任務(wù)驅(qū)動教學(xué)學(xué)習(xí)方案

教課方案模塊五：第四代搬動通信系統(tǒng)單元4第四代搬動通信重點技術(shù)(MIMO)擬訂人員：擬準(zhǔn)時間：2014年8月授課教師：所需學(xué)時：2授課條件要求配置有投影儀、教師演示終端、黑板等。學(xué)習(xí)目標(biāo)認(rèn)識LTE系統(tǒng)中的MIMO模型認(rèn)識MIMO技術(shù)的優(yōu)勢理解MIMO傳輸模式及重點技術(shù)認(rèn)識MIMO技術(shù)的典型應(yīng)用重點與難點重點：MIMO的基根源理及重點技術(shù)；MIMO在LTE中的應(yīng)用；難點：MIMO的性能剖析主要授課內(nèi)容一、MIMO基根源理天線的幾種收發(fā)模式目前天線接收和發(fā)送依照天線的數(shù)量多少，有以下幾種收發(fā)模式：1圖7-13天線收發(fā)模式SISO單入單出，發(fā)送和接收方都一個天線；MISO多入單出，多個發(fā)射天線，一個接收天線；SIMO單入多出，一個發(fā)送天線，多個接收天線；MIMO多入多出，發(fā)送和接收方都采用多個天線。二、MIMO理論模型MIMO(MultipleInputMultipleoutput)，多輸入多輸出，利用空間中的多徑因素，在發(fā)送端和接收端采用多個天線，經(jīng)過時空辦理技術(shù)實現(xiàn)分集增益或復(fù)用增益，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，提升頻譜利用率。圖7-14是兩發(fā)兩收表示圖。圖7-14兩發(fā)兩收假設(shè)發(fā)送和接收采用2根天線，即2T2R，那么接收端的信號y與發(fā)射信號x關(guān)系表示如下：y1h11x1h12x2n1y2h21x1h22x2n2h反響信道特點；n表示獨立統(tǒng)計噪聲的高斯變量。若是是更多的收發(fā)天線，MIMO系統(tǒng)的信號模型表示為：y1h11h12h1Ntx1n1y2h21h22h2Ntx2n2yNrhNr1hNr2hNrNtxNtnNt寫成簡要的矩陣形式為：yHxnMIMO信道容量的上線，當(dāng)發(fā)射天線與接收天線數(shù)量經(jīng)過信道容量的復(fù)雜計算，可以得出相等都為N的時候，MIMO系統(tǒng)容量的上限是SISO系統(tǒng)容量上限的N倍。也就是說，采用MIMO技術(shù)，系統(tǒng)的信道容量隨著天線數(shù)量的增大而線性增大，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍提升。三、MIMO基本工作模式MIMO有空間分集、空間復(fù)用、波束賦形三種基本工作模式?？臻g分集，使用多根天線進(jìn)行發(fā)射和或接收，依照收發(fā)天線數(shù)又分為發(fā)射分集、接收分2集與接收發(fā)射分集。發(fā)射分集包含空時發(fā)射分集（STTD）、空頻發(fā)射分集（SFTD）和循環(huán)延緩分集（CDD）幾種。波束賦形是在發(fā)射端將待發(fā)射數(shù)據(jù)矢量加權(quán)，形成某種方向圖后到達(dá)接收端，控制噪聲和攪亂。與常例智能天線不一樣樣的是，原來的下行波束成形只針對一個天線，現(xiàn)在需要針對多個天線。以以下列圖。Stream1Polarizedantennagrouping1eNodeBUEStream2Polarizedantennagrouping27-15MIMO的波束賦形四、MIMO在LTE中的應(yīng)用LTE系統(tǒng)的下行MIMO技術(shù)支持2×2的基本天線配置，即兩根發(fā)送天線和兩根接收天線（2T2R）。上行鏈路可是考慮一個發(fā)射天線，即1×2的天線配置。