后兼容性LTE系统。

为了向后的兼容性和灵活的带宽分配给不同的用户，载波聚合（CA）已建议作为一项关键技术，LTE-A的多个分量载波（CC）可以灵活合并，以支持不同的高数据传输速率和高带宽需求基础。

每个CC具有相同的结构，用于在LTE相对。

8，这意味着该CA不要求在LTE的物理层结构的显着的变化，相对于许多其他的候选方案。

Clearly,carrieraggregationenablesaflexiblefrequency-bandwidthallocationamongusersofvaryingdatarateswhich,whenusedalongwithmulti-carriermodulationforbackwardcompatibilitywithLTERel.8,constitutesabasicframeworktosupportthephysicallayerofLTE-A.Thiscombinedtechnology,thoughenjoyingtheadvantageofsystemflexibilityandeaseofimplementation,doesbringinanumberofnewchallengesamongwhich,multipleaccessshouldbeconsideredinpriority,especiallyforuplinktransmissionduetotheconsiderationofpower-amplify（PA）efficiencyorequivalently,thecoveragearea.Needlesstosay,manydominatingtechniquesinLTERel.8hastobemodifiedorredesignedtoenabletheincorporationofCAintoMA.Specifically,theadoptionoftheCAtechniquerequirestheLTE-Atohavethecapabilityofhandlingvariouscomponentcarrierswhichusuallyoperateatdifferentfrequencies,

differentbandwidths,andtherefore,cansufferfromvaryingpropagationloss,fadingconditionsandinterference.Assuch,twoissuesmustbeaddressed.First,theuplinkdemodulationreferencesignals（DMRS）mustbecarefullydesignedtoensuretheperformanceofthecorrelationreceivers,especiallyforsystemconfigurationswithmultiuserMIMO（MU-MIMO）ofunequalbandwidthallocation.Second,weneedtodeterminethelinkperformancewithCA,morespecifically,theuplinkperformancewithfrequencyoffsetsandfastfading.Dopplerfrequencyshiftsandtime-selectivechannelscanbreaktheorthogonalityamongsubcarriersandthereforeproducesignificantintra-CCinterferenceandinter-CCinterference.Numericalresultsindicatethatadvancedsignalprocessingalgorithmsshouldbefurtherstudiedandoptimizedtosupporttheoperationinhighmobility.

显然，载波聚合技术可以实现灵活的频率带宽分配，用户之间不同的数据传输速率，一起使用时向后兼容性与LTE相对多载波调制。

8，构成一个基本的框架，以支持LTE-A的物理层。

这种结合的技术，虽然享受系统的灵活性和易于实施的优点是，带来了一些新的挑战之间，多个接入应优先考虑，特别是对上行链路的发送，由于考虑功率放大（PA）的效率或等价地，在覆盖区域。

