LTE网络下载速率的提升办法毕业设计.docx
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LTE网络下载速率的提升办法毕业设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
摘要
近年来移动用户对高速率数据业务的要求，LTE系统设计之初，其目标和需求就非常明确：
降低时延、提高用户传输数据速率、提高系统容量和覆盖范围、降低运营成本。
LTE（LongTermEvolution）是指3GPP组织推行的蜂窝技术在无线接入方面的最新演进，对应核心网的演进就是SAE（SystemArchitectureEvolution）。
本文主要分析如何提高LTE网络下载速率。
下载率异常主要有吞吐率偏低和吞吐率波动（掉坑、裂缝）两种表现。
解决办法主要是进行LTE速率优化。
关键词：
长期演进；下行吞吐率；优化；电平值
Abstract
Inrecentyears,usersofhigh-speedmobiledataservicesrequirements,LTEsystemdesignatthebeginning,itsgoalsandneedsisveryclear:
toreducelatencyandimprovetheuserdatatransferrate,improvesystemcapacityandcoverageandreduceoperatingcosts.LTE（LongTermEvolution）isthelatestevolutionofthe3GPPcellularorganizationimplementingthewirelessaccesstechnology,thecorenetworkisevolvedcorrespondingtoSAE（SystemArchitectureEvolution）.
ThispapermainlyanalyzeshowtoimproveLTEnetworkdownloadspeeds.Downloadanomaliesaremainlylowthroughputandthroughputfluctuations（outpits,cracks）intwoforms.Themainsolutionisoptimized.
Keywords:
LTE;DLThroughput;Optimization;RSRP
第1章LTE产生的背景与技术支持
1.1LTE所产生的市场背景
随着GSM等移动网络在过去的20年中的广泛普及，全球语言通信业务获得了巨大的成就，目前，全球的语音用户已超过了18亿。
同时，我们的通信习惯也从以往的点到点（PlacetoPlace）演进到人与人。
由于CDMA通信系统形成的特定历史背景，3G所涉及的核心专利被少数公司持有，在IPR上形成了一家独大的局面。
专利授权费用已成为厂家承重负担。
可以说，3G厂商和运营商在专利问题上处处受到制肘，业界迫切需要改变这种不利局面。
是由于近年来移动用户对高速率数据业务的要求，同时新型无线宽带接入系统的快速发展，如WiMax的出现，给3G系统设备商和运营商造成了很大的压力。
面对高速发展的移动通信市场的巨大诱惑和大量低成本，高带宽的无线技术快速普及，众多非传统移动运营商也纷纷加入了移动通信市场，并引进了新的商业运营模式。
大量的酒店、度假村、咖啡厅和饭馆等，由于本身业务激烈竞争的原因，提供免费WiFi无线接入方式，通过因特网可以轻易的查询到这类信息。
最近，网络服务提供商“SKYPE”更在这些免费的无线宽带接入基础上，新增了几乎免费的语音及视频通信业务。
这些新兴力量给传统移动运营商带来了前所未有的挑战，加快现有网络演进，满足用户需求，提供新型业务成为在激烈的竞争中处于不败之地的唯一选择。
与此同时，用户期望运营商提供任何时间任何地点不低于1Mbps的无线接入速度，小于20ms的低系统传输延迟，在高移动速率环境下的全网无缝覆盖。
而最重要的一点是能被广大用户负担得起的廉价终端设备和网络服务。
这些要求已远远超出了现有网络的能力，寻找突破性的空中接口技术和网络结构看来是势在必行。
