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文檔簡介
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
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