LTE关键技术之MIMO

第二部分LTE关键技术之MIMO第一章MIMO技术简介第二章下行MIMO技术第三章上行MIMO技术MIMO技术简介——MIMO引入无线通信系统可以利用的资源包括：空间、时间、频率和功率。在B3G/4G系统中，空间资源和频率资源被重新开发使用，从而大大提高了系统的性能。多天线技术通告在发送端和接收端同时使用多根天线，扩展了空间域，充分利用了空间扩展所提供的特征，从而带来了系统容量的提高。目前多天线技术一成为了B3G/4G系统的关键技术之一。多天线构成的信道称为MIMO(MultipleInputMultipleOutput)信道，使用多天线技术的系统称为MIMO无线通信系统。MIMO技术简介为了满足LTE在高数据率和高容量方面的需求，LTE系统支持应用MIMO技术。下行MIMO技术包括空间复用、波束赋形和传输分集，目前MIMO技术下行基本天线配置为2*2,即2天线发送和2天线接收，最大支持4天线进行下行方向四层传输。上行MIMO技术包括空间复用和传输分集，目前MIMO技术上行基本天线配置为1*2,即1天线发送和2天线接收。MIMO天线数据为虚拟天线数目。在无线链路两端均采用多根天线，分别同时接收与发射，能够充分利用空间资源，在无需增加频谱资源和发射功率的情况下，成倍地提升通信系统的容量与可靠性。MIMO技术简介——系统结构第二部分LTE关键技术之MIMO第一章MIMO技术简介第二章下行MIMO技术第三章上行MIMO技术MIMO的定义广义定义：多进多出（Multiple-InputMultiple-Output）多个输入和多个输出既可以来自于多个数据流，也可以来自于一个数据流的多个版本。按照这个定义，各种多天线技术都可以算作MIMO技术狭义定义：多流MIMO——提高峰值速率多个信号流在空中并行传输按照这个定义，只有空间复用和空分多址可以算作MIMOMIMO技术的分类从MIMO的效果分类：传输分集（TransmitDiversity）利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性（天线间距在10λ以上），发射或接收一个数据流，避免单个信道衰落对整个链路的影响。目的是提高链路的质量。波束赋形（Beamforming）利用较小间距的天线阵元之间的相关性（天线间距为0.5-0.65λ），通过阵元发射的波之间形成干涉，集中能量于某个（或某些）特定方向上，形成波束，从而实现更大的覆盖和干扰抑制效果。问：天线阵元的相关性跟什么有关？问：传输分集的目的是什么空间复用（SpatialMultiplexing）利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，向一个终端/基站并行发射多个数据流，以提高链路容量（峰值速率）空分多址（SDMA）利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，向多个终端并向发射数据流，或从多个终端并行接收数据流，以提高用户容量。从是否在发射端有信道先验信息分：闭环（Close-Loop）MIMO：通过反馈或信道互异性得到信道先验信息开环（Open-Loop）MIMO：没有信道先验信息8LTE传输模式-概述Mode传输模式技术描述应用场景1单天线传输信息通过单天线进行发送无法布放双通道室分系统的室内站2发射分集同一信息的多个信号副本分别通过多个衰落特性相互独立的信道进行发送信道质量不好时，如小区边缘3开环空间复用终端不反馈信道信息，发射端根据预定义的信道信息来确定发射信号信道质量高且空间独立性强时4闭环空间复用需要终端反馈信道信息，发射端采用该信息进行信号预处理以产生空间独立性信道质量高且空间独立性强时。终端静止时性能好5多用户MIMO基站使用相同时频资源将多个数据流发送给不同用户，接收端利用多根天线对干扰数据流进行取消和零陷。6单层闭环空间复用终端反馈RI=1时，发射端采用单层预编码，使其适应当前的信道7单流Beamforming发射端利用上行信号来估计下行信道的特征，在下行信号发送时，每根天线上乘以相应的特征权值，使其天线阵发射信号具有波束赋形效果信道质量不好时，如小区边缘8双流Beamforming结合复用和智能天线技术，进行多路波束赋形发送，既提高用户信号强度，又提高用户的峰值和均值速率•传输模式是针对单个终端的。