与WiFi和WiMAX等无线接入方案相比，WCDMA/HSDPA空中接口和网络结构过于复杂，虽然在支持移动性和QoS方面有较大优势，但在每比特成本、无线频谱利用率和传输时延等能力方面明显落后。
根据3GPP标准组织原先的时间表，4G最早要在2015年才能正式商用，在这期间传统电信设备商和运营商将面临前所未有的挑战。
用户的需求、市场的挑战和IPR的制肘共同推动了3GPP组织在4G出现之前加速制定新的空中接口和无线接入网络标准。
2004年11月，3GPP加拿大多伦多“UTRAN演进”会议收集了无线接入网R6版本之后的演进意见，在随后的全体会议上，“UTRA和UTRAN演进”研究项目得到了二十六个组织的支持，并最终获得通过。
这也表明了3GPP组织运营商和设备商成员共同研究3G技术演进版本的强烈愿望。
显著的提高峰值传输数据速率，下行链路达到100Mb/s，上行链路达到50Mb/s；在保持目前基站位置不变的情况下，提高小区边缘比特速率；显著的提高频谱效率，例如达到3GPPR6版本的2~4倍；无线接入网的时延低于10ms；显著的降低控制面时延（从空闲态跃迁到激活态时延小于100ms（不包括寻呼时间））；支持灵活的系统带宽配置，支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz带宽，支持成对和非成对频谱；支持现有3G系统和非3G系统与LTE系统网络间的互连互通； 更好的支持增强型MBMS；系统不仅能为低速移动终端提供最优服务，并且也应支持高速移动终端，能为速度>350km/h的用户提供100kbps的接入服务；实现合理的终端复杂度、成本、功耗；取消CS域，CS域业务在PS域实现，如VOIP。
1.2LTE所采用关键技术
1.2.1采用OFDM技术
OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）属于调制复用技术，它把系统带宽分成多个的相互正交的子载波，在多个子载波上并行数据传输；
各个子载波的正交性是由基带IFFT（InverseFastFourierTransform）实现的。
由于子载波带宽较小（15kHz），多径时延将导致符号间干扰ISI，破坏子载波之间的正交性。
为此，在OFDM符号间插入保护间隔，通常采用循环前缀CP来实现；
下行多址接入技术OFDMA，上行多址接入技术SC-FDMA（SingleCarrier-FDMA）。
OFDM也是一种频分复用的多载波传输方式，只是复用的各路信号（各路载波）是正交的。
OFDM技术也是通过串/并转换将高速的数据流变成多路并行的低速数据流，再将它们分配到若干个不同频率的子载波上的子信道中传输。
不同的是OFDM技术利用了相互正交的子载波，从而子载波的频谱是重叠的，而传统的FDM多载波调制系统中子载波间需要保护间隔，从而OFDM技术大大的提高了频谱利用率。
OFDM系统优点：
（1）通过把高速率数据流进行串并转换，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，从而有效地减少由于无线信道时间弥散所带来地ISI，进而减少了接收机内均衡器地复杂度，有时甚至可以不采用均衡器，而仅仅通过插入循环前缀地方法消除ISI的不利影响。
（2）OFDM技术可用有效的抑制无线多径信道的频率选择性衰落。
因为OFDM的子载波间隔比较小，一般的都会小于多径信道的相关带宽，这样在一个子载波内，衰落是平坦的。
进一步，通过合理的子载波分配方案，可以将衰落特性不同的子载波分配给同一个用户，这样可以获取频率分集增益，从而有效的克服了频率选择性衰落。
（3）传统的频分多路传输方法是将频带分为若干个不相交的子频带来并行传输数据流，各个子信道之间要保留足够的保护频带。
而OFDM系统由于各个子载波之间存在正交性，允许子信道的频谱相互重叠，因此于常规的频分复用系统相比，OFDM系统可以最大限度的利用频谱资源。
（4）各个子信道的正交调制和解调可以分别通过采用IDFT（InverseDiscreteFourierTransform）和DFT实现，在子载波数很大的系统中，可以通过采用IFFT（InverseFastFourierTransform）和FFT实现，随着大规模集成电路技术和DSP技术的发展，IFFT和FFT都是非常容易实现的。
