LTE關(guān)鍵技術(shù)之MIMO

1、n第一章第一章 MIMO技術(shù)簡介技術(shù)簡介n第二章第二章 下行下行MIMO技術(shù)技術(shù)n第三章第三章 上行上行MIMO技術(shù)技術(shù)MIMO技術(shù)簡介技術(shù)簡介MIMO引入引入n無線通信系統(tǒng)可以利用的資源包括：空間、時間、頻率和功率。無線通信系統(tǒng)可以利用的資源包括：空間、時間、頻率和功率。在在B3G/4GB3G/4G系統(tǒng)中，空間資源和頻率資源被重新開發(fā)使用，從而大系統(tǒng)中，空間資源和頻率資源被重新開發(fā)使用，從而大大提高了系統(tǒng)的性能。大提高了系統(tǒng)的性能。n多天線技術(shù)通告在發(fā)送端和接收端同時使用多根天線，擴展了空多天線技術(shù)通告在發(fā)送端和接收端同時使用多根天線，擴展了空間域，充分利用了空間擴展所提供的特征，從而帶來了

2、系統(tǒng)容量間域，充分利用了空間擴展所提供的特征，從而帶來了系統(tǒng)容量的提高。目前多天線技術(shù)一成為了的提高。目前多天線技術(shù)一成為了B3G/4GB3G/4G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。n多天線構(gòu)成的信道稱為多天線構(gòu)成的信道稱為MIMO(Multiple Input Multiple Output)MIMO(Multiple Input Multiple Output)信道，使用多天線技術(shù)的系統(tǒng)稱為信道，使用多天線技術(shù)的系統(tǒng)稱為 MIMOMIMO無線通信系統(tǒng)。無線通信系統(tǒng)。MIMO技術(shù)簡介技術(shù)簡介n為了滿足為了滿足LTELTE在高數(shù)據(jù)率和高容量方面的需求，在高數(shù)據(jù)率和高容量方面的需求，LTE

3、LTE系統(tǒng)支持應(yīng)用系統(tǒng)支持應(yīng)用MIMOMIMO技術(shù)。技術(shù)。n下行下行MIMOMIMO技術(shù)包括空間復(fù)用、波束賦形和傳輸分集，目前技術(shù)包括空間復(fù)用、波束賦形和傳輸分集，目前MIMOMIMO技技術(shù)下行基本天線配置為術(shù)下行基本天線配置為2 2* *2,2,即即2 2天線發(fā)送和天線發(fā)送和2 2天線接收，最大支持天線接收，最大支持4 4天線進行下行方向四層傳輸。天線進行下行方向四層傳輸。n上行上行MIMOMIMO技術(shù)包括空間復(fù)用和傳輸分集，目前技術(shù)包括空間復(fù)用和傳輸分集，目前MIMOMIMO技術(shù)上行基本技術(shù)上行基本天線配置為天線配置為1 1* *2,2,即即1 1天線發(fā)送和天線發(fā)送和2 2天線接收。天線接

4、收。 MIMOMIMO天線數(shù)據(jù)為虛天線數(shù)據(jù)為虛擬天線數(shù)目。擬天線數(shù)目。 在無線鏈路兩端均采用多根天線，分別同時接收與發(fā)在無線鏈路兩端均采用多根天線，分別同時接收與發(fā)射，能夠充分利用空間資源，在無需增加頻譜資源和發(fā)射射，能夠充分利用空間資源，在無需增加頻譜資源和發(fā)射功率的情況下，成倍地提升通信系統(tǒng)的容量與可靠性。功率的情況下，成倍地提升通信系統(tǒng)的容量與可靠性。MIMO技術(shù)簡介技術(shù)簡介系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)n第一章第一章 MIMO技術(shù)簡介技術(shù)簡介n第二章第二章 下行下行MIMO技術(shù)技術(shù)n第三章第三章 上行上行MIMO技術(shù)技術(shù)MIMO的定義的定義n廣義定義：多進多出（廣義定義：多進多出（Multiple-

5、Input Multiple-OutputMultiple-Input Multiple-Output）u多個輸入和多個輸出既可以來自于多個數(shù)據(jù)流，也可以來自于一個數(shù)據(jù)流的多個版本。u按照這個定義，各種多天線技術(shù)都可以算作MIMO技術(shù)l狹義定義：多流狹義定義：多流MIMOMIMO提高峰值速率提高峰值速率p多個信號流在空中并行傳輸p按照這個定義，只有空間復(fù)用和空分多址可以算作MIMOMIMO技術(shù)的分類技術(shù)的分類l從從MIMO的效果分類：的效果分類：p傳輸分集（Transmit Diversity）n利用較大間距的天線陣元之間或賦形波束之間的不相關(guān)性（天線間距在10以上），發(fā)射或接收一個數(shù)據(jù)流，避