LTE的下行方向的支持單用戶MIMO（SU-MIMO）和多用戶MIMO（MU-MIMO，Multi-UserMultiple-InputMultiple-Output）。7-16下行SU-MIMOLTE下行的SU-MIMO，如采用空分復(fù)用，則兩根天線發(fā)射兩個數(shù)據(jù)流在一個TTI中傳達(dá)給UE，可以成倍提升UE的下行速率。如采用發(fā)射分集，兩根天線傳給UE相同的數(shù)據(jù)流。如圖7-16所示.圖7-17下行MU-MIMO3LTE下行的MU-MIMO，基站將占用相同時頻資源的多個數(shù)據(jù)流發(fā)送給不一樣樣用戶，若是是空分復(fù)用，則給每個手機(jī)傳輸兩個數(shù)據(jù)流，如采用發(fā)射分集，給每個手機(jī)傳輸一個數(shù)據(jù)流。如圖7-17所示。對于LTE系統(tǒng)上行鏈路，在每個用戶終端只有一個天線的情況下，若是把兩個搬動臺合起來進(jìn)行發(fā)送，依照必定方式把兩個搬動臺的天線配合成一對，它們之間共享配對的兩天線，使用相同的時/頻資源，那么這兩個搬動臺和基站之間就可以構(gòu)成一個虛假上行多用戶MIMO系統(tǒng)。如圖7-218所示。7-18上行多用戶MIMO天線發(fā)送模式的有不一樣樣的優(yōu)先級，某些環(huán)境因素的改變，比方距離基站的地址、運(yùn)動的速度等，以致手機(jī)需要自適應(yīng)MIMO發(fā)送模式。模式2/3適用于高速搬動環(huán)境，不要求終端反PMI；模式4/5/6/7適用于低速搬動環(huán)境，不要求終端反響PMI和RI；若是從低速搬動變?yōu)楦咚侔釀?，采用模?和3；若是從高速搬動變?yōu)榈退侔釀樱捎媚Ｊ?和6。如圖7-19所示。7-19不一樣樣環(huán)境下的MIMO模式授課組織過程4第一部分：課程引入建議授課方法：多入多出(MIMO)或多發(fā)多收天線(MTMRA)技術(shù)是無線搬動通信領(lǐng)域智能天線技術(shù)的重要打破。該技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提升通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，是新一代搬動通信系統(tǒng)必定采用的重點技術(shù)之一。那么MIMO技術(shù)終歸是怎樣實現(xiàn)的？這就是我們這個單元的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容。明確學(xué)習(xí)對第四代搬動通信系統(tǒng)MIMO的目的和重要性，復(fù)習(xí)提問進(jìn)而明確本次子任務(wù)的重點難點。第二部分：新課講解由于學(xué)生在前面已經(jīng)學(xué)習(xí)過OFDM，進(jìn)行課前復(fù)習(xí)與檢測：簡要說明OFDM的優(yōu)點和確點？為什么要采用CP?在下行鏈路上怎樣戰(zhàn)勝峰均比？小組PK法請同學(xué)們以小組為單位在黑板上畫出SISO、MISO、SIMO、MIMO，補(bǔ)充講解老師討論并講解幾種傳輸模型的差異，進(jìn)而提出MIMO的看法。引入課程內(nèi)容內(nèi)容1：什么是MIMO，為什么要選擇MIMO技術(shù)？由老師講解MIMO的模型，原理。講完此后讓學(xué)生自行總結(jié)各教師講解自的特點并隨機(jī)提問察看學(xué)生對這部分知識的理解情況。隨機(jī)提問內(nèi)容2：MIMO采用了哪些重點技術(shù)？簡要說明這些技術(shù)各自的特點？由于這部分比較難理解，所以直接由老師講解空間復(fù)用、空間分集、波束賦形、層照射、預(yù)編碼。內(nèi)容3：LTE的MIMO發(fā)送模式有幾種，分別適應(yīng)與什么場景和地域？教師講解教師先講解MIMO的應(yīng)用模式,講解達(dá)成此后給出應(yīng)用途景，讓學(xué)生提問思慮剖析詳盡應(yīng)用什么模式。依