（5）无线数据业务一般存在非对称性，即下行链路中的数据传输量大于上行链路中的数据传输量，这就要求物理层支持非对称的高速率数据传输，OFDM系统可以通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率。
OFDM系统缺点：
（1）易受频率偏差的影响。
由于子信道的频谱相互覆盖，这就对他们之间的正交性提出了严格的要求，无线信道的时变性在传输过程中造成了无线信号频谱偏移，或发射机与接收机本地振荡器之间存在频率偏差，都会使OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏，导致子信道间干扰（ICI，Inter-ChannelInterference），这种对频率偏差的敏感性是OFDM系统的主要缺点之一。
（2）存在较高的峰值平均功率比。
多载波系统的输出是多个子信道信号的叠加，因此如果多个信号的相位一致时，所得到的叠加信号的瞬时功率就会远远高于信号的平均功率，导致较大的峰值平均功率比（PAPR，Peak-to-AveragepowerRatio），这就对发射机内放大器的线性度提出了很高的要求，因此可能带来信号畸变，使信号的频谱发生变化，从而导致各个子信道间的正交性遭到破坏，产生干扰，使系统的性能恶化。
1.2.2采用MIMO（MultipleInputMultipleOutput）技术
LTE下行支持MIMO技术进行空间维度的复用。
空间复用支持单用户SU-MIMO（Single-User-MIMO）模式或者多用户MU-MIMO（Multiple-User-MIMO）模式。
SU-MIMO和MU-MIMO都支持通过Pre-coding的方法来降低或者控制空间复用数据流之间的干扰，从而改善MIMO技术的性能。
SU-MIMO中，空间复用的数据流调度给一个单独的用户，提升该用户的传输速率和频谱效率。
MU-MIMO中，空间复用的数据流调度给多个用户，多个用户通过空分方式共享同一时频资源，系统可以通过空间维度的多用户调度获得额外的多用户分集增益。
受限于终端的成本和功耗，实现单个终端上行多路射频发射和功放的难度较大。
因此，LTE正研究在上行采用多个单天线用户联合进行MIMO传输的方法，称为Virtual-MIMO。
调度器将相同的时频资源调度给若干个不同的用户，每个用户都采用单天线方式发送数据，系统采用一定的MIMO解调方法进行数据分离。
采用Virtual-MIMO方式能同时获得MIMO增益以及功率增益（相同的时频资源允许更高的功率发送），而且调度器可以控制多用户数据之间的干扰。
同时，通过用户选择可以获得多用户分集增益。
1.2.3调度和链路自适应
LTE支持时间和频率两个维度的链路自适应，根据时频域信道质量信息对不同的时频资源选择不同的调制编码方式。
功率控制在CDMA系统中是一项重要的链路自适应技术，可以避免远近效应带来的多址干扰。
在LTE系统中，上下行均采用正交的OFDM技术对多用户进行复用。
因此，功控主要用来降低对邻小区上行的干扰，补偿链路损耗，也是一种慢速的链路自适应机制。
1.2.4小区干扰控制
LTE系统中，系统中各小区采用相同的频率进行发送和接收。
与CDMA系统不同的是，LTE系统并不能通过合并不同小区的信号来降低邻小区信号的影响。
因此必将在小区间产生干扰，小区边缘干扰尤为严重。
为了改善小区边缘的性能，系统上下行都需要采用一定的方法进行小区干扰控制。
目前正在研究方法有：
（1）干扰随机化：
被动的干扰控制方法。
目的是使系统在时频域受到的干扰尽可能平均，可通过加扰，交织，跳频等方法实现；
（2）干扰对消：
终端解调邻小区信息，对消邻小区信息后再解调本小区信息，或利用交织多址IDMA进行多小区信息联合解调；（3）干扰抑制：
通过终端多个天线对空间有色干扰特性进行估计和抑制，可以分为空间维度和频率维度进行抑制。
系统复杂度较大，可通过上下行的干扰抑制合并IRC实现；（4）干扰协调：
主动的干扰控制技术。
对小区边缘可用的时频资源做一定的限制。
这是一种比较常见的小区干扰抑制方法。
1.3基本物理层技术
在基本的物理层技术中，E-NodeB调度、链路自适应和混合ARQ（HARQ）继承了HSDPA的策略，以适应基于数据包的快速数据传输。