6、免單個信道衰落對整個鏈路的影響。目的是提高鏈路的質(zhì)量。p波束賦形（Beamforming）n利用較小間距的天線陣元之間的相關(guān)性（天線間距為0.5-0.65 ），通過陣元發(fā)射的波之間形成干涉，集中能量于某個（或某些）特定方向上，形成波束，從而實現(xiàn)更大的覆蓋和干擾抑制效果。問：天線陣元的相關(guān)性跟什么有關(guān)？問：傳輸分集的目的是什么p空間復(fù)用（Spatial Multiplexing）n利用較大間距的天線陣元之間或賦形波束之間的不相關(guān)性，向一個終端/基站并行發(fā)射多個數(shù)據(jù)流，以提高鏈路容量（峰值速率）p空分多址（SDMA）n利用較大間距的天線陣元之間或賦形波束之間的不相關(guān)性，向多個終端并向發(fā)射數(shù)據(jù)流，或

7、從多個終端并行接收數(shù)據(jù)流，以提高用戶容量。l從是否在發(fā)射端有信道先驗信息分：從是否在發(fā)射端有信道先驗信息分：p閉環(huán)（Close-Loop）MIMO：通過反饋或信道互異性得到信道先驗信息p開環(huán)（Open-Loop）MIMO：沒有信道先驗信息8LTE傳輸模式-概述ModeMode傳輸模式傳輸模式技術(shù)描述技術(shù)描述應(yīng)用場景應(yīng)用場景1 1單天線傳輸信息通過單天線進行發(fā)送無法布放雙通道室分系統(tǒng)的室內(nèi)站2 2發(fā)射分集同一信息的多個信號副本分別通過多個衰落特性相互獨立的信道進行發(fā)送信道質(zhì)量不好時，如小區(qū)邊緣3 3開環(huán)空間復(fù)用 終端不反饋信道信息，發(fā)射端根據(jù)預(yù)定義的信道信息來確定發(fā)射信號信道質(zhì)量高且空間獨立性強

8、時4 4閉環(huán)空間復(fù)用 需要終端反饋信道信息，發(fā)射端采用該信息進行信號預(yù)處理以產(chǎn)生空間獨立性信道質(zhì)量高且空間獨立性強時。終端靜止時性能好5 5多用戶MIMO 基站使用相同時頻資源將多個數(shù)據(jù)流發(fā)送給不同用戶，接收端利用多根天線對干擾數(shù)據(jù)流進行取消和零陷。6 6單層閉環(huán)空間復(fù)用 終端反饋RI=1時，發(fā)射端采用單層預(yù)編碼，使其適應(yīng)當(dāng)前的信道7 7單流Beamforming發(fā)射端利用上行信號來估計下行信道的特征，在下行信號發(fā)送時，每根天線上乘以相應(yīng)的特征權(quán)值，使其天線陣發(fā)射信號具有波束賦形效果信道質(zhì)量不好時，如小區(qū)邊緣8 8雙流Beamforming結(jié)合復(fù)用和智能天線技術(shù)，進行多路波束賦形發(fā)送，既提高用

9、戶信號強度，又提高用戶的峰值和均值速率 傳輸模式是針對單個終端的。同小區(qū)不同終端可以有不同傳輸模式 eNB自行決定某一時刻對某一終端采用什么傳輸模式，并通過RRC信令通知終端 模式3到模式8中均含有發(fā)射分集。當(dāng)信道質(zhì)量快速惡化時，eNB可以快速切換到模式內(nèi)發(fā)射分集模式現(xiàn)網(wǎng)是TM3/TM7/TM8自適應(yīng)TM3：開環(huán)空間復(fù)用+發(fā)射分集TM7：單流波束賦形+發(fā)射分集TM8：波束賦形+空間復(fù)用+發(fā)射分集下行下行MIMO技術(shù)技術(shù)n傳輸分集傳輸分集n波束賦形波束賦形n空間復(fù)用空間復(fù)用10 在典型的信道容量曲線中，在低信噪比區(qū)域的斜率比較大，在典型的信道容量曲線中，在低信噪比區(qū)域的斜率比較大，應(yīng)用傳輸分集技

