LTEMIMO

LTEMIMO传输方案LTERel.8定义的MIMO传输方案是LTE空口规范的核心技术之一。图1给出了MIMO方案系统实现与处理流程示意图，包括MIMO传输模式的确定、eNB端和用户端的MIMO处理以及相关的信令交互。综合考虑天线配置、UE级别、UE速度、UE小区位置以及小区信道环境和业务环境等多种因素确定传输模式UECQI/PMI/RI反馈RRC信令通知UE通过物理广播信道传输，包括传输模式、天线端口数和反馈模式等多个信息eNB端MIMO处理UE端PDCCH盲检包括码字的加扰、信道编码、调制映射、层映射、预编码、物理资源分配和映射、OFDM调制以及天线端口映射包括PUCCH或PUSCH中宽带或子带等多种反馈模式获得MIMO方案和PDSCH位置等信息UE端MIMO解调UEACK/NACK反馈图1LTEMIMO传输方案系统实现流程1.MIMO传输模式LTE针对下行链路，特别针对PDSCH，定义了如表1所示的7种传输模式（C-RNTI配置），这7种传输模式包含了7种传输方案，由高层通知UE，然后UE从PDCCH中通过盲检获得传输方案信息。表1.LTE定义的7种传输模式传输模式DCI格式DCI盲检搜索空间(C-RNTI)PDSCH传输方案模式1DCI格式1A公共与UE专用搜索空间单天线端口0DCI格式1UE专用搜索空间单天线端口0模式2DCI格式1A公共与UE专用搜索空间发射分集DCI格式1UE专用搜索空间发射分集模式3DCI格式1A公共与UE专用搜索空间发射分集DCI格式2AUE专用搜索空间开环空分复用（CDD）或发射分集模式4DCI格式1A公共与UE专用搜索空间发射分集DCI格式2UE专用搜索空间闭环空分复用或发射分集模式5DCI格式1A公共与UE专用搜索空间发射分集DCI格式1DUUE专用搜索空间多用户MIMO模式6DCI格式1A公共与UE专用搜索空间发射分集DCI格式1BUE专用搜索空间闭环单层预编码模式7DCI格式1A公共与UE专用搜索空间单天线端口0(PBCH单天线端口)或发射分集DCI格式1UE专用搜索空间单天线端口51.1MIMO传输模式选择与切换选择MIMO传输模式需要综合考虑多种因素，包括：eNB和UE天线配置、UE级别和速度、信道环境和业务环境等。当UE移动速度、信道环境和业务环境的因素发生变化时，需要相应的MIMO模式的切换。1.2MIMO方案基本原理在Rel.8规范中，定义了一个与MIMO方案密切相关的概念：天线端口。天线端口对应一个导频信号，通过该导频信号可估计其对应的信道状态信息。Rel.8规范定义了6个天线端口0、1、2、3、4和5，分别对应6个不同的下行参考信号。1.2.1单天线端口0传输该方案采用单天线端口0传输，即只有一个参考信号用于下行传输，用户端接收天线数目不限，单天线端口是LTE最低配置方案，具有最高优先权，即LTE系统必须支持单天线端口传输方案。1.2.2发射分集LTE定义的发射分集采用空频分组码（SFBC），分为2天线端口和4天线端口两种。2天线端口采用纯空频分组码，其编码矩阵为：12**21xxxx(1)其中1x和*2x同子载波，2x和*1x同在另一子载波，1x和2x同端口（如端口0），*2x和*1x同在另一端口（如端口1）。4天线端口采用SFBC结合频率切换发射分集（FSTD）方案，其编码矩阵为：2143**12**3400000000xxxxxxxx(2)其中同列符号同子载波，不同列符号映射到不同的子载波上，同行符号同端口，不同行符号映射到不同的端口上。由于端口2和端口3的参考信号密度只是端口0和端口1的一半，因此FSTD在端口映射中需要保证信道估计误差的均衡性。1.2.3开环空分复用开环空分复用采用循环延迟分集（CDD）方案。同样分为2天线端口和4天线端口两种，这里开环的含义是不需要反馈预编码矩阵指示（PMI）信息，但仍需反馈信道秩指示（RI）信息。只有当RI大于1的情况下才可能启用开环空分复用，否则将采用发射分集方案。2天线端口CDD预编码矩阵为：22132122411,2,11,2,21jijiexixixixie(3)其中i为输入符号序号。编码后的符号矩阵中，第一列映射到子载波1，第二列映射到子载波2，第一行映射到端口0，第二行映射到端口1。4天线端口CDD预编码矩阵为：22111112212211221112,12,11212,1iijjvvvviijjvvvvivivvvvjjvvveexixixixieewixixiee(4)其中为RI值，kCiW)(，mod41ki，11,,1,Tcjj，2[1,1,1,1]Tc，3[1,1,1,1]Tc，4[1,1,1,1]Tc。同样，编码后不同列的符号映射到不同子载波，不同行的符号映射到不同端口。1.2.4闭环空分复用LTE定义的闭环空分复用需要UE反馈PMI以及RI。PMI采用码本反馈方案，表2和表3给出了2天线端口和4天线端口预编码矩阵码本。为了减少UE端CQI计算以及选择码字计算的复杂度，同时降低对基站端线性功放的要求，LTE中2天线码本和4天线码本中的码字具备如下性质：1)恒模特性：即每个码字中的元素具有相同的模值，可以保证天线间的等功率分配。2)嵌套特性：即高RI值的码字包含低RI值的码字，可以降低CQI计算的复杂度。3)有限字符集：即码字中的元素仅为QPSK或8PSK符号，可以避免选择码字时的乘法运算。