同小区不同终端可以有不同传输模式•eNB自行决定某一时刻对某一终端采用什么传输模式，并通过RRC信令通知终端•模式3到模式8中均含有发射分集。当信道质量快速恶化时，eNB可以快速切换到模式内发射分集模式现网是TM3/TM7/TM8自适应TM3：开环空间复用+发射分集TM7：单流波束赋形+发射分集TM8：波束赋形+空间复用+发射分集下行MIMO技术传输分集波束赋形空间复用10在典型的信道容量曲线中，在低信噪比区域的斜率比较大，应用传输分集技术和波束赋形技术可以有效提高接收信号的信噪比，从而提高传输速率或者覆盖范围；而在高信噪比区域，容量曲线接近平坦，再提高信噪比也无法明显改善传输速率，此时即可以应用空间复用技术来提高传输速率。下行MIMO技术——传输分集技术可获得分集处理增益提高信噪比易获得相对稳定的信号传输分集发射分集接收分集传输分集包括发射分集和接受分集优点下行MIMO技术——发射分集发射分集就是在发射端使用多幅发射天线发射相同的信息，接收端获得比单天线高的信噪比传输分集-两天线：STBC（空时块码）、SFBC（空频块码）；传输分集-四天线：FSTD&SFBC、TSTD。下行MIMO技术——空间复用技术发射的高速数据被分成几个并行的低速数据流，在同一频带从多个天线同时发射出去。由于多径传播，每个发射天线对于接收机产生不同的空间签名，接收机利用这些不同的签名分离出独立的数据流，最后再复用成原始数据流。因此空间复用可以成倍提高数据传输速率。LTE系统支持基于多码字（MultipleCodeWord，MCW）的空间复用传输。MCW指的是用于空间复用传输的多层数据来自于多个不同的独立进行信道编码的数据流，每一个码字可以独立地进行速率控制，分配独立的混合自动重传请求（HybridAutomaticRepeat-reQuest，HARQ）。下行MIMO技术——空间复用技术多码字空间复用传输示意图波束赋形是一种应用于小间距的天线阵列多天线传输技术，其主要原理是利用空间的强相关性及波的干涉原理产生强方向性的辐射方向图，使辐射方向图的主瓣自适应的指向用户来波方向，从而提高性噪比，提高系统容量或者覆盖范围。下行MIMO技术——波束赋形技术波束赋形示意图下行MIMO技术——波束赋形技术单流和多流波束赋形单流：LTER8中仅支持基于专用导频的单流波束赋形技术。传输过程中，UE需要通过对专用导频的测量来估计波束赋形后的等效信道，并进行相干检测。为了能够估计波束赋形后传输所经历的信道，基站必须发送一个与数据同时传输的波束赋形参考信号，这个参考信号是用户专用的，对应于用户专用参考信号的传输称作使用天线端口5的传输。问：天线端口5上参考信号是什么，该信号的作用是什么双流：LTER9中将波束赋形扩展到了双流传输，实现了波束赋形与空间复用技术的结合。单用户双流波束赋形技术，由基站测量上行信道，得到上行信道状态信息后，基站根据上行信道信息计算两个赋形矢量，利用该赋形矢量对要发射的两个数据流进行下行赋形当基站将占用相同时频资源的多个数据流发送给不同的用户时，即为多用户MIMO（MU-MIMO），或者叫做空分多址（SDMA）。下行MIMO技术——多用户和单用户MIMO下行SU-MIMO和MU-MIMO第二部分LTE关键技术之MIMO第一章MIMO技术简介第二章下行MIMO技术第三章上行MIMO技术上行MIMO技术——天线选择天线选择方案框图与下行相同，为了满足E-UTRA的需求，LTE系统支持上行应用MIMO技术，包括空间复用和传输分集，两种技术与下行技术相同。上行MIMO对终端天线的要求较高。为了节省功率和降低射频开销，在终端侧期望使用更小数目的功放，另一方面为了改善应用可达到的数据速率和提供更大范围的覆盖，上行MIMO引入天线选择技术。上行传输天线选择技术前提：终端存在两个或者更多天线。问：下行MIMO包括哪几种？上行MIMO技术——多用户MIMO上行SU-MIMO和MU-MIMO与下行多用户MIMO不同，上行多用户MIMO是一个虚拟的MIMO系统，即每一个终端均发送一个数据流，但是两个或者更多的数据流占用相同的时频资源，这样从接收机来看，这些来自不同终端的数据流可以被看做来自同一个终端上不同天线的数据流，从而构成一个MIMO系统。上行MIMO技术——多用户MIMO上行MU-MIMO与传输天线选择技术结合方案与SU-MIMO相比，MU-MIMO可以获得多用户分集增益，MU-MIMO信号来自于不同终端，更容易获得信道之间的独立性。当终端存在两个或者更多天线时，可以讲MU-MIMO与传输天线选择技术结合起来使用。