10、術(shù)和波束賦形技術(shù)可以有效提高接收信號的信噪應(yīng)用傳輸分集技術(shù)和波束賦形技術(shù)可以有效提高接收信號的信噪比，從而提高傳輸速率或者覆蓋范圍；而在高信噪比區(qū)域，容量比，從而提高傳輸速率或者覆蓋范圍；而在高信噪比區(qū)域，容量曲線接近平坦，再提高信噪比也無法明顯改善傳輸速率，此時即曲線接近平坦，再提高信噪比也無法明顯改善傳輸速率，此時即可以應(yīng)用空間復(fù)用技術(shù)來提高傳輸速率。可以應(yīng)用空間復(fù)用技術(shù)來提高傳輸速率。下行下行MIMO技術(shù)技術(shù)傳輸分集技術(shù)傳輸分集技術(shù)可獲得分集處理增益可獲得分集處理增益提高信噪比提高信噪比易獲得相對穩(wěn)定的信號易獲得相對穩(wěn)定的信號傳輸傳輸分集分集發(fā)射分集接收分集傳輸分集包括發(fā)射分集和接受分集

11、優(yōu)點下行下行MIMO技術(shù)技術(shù)發(fā)射分集發(fā)射分集n發(fā)射分集就是在發(fā)射端使用多幅發(fā)射天線發(fā)射相同的信息，接收發(fā)射分集就是在發(fā)射端使用多幅發(fā)射天線發(fā)射相同的信息，接收端獲得比單天線高的信噪比端獲得比單天線高的信噪比傳輸分集-兩天線：STBC（空時塊碼）、SFBC（空頻塊碼）；傳輸分集-四天線：FSTD&SFBC、TSTD。下行下行MIMO技術(shù)技術(shù)空間復(fù)用技術(shù)空間復(fù)用技術(shù) 發(fā)射的高速數(shù)據(jù)被分成幾個并行的低速數(shù)據(jù)流，在同一頻帶發(fā)射的高速數(shù)據(jù)被分成幾個并行的低速數(shù)據(jù)流，在同一頻帶從多個天線同時發(fā)射出去。由于多徑傳播，每個發(fā)射天線對于接從多個天線同時發(fā)射出去。由于多徑傳播，每個發(fā)射天線對于接收機產(chǎn)生不

12、同的空間簽名，接收機利用這些不同的簽名分離出獨收機產(chǎn)生不同的空間簽名，接收機利用這些不同的簽名分離出獨立的數(shù)據(jù)流，最后再復(fù)用成原始數(shù)據(jù)流。因此空間復(fù)用可以成倍立的數(shù)據(jù)流，最后再復(fù)用成原始數(shù)據(jù)流。因此空間復(fù)用可以成倍提高數(shù)據(jù)傳輸速率。提高數(shù)據(jù)傳輸速率。調(diào)制與映射解調(diào)與分離nL LTETE系統(tǒng)支持基于多碼字（系統(tǒng)支持基于多碼字（Multiple CodeWordMultiple CodeWord，MCWMCW）的空間復(fù)用傳輸。）的空間復(fù)用傳輸。nMCWMCW指的是用于空間復(fù)用傳輸?shù)亩鄬訑?shù)據(jù)來自于多個不同的獨立進行信指的是用于空間復(fù)用傳輸?shù)亩鄬訑?shù)據(jù)來自于多個不同的獨立進行信道編碼的數(shù)據(jù)流，每一個碼字

13、可以獨立地進行速率控制，分配獨立的道編碼的數(shù)據(jù)流，每一個碼字可以獨立地進行速率控制，分配獨立的混合自動重傳請求（混合自動重傳請求（Hybrid Automatic Repeat-reQuestHybrid Automatic Repeat-reQuest，HARQHARQ）。）。下行下行MIMO技術(shù)技術(shù)空間復(fù)用技術(shù)空間復(fù)用技術(shù)多碼字空間復(fù)用傳輸示意圖多碼字空間復(fù)用傳輸示意圖波束賦形是一種應(yīng)用于小間距的天線陣列多天線傳輸技術(shù)，其主要原理波束賦形是一種應(yīng)用于小間距的天線陣列多天線傳輸技術(shù)，其主要原理是利用空間的強相關(guān)性及波的干涉原理產(chǎn)生強方向性的輻射方向圖，使輻射方是利用空間的強相關(guān)性及波的干涉原

14、理產(chǎn)生強方向性的輻射方向圖，使輻射方向圖的主瓣自適應(yīng)的指向用戶來波方向，從而提高性噪比，提高系統(tǒng)容量或者向圖的主瓣自適應(yīng)的指向用戶來波方向，從而提高性噪比，提高系統(tǒng)容量或者覆蓋范圍。覆蓋范圍。下行下行MIMO技術(shù)技術(shù)波束賦形技術(shù)波束賦形技術(shù)波束賦形示意圖波束賦形示意圖下行下行MIMO技術(shù)技術(shù)波束賦形技術(shù)波束賦形技術(shù)單流和多流波束賦形單流和多流波束賦形單流：LTE R8中僅支持基于專用導(dǎo)頻的單流波束賦形技術(shù)。傳輸過程中，UE需要通過對專用導(dǎo)頻的測量來估計波束賦形后的等效信道，并進行相干檢測。為了能夠估計波束賦形后傳輸所經(jīng)歷的信道，基站必須發(fā)送一個與數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)牟ㄊx形參考信號，這個參考信號是用