表2.2端口预编码码本RI=1RI=21112，1112，112j，112j111112，1112jj表3.4天线端口4比特码本结构码字索引nu层数(RI值),nHnHnnnuuuuIW212340Tu11110}1{0W2}14{0W3}124{0W2}1234{0W1Tjju111}1{1W2}12{1W3}123{1W2}1234{1W2Tu11112}1{2W2}12{2W3}123{2W2}3214{2W3Tjju113}1{3W2}12{3W3}123{3W2}3214{3W4Tjjju2)1(2)1(14}1{4W2}14{4W3}124{4W2}1234{4W5Tjjju2)1(2)1(15}1{5W2}14{5W3}124{5W2}1234{5W6Tjjju2)1(2)1(16}1{6W2}13{6W3}134{6W2}1324{6W7Tjjju2)1(2)1(17}1{7W2}13{7W3}134{7W2}1324{7W8Tu11118}1{8W2}12{8W3}124{8W2}1234{8W9Tjju119}1{9W2}14{9W3}134{9W2}1234{9W10Tu111110}1{10W2}13{10W3}123{10W2}1324{10W11Tjju1111}1{11W2}13{11W3}134{11W2}1324{11W12Tu111112}1{12W2}12{12W3}123{12W2}1234{12W13Tu111113}1{13W2}13{13W3}123{13W2}1324{13W14Tu111114}1{14W2}13{14W3}123{14W2}3214{14W15Tu111115}1{15W2}12{15W3}123{15W2}1234{15W1.2.5多用户MIMO（MU-MIMO）LTE支持下行两个用户的同时传输，每个用户限制为RI=1传输，其预编码码字对应表2和表3中RI=1的码字。MU-MIMO也可以采用1.2.7节介绍的专用端口波束赋形方案实现。MU-MIMO要求两个UE的预编码向量尽量正交，最小化用户间干扰，这由调度算法实现。MU-MIMO可用于高负载区域，提高平均吞吐量。1.2.6闭环单层预编码RI=1条件下的闭环空分复用的特例。其预编码矩阵从表2和3中RI=1对应码字中选择。1.2.7专用端口波束赋形（端口5）LTE定义了UE专用天线端口5，用来实现无需任何反馈的波束赋形方案。该方案特别适合TDD系统，因为波束赋形需要一组将单端口映射到所有物理天线上的加权系数，而该加权系数可简单通过TDD信道的互易性通过上行链路的测量获得。专用端口BF可以将发送功率集中定向到UE的位置，为了更好的实现定向波束，需要发送天线具有高相关性。在该方案中，UE不需要了解基站端的预编码信息，只要通过专用端口5的参考信号测量等效信道状态信息。从UE角度看，该方案等效单天线传输。正因为如此，UE无法通过专用端口5测量下行信道质量，只能通过公共端口的参考信号测量。由于该方案只能应用在PDSCH中，虽然增强了业务覆盖，但仍受限于PDCCH的覆盖，在具体实现时需要保证两个信道的同步覆盖。2.MIMO相关RRC信令为了有效执行MIMO传输方案，eNB必须通知UE与MIMO传输方案相关的信息，这些信息放置在高层的两个RRC信息元中，并通过物理广播信道PBCH发送到UE。这两个信息元是：Antennainfo[antennaportsacount+transmissionmode+codebooksubsetrestriction+ue-transmitantennaselection]CQI-reportconfig[cqi-PUCCH-ResourceIndex+cqi-pmi-ConfigIndex+ri-ConfigIndex+K+cqi-FormatIndicatorPeriodic+simultaneousAckNackAndCQI+cqi-ReportModeAperiodic+nomPDSCH-RS-EPRE-Offset]其中天线信息元Antennainfo中的参数含义是参数antennaportsacount指示天线端口数参数transmissionmode指示传输模式参数codebooksubsetrestriction指示限定使用的预编码码本的子集参数ue-transmitantennaselection指示UE是否配置发送天线选择方案CQI报告配置信息元中的参数含义是：参数cqi-PUCCH-ResourceIndex指示用于反馈CQI的PUCCH的资源分配索引(n^(2)_pucch)参数cqi-pmi-ConfigIndex指示PMI反馈周期和反馈子帧偏置参数ri-ConfigIndex指示RI反馈周期和反馈子帧偏置K指示子带周期反馈模式中子带重复反馈次数参数cqi-ReportModeAperiodic：指示非周期反馈模式参数cqi-FormatIndicatorPeriodic：指示周期反馈模式参数simultaneousAckNackAndCQI指示ACK/NACK是否可与CQI同子帧反馈参数nomPDSCH-RS-EPRE-Offset指示？？？？？？由于UE并不知道PBCH采用的MIMO传输方案（更确切的说不知道PBCH采用多少个天线端口传输），UE将从单天线端口、2天线端口和4天线端口逐个尝试PBCH可能采用的MIMO方案，直到正确解调出上述两个系统信息。有了以上的系统信息，eNB和UE才可能执行下一阶段的MIMO处理。UE在下一个阶段对PDCCH和PDSCH的MIMO解调，都假设与PBCH同样的天线端口数。3.UCI反馈eNB端MIMO的处理过程，需要参考UE端的反馈参量，这些参量包括信道质量指示（CQI）、信道秩指示（RI）以及预编码矩阵指示（PMI