不用说，许多主导技术LTE相对。

8具有被修改或重新设计，以使掺入到MACA。

具体而言，采用的CA技术需要有能力处理通常工作在不同频率的各个分量载波的LTE-A的不同的带宽，因此，可以承受从不同的传播损耗，衰落条件和干扰。

因此，有两个问题必须加以解决。

首先，上行链路的解调参考信号（DMRS），必须仔细地设计，以确保相关接收器的性能，特别是对于与不等的带宽分配的多用户MIMO（MU-MIMO）的系统配置。

其次，与CA，更具体地，频率偏移和快速衰落的上行链路的性能，我们需要确定链路的性能。

多普勒频移和时间选择性信道可以破坏子载波间的正交性，并因此产生重大-CC内部干扰和CC间的干扰。

数值结果表明，先进的信号处理算法，应进一步研究和优化，以支持高流动性的操作。

Thecontributionsofthisarticlearefour-fold.First,anin-depthcomparisonismadebetweenvariouscandidateMAschemesinsupportofCA,aimingtorevealtherationalebehindthefinalchoiceofthesingle-carrierfrequency-divisionmultipleaccessschemeN×SC-FDMA.Second,theuplinkreferencesignaldesignisconsidered,whereboththeexistingandproposedsolutionstoreducethePAPRofreferencesignalshavebeencomparedinsupportofCA.Ontheotherhand,asforcontrolsignalingdesignofMU-MIMOparingwithnon-equalbandwidthallocation,bothorthogonalcovercode（OCC）andcyclicshift（CS）areimplicitlysignaledtoguaranteetheorthogonalityofDMRS.Third,wedemonstratethattheeffectofcarrierfrequencyoffset（CFO）onN×SCFDMAinuplinktransmissiondiffersfromitscounterpartonmulticarrierandsingle-carriersystems,revealingthatproperlydesigningthesubbandbandwidthcanleadtoamorerobustsystem.Finally,weevaluatetheuplinkperformanceofLTE-AsystemwithCAoperatinginhighmobilityenvironmentsthroughnumericalandanalyticalresults,whichmayofferinsightstothecurrentLTE-railway（LTE-R）evolvement.

本文的贡献是四倍。

首先，深入比较在各种候选MA计划之间在加利福尼亚州的支持，旨在揭示背后的理由最终选择了单载波频分多址接入方案N×SC-FDMA。

其次，上行参考信号的设计被认为是现有和拟议的解决方案，以减少参考信号的PAPR，已经比较支持的CA。

另一方面，为控制信令设计的MU-MIMO配对与不相等的带宽分配，正交覆盖码（OCC）和循环移位（CS）被隐式信号，保证解调导频序列的正交性。

第三，我们展示的效果载波频率偏移（CFO）对N×SCFDMA上行链路传输中不同于其对应的多载波和单载波系统，揭示正确设计频带带宽可导致更强大的系统。

最后，我们评估LTE-A系统的上行链路性能，在高流动性环境与载波聚合（CARRIERAGGREGATIONCA）操作系统通过数值模拟和分析的结果，这可能提供对LTE铁路（LTE-R）演变的见解。

Therestofthearticleisorganizedasfollows.UplinkMAtransmissionschemeisintroduced.Thesectionafterthatisdedicatedtotechnicalchallenges,suchasuplinkreferencesignaldesign,performanceanalysisinpresenceofCFOforuplinktransmission,andlinkperformanceevaluationforfastfadingchannels.Wethensummarizethearticlewithconcludingremarks

文章的其余部分安排如下：

MA上行传输方案介绍。

本节之后，专门的技术挑战，如上行参考信号的设计，性能分析存在上行传输的载波频率偏移CFO（Carrierfrequencyoffset），和快衰落信道的链路性能评价。

然后，我们总结文章结束语

UPLINKMULTIPLEACCESSTECHNIQUESINSUPPORTOFCA

上行多址接入技术支持载波聚合

ThemultipleaccessschemeshouldfirstbedecidedinLTE-Astandardizationsinceitwillinfluencetheotherpartsofthesystem.ThreecandidateMAschemescansupportCAandbackwardcompatibilitywithLTERel.8[4]:

theyareOFDMA（withoutDFTspread）,discreteFouriertransformSpreadorthogonalfrequency-divisionmultipleaccess（DFT-S-OFDMA）withclusteredsubcarriermapping（clusteredDFT-SOFDMA）,andN×SC-FDMA.ThelattertwoschemessignificantlyoutperformOFDMA,nomatterwhetherintermsofPAPRoramoreaccuratecubicmetric（CM）.ItwasoncearguedthatOFDMAcouldhelpsimplifyreceiverimplementation,especiallywhenusedinMIMOenvironmentstoachievespatialmultiplexing.However,sugsequentanalysisandsimulationresultsrevealedthatMIMO-SC-FDMAwithaturbosuccessiveinterferencecancellation（Turbo-SIC）receiverachievessimilarcomplexityanderrorperformanceasthoseofMIMO-OFDMAwithaQRdecompositionmaximumlikelihood（QRD-ML）receiver,therebyeliminatingtheOFDMAschemefromthefinalcandidatelistforuplinktransmission

多址接入方案应首先在LTE-A标准化决定，因为它会影响系统的其他部分。

三个候选均线方案可以支持CA和向后兼容性与LTE相对。

8[4]：

它们