15、戶專用的，對應(yīng)于用戶專用參考信號的傳輸稱作使用天線端口5的傳輸。問：天線端口5上參考信號是什么，該信號的作用是什么雙流：LTE R9中將波束賦形擴展到了雙流傳輸，實現(xiàn)了波束賦形與空間復(fù)用技術(shù)的結(jié)合。單用戶雙流波束賦形技術(shù)，由基站測量上行信道，得到上行信道單用戶雙流波束賦形技術(shù)，由基站測量上行信道，得到上行信道狀態(tài)信息后，基站根據(jù)上行信道信息計算兩個賦形矢量，利用該賦形狀態(tài)信息后，基站根據(jù)上行信道信息計算兩個賦形矢量，利用該賦形矢量對要發(fā)射的兩個數(shù)據(jù)流進行下行賦形矢量對要發(fā)射的兩個數(shù)據(jù)流進行下行賦形 當(dāng)基站將占用相同時頻資源的多個數(shù)據(jù)流發(fā)送給不同的用戶時，即為多用當(dāng)基站將占用相同時頻資源的多個數(shù)

16、據(jù)流發(fā)送給不同的用戶時，即為多用戶戶MIMOMIMO（ MU-MIMOMU-MIMO ），或者叫做空分多址（），或者叫做空分多址（SDMASDMA）。）。下行下行MIMO技術(shù)技術(shù)多用戶和單用戶多用戶和單用戶MIMO下下行行SU-MIMOSU-MIMO和和MU-MIMOMU-MIMOn第一章第一章 MIMO技術(shù)簡介技術(shù)簡介n第二章第二章 下行下行MIMO技術(shù)技術(shù)n第三章第三章 上行上行MIMO技術(shù)技術(shù)上行上行MIMO技術(shù)技術(shù)天線選擇天線選擇天線選擇方案框圖天線選擇方案框圖n與下行相同，為了滿足與下行相同，為了滿足E-UTRAE-UTRA的需求，的需求，LTELTE系統(tǒng)支持上行應(yīng)用系統(tǒng)支持上行應(yīng)用

17、MIMOMIMO技術(shù)，技術(shù)，包括包括空間復(fù)用和傳輸分集空間復(fù)用和傳輸分集，兩種技術(shù)與下行技術(shù)相同。，兩種技術(shù)與下行技術(shù)相同。n上行上行MIMOMIMO對終端天線的要求較高。為了節(jié)省功率和降低射頻開銷，在對終端天線的要求較高。為了節(jié)省功率和降低射頻開銷，在終端側(cè)期望使用更小數(shù)目的功放，另一方面為了改善應(yīng)用可達到的數(shù)終端側(cè)期望使用更小數(shù)目的功放，另一方面為了改善應(yīng)用可達到的數(shù)據(jù)速率和提供更大范圍的覆蓋，上行據(jù)速率和提供更大范圍的覆蓋，上行MIMOMIMO引入天線選擇技術(shù)。引入天線選擇技術(shù)。n上行傳輸天線選擇技術(shù)前提：終端存在兩個或者更多天線。上行傳輸天線選擇技術(shù)前提：終端存在兩個或者更多天線。問：

18、下行MIMO包括哪幾種？上行上行MIMO技術(shù)技術(shù)多用戶多用戶MIMO上行上行SU-MIMOSU-MIMO和和MU-MIMOMU-MIMOn與下行多用戶與下行多用戶MIMOMIMO不同，上行多用戶不同，上行多用戶MIMOMIMO是一個虛擬的是一個虛擬的MIMOMIMO系統(tǒng)，即系統(tǒng)，即每一個終端均發(fā)送一個數(shù)據(jù)流，但是兩個或者更多的數(shù)據(jù)流占用相同每一個終端均發(fā)送一個數(shù)據(jù)流，但是兩個或者更多的數(shù)據(jù)流占用相同的時頻資源，這樣從接收機來看，這些來自不同終端的數(shù)據(jù)流可以被的時頻資源，這樣從接收機來看，這些來自不同終端的數(shù)據(jù)流可以被看做來自同一個終端上不同天線的數(shù)據(jù)流，從而構(gòu)成一個看做來自同一個終端上不同天線的數(shù)據(jù)流，從而構(gòu)成一個MI