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01-LTE网络规划设计与施工建设培训-LTE关键技术


LTE系统关键技术

前言
LTE关键技术

OFDM
2

多天线技术

需要解答的疑惑
? OFDM
? 什么是子载波?什么是OFDM符号,什么是CP,CP的作用 ? OFDM的主要优缺点

? MIMO
? 什么是MIMO

? MIMO的增益 ? LTE MIMO的种类

3

提纲

OFDM基本原理 OFDM关键技术 MIMO系统的极限容量 MIMO系统的性能增益分析 MIMO技术在LTE中的应用 小结

4

无线通讯基本原理
1. 2. 3. 通讯双方处理过程完全按照一份协议实现,整个处理过程已知 唯有无线信道未知 两种 方式解决未知信道的问题:
? ? 固定发送数据的种类,收端不断匹配,盲解 发送训练序列(已知序列),获取信道

4.

无线通讯的关键和难点:获取信道相关信息,掌握得越准确,越能准确 高效传输
加CRC 编码 交织 无线信道 加扰 调制

信源

解调制

解扰

解交织

译码

5

为什么引入OFDM
? 无线信道的特性:频域选择性衰落(相干带宽)、时间

选择性衰落(相干时间)
模型A,PA 3km/h 模型B,PB 10 km/h 模型C,VA 30km/h

模型D,VA 120km/h

模型E 静止模型,Doppler=1.5Hz

6

Page 6

为什么引入OFDM
? 单载波系统和多载波系统
? 通常我们采用的通信系统是单载波方案(如GSM),这种系统在数据速

率不高时,信号带宽小于信道的相干带宽,接收端符号间干扰(ISI)不 严重,只要采用简单的均衡器(Equalizer)就可以消除符号间干扰。随 着数据速率的提高,信号带宽大于信道的相关带宽,均衡器的抽头数量和 运算的复杂性提高,使用均衡器对宽带高速率系统不合适,特别是多用户 系统.
? 多载波系统通过把高速的串行数据流变成几个低速并行的数据流,同时去

调制几个载波,这样在每个载波上的符号时长增加,由于信道时延扩展引 起的ISI减小,同时,由衰落或干扰引起接收端的错误得以分散。
? 多载波调制的方案有多种:传统频分复用、3dB频分复用、OFDM, etc
? 由于OFDM的频谱利用率最高,又适于用FFT算法处理,近年来在多种系统得到成

功的应用,在理论和技术上已经成熟,因此被WiMAX,3GPP/3GPP2等广泛采用作 为第四代移动通讯主流无线接入技术。

7

Page 7

OFDM基本原理

8

Page 8

OFDM基本原理

9

Page 9

OFDM基本原理
? OFDM系统的基本模型如下:
d0

?


e j? 0 t

?
S(t)
∑ 信道

e ? j? 0 t


d0

^

d1
S/P

? ?

e j?1t

?


e ? j?1t


d1
P/S

^

e j? N ?1t

dN-1

?

e ? j? N ?1t


d N ?1

^

10

Page 10

OFDM基本原理
? OFDM信号的循环前缀

?空白保护间隔

?第二径的频谱
符号传输周期 T Tg 符号积分时间Ts

X(k) X(k)
多经时延τ

Y(k) Y(k)

path1 path2

?循环前缀

11

Page 11

从OFDM到OFDMA
? OFDM符号的时频结构

12

Page 12

OFDMA基本原理
?LTE基带框图
信源 加CRC 编码 交织 加扰 调制 无线信道 加窗 加CP IFFT 子载波映 射

时频同步

去CP

FFT

子载波解 映射

信道估计

均衡

信宿

CRC校验

译码

解交织

解扰

解调

?OFDMA系统基本框图

?WiMAX/UMB/LTE基带框图

13

Page 13

OFDMA与CDMA接收机比较
? CDMA的多径搜索:
?

多径搜索的目的:找到各个径的时延信息 ,通过多径分离得到单径信号,克服频率选择性 衰落。 2倍码片
速率基 带数据

插值滤波
8倍码片 速率

多径搜索

多径时 延信息

多径分离

1倍码 片速率

解调

译码

幅度

径1,延迟t1 径2,延迟t2
幅度

t

径3,延迟t3
手机天线发射数据 幅度 t 幅度 t t 幅度

基站天线接收数据 =各径信号+干扰 +噪声

t

14

Page 14

OFDMA与CDMA接收机比较
? OFDMA与CDMA接收机主要异同
? Bit级处理两种体制相同。Bit级处理主要包括解扰、解交织、译码、CRC校

验等。 ? CDMA解调需要每个用户每个径单独解调,然后再进行用户的多径合并, 多径搜索、解调的运算量很大。OFDMA只采用一次FFT就完成了所有用户 的数据分离,解调算法简单,实现容易,成本低。 ? CDMA采用扩频机制,其接收信噪比要求较低,量化位宽比较小 (4bits); OFDMA子载波的信噪比直接影响解调,量化噪声要求严格,量化位宽比较 大,一般为16位。 ? CDMA的接收机可以针对每个用户进行频偏校正和补偿,OFDMA的频偏 校正只能由终端完成,BS无法对各个用户单独纠偏