对于下行的非MBMS业务，E-NodeB调度器在特定时刻给特定UE动态地分配特定的时—频域资源。
下行控制信令通知分配给UE何种资源及其对应的传输格式。
调度器可以即时地从多个可选方案中选择最好的复用策略，例如子载波资源的分配和复用。
这种选择资源块和确定如何复用UE的灵活性，可以极大地影响可获得的调度性能。
调度和链路自适应以及HARQ的关系非常密切，因为这3者的操作是在一起进行的。
决定如何分配和复用方式的依据包括以下一些：
QoS参数、在E-NodeB中准备调度的数据量、UE报告的信道质量指示（CQI）、UE能力、系统参数如带宽和干扰水平，等等。
链路自适应即自适应调制编码，可以在共享信道上应用不同的调制编码方式适应不同的信道变化，获得最大的传输效率。
将编码和调制方式变化组合成一个列表，E-NodeB根据UE的反馈和其他一些参考数据，在列表中选择一个调制速率和编码方式，应于层2的协议数据单元，并映射到调度分配的资源块上。
上行链路自适应用于保证每个UE的最小传输性能，如数据速率、误包率和响应时间，而获得最大化的系统吞吐量。
上行链路自适应可以结合自适应传输带宽、功率控制和自适应调制编码的应用，分别对频率资源、干扰水平和频谱效率这3个性能指标做出最佳调整。
为了获得正确无误的数据传输，LTE仍采用前向纠错编码（FEC）和自动重复请求（ARQ）结合的差错控制，即混合ARQ（HARQ）。
HARQ应用增量冗余（IR）的重传策略，而chase合并（CC）实际上是IR的一种特例。
为了易于实现和避免浪费等待反馈消息的时间，LTE仍然选择N进程并行的停等协议（SAW），在接收端通过重排序功能对多个进程接收的数据进行整理。
HARQ在重传时刻上可以分为同步HARQ和异步HARQ。
同步HARQ意味着重传数据必须在UE确知的时间即刻发送，这样就不需要附带HARQ处理序列号，比如子帧号。
而异步HARQ则可以在任何时刻重传数据块。
从是否改变传输特征来分，HARQ又可以分为自适应和非自适应两种。
目前来看，LTE倾向于采用自适应的、异步HARQ方案。
与CDMA不同，OFDMA无法通过扩频方式消除小区间的干扰。
为了提高频谱效率，也不能简单地采用如GSM中复用因子为3或7的频率复用方式。
因此，在LTE中，非常关注小区间干扰消减技术。
小区间干扰消减途径有3种，即干扰随机化、干扰消除和干扰协调/避免。
另外，在基站采用波束成形天线的解决方案也可以看成是下行小区间干扰消减的通用方法。
干扰随机化可以采用如小区专属的加扰和小区专属的交织，后者即为大家所知的交织多址（IDMA）；此外，还可采用跳频方式。
干扰消除则讨论了采取如依靠UE多天线接收的空间抑制和基于检测/相减的消除方法。
而干扰协调/避免则普遍采取一种在小区间以相互协调来限制下行资源的分配方法，如通过对相邻小区的时—频域资源和发射功率分配的限制，获得在信噪比、小区边界数据速率和覆盖方面的性能提升。
第2章基础知识
2.1基本概念
2.1.1吞吐量相关指标定义
吞吐率定义：
单位时间内下载或者上传的数据量；吞吐率公式：
吞吐率=∑下载上传数据量/统计时长；吞吐率主要通过如下指标衡量，不同指标的观测方法一致，测试场景选择和限制条件有所不同：
（1）单用户峰值吞吐率：
单用户峰值吞吐率以近点静止测试，信道条件满足达到MCS最高阶以及IBLER为0，进行UDP/TCP灌包，使用RLC层平均吞吐率进行评价。
（2）单用户平均吞吐率：
单用户平均吞吐率以移动测试（DT）时，进行UDP/TCP灌包，使用RLC层平均吞吐率进行评价。
移动区域包含近点、中点、远点区域，移动速度最好30km/h以内。
（3）单用户边缘吞吐率：
单用户边缘吞吐率是指移动测试，进行UDP/TCP灌包，对RLC吞吐率进行地理平均，以两种定义分别记录边缘吞吐率。
定义1）以CDF曲线（Throughputvs.SINR）5％的点为边缘吞吐率，此一般使用在连续覆盖下路测场景；定义2）以PL为120定义为小区边缘，此时的吞吐率为边缘吞吐率；此处只定义RSRP边缘覆盖的场景，假定此时的干扰接近白噪声，此种场景类似于单小区测试。
（4）
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