15

Page 15

OFDM系统的主要优点
? 消除或减小ISI
?OFDM把高速串行数据变成低速并行数据传输,增加每个符号的周期长度,从而有效对抗无线信道的时延扩展,

减小ISI(一般情况下可完全消除)。

? 频谱利用率高,和CDMA在同一水平
?传统FDM是用滤波器把整个频带分割成互不重叠的子载波,子载波之间的保护频带很宽,OFDM允许子载波频

谱交叠,从而提高频谱利用效率。

? 可利用FFT实现调制解调
?OFDM用IFFT和FFT实现信号的调制与解调,目前FFT易于用DSP或FPGA实现,比之用传统的滤波器实现容易,

器件非常成熟。

? 空口资源分配灵活方便
?时频资源粒度小,按需分配很方便灵活。

? 受频率选择性衰落影响小
?由于无线信道的频率选择性衰落,因此可以通过动态比特分配和动态子信道分配,充分利用信噪比高的子信道,

提高系统性能。

? 易于构成OFDMA系统,易于和MIMO等技术结合使用
?OFDM易于与其他多址方式组合构成灵活的多址接入系统,如多载波码分多址(MC-CDMA), 跳频OFDM

(FH-OFDM), OFDM-TDMA等。

? 抵抗窄带干扰
?OFDM通过把高速串行数据映射到并行的多个子载波上,窄带干扰只能影响一部分子载波,接收端可以通过纠错

译码恢复干扰引起的错误 。 16
Page 16

OFDM系统的主要缺点
?

易受频率偏差的影响
?

OFDM的子载波互相交叠,只有保证接收端精确的频率取样才能避免子载波间干扰。 由于无线信道的时变性,在传输过程中的时延扩展会引起接收端频率偏移,无线终端 移动引起的Doppler频移也会使接收端发生频率偏移,接收端本地振荡器与发射端的 频率偏差也是一种频率偏移。频率偏移会引起子载波间干扰(ICI),对频率偏移敏

感是OFDM的缺点之一。
?

时间同步要求
? OFDM的子载波正交性要求信号落入FFT窗口内,因此同步网络最方便组网,特别是对

FFR等干扰管理技术;上行要求调整信号发射提前/延后时间;
?

较高的峰均比(PAR)
? OFDM发送端输出信号是多个子载波相加的结果,目前应用的子载波数量从几十个到

几千个,如果各个子载波同相位,相加后就会出现很大的幅值,即调制信号的动态范 围很大,这对后级RF功率放大器提出了很高的要求。
?

信道容量的劣势 信息论指出,信号正交方式(TDMA,FDMA,OFDMA等)的多用户复用比CDMA在信道容量 上要差. 但以目前的器件实现水平该问题并不明显,甚至是优势.
17 Page 17

OFDM技术的优缺点
? 优点
? 频谱利用率高 ? 抗多径干扰 ? 抗频率选择性衰落

? 信道估计与均衡实现简单

? 缺点
? 对频率偏移特别敏感 ? 多普勒频谱扩展会引起ICI ? OFDM系统的PAPR较大

18

优点1:频谱利用率高
? OFDM系统中各个子载波之间是彼此重叠、相

互正交的,从而极大提高了频谱利用率

19

优点2:有效抵抗多径干扰

20

优点3:有效抵抗频率选择性衰落
10 5 0

Frequency Slective Fading

-5 -10 -15 -20 -25 -30

0

100

200

300 Frequency

400

500

600

21

OFDM技术的缺点
? OFDM技术最大的缺点是对频率偏移特别敏感,收发两端晶振的不一

致会引起ICI,虽然在接收端可以通过频率同步来获取频率偏移并进 行校正,但由于频偏估计的不精确而引起的残留频偏将会使信号检测 性能下降 ? 在移动环境下,由于终端移动而引起的多普勒频谱扩展,同样会引起 ICI,这就要求系统设计时合理地配置各种参数以尽量降低ICI对检测 性能的影响 ? OFDM系统的PAPR较大,对功放和削波提出了更高的要求

22

OFDM技术的模拟基带实现
? 主要思想:
? 将数据进行串并转换,得到N路并行的数据流,并将它们调

制到相互正交的子载波上,各个子载波的频谱相互交叠 ? 下面的式子可以保证子载波之间的正交性

?在接收端对其进行相关解调时,

23

OFDM技术的数字基带实现示意图
下图描述了OFDM系统在发射端用IFFT来实现多载波叠 加的过程。由前面的公式可以得出,对发射序列进行 IFFT之后所得到的,恰好是模拟基带实现时多载波叠加 后数据的采样序列,对其进行D/A转换,即可得到模拟基 带实现时的发射信号

sn , 0

sn , 0

?
sn, N ?1

e j?0t

? S
sn, N ?1

? ?IDFT ? ?P/S

?D/A

e j? N ?1t

24

OFDM系统实现框图

s(t)

S/P Transmitter

?

IFFT

?

Add Cyclic Prefix

?

P/S

Channel Receiver r(t) P/S n(t) Remove Cyclic Prefix

?

FFT

?

?

S/P

25

提纲

OFDM基本原理 OFDM关键技术 MIMO系统的极限容量 MIMO系统的性能增益分析 MIMO技术在LTE中的应用 小结

26

OFDM关键技术
? 时频同步 ? 信道估计 ? PAPR抑制

? 动态资源分配

27

时频同步-保护间隔
无 保 护 间 隔 有 保 护 间 隔
?第1径

?第2径

?第1径

?第2径

28

时频同步-循环前缀

29

时频同步-循环前缀

30

时频同步-频率同步的影响
下图显示,频率不同步将直接引入ICI,而且ICI的影响要比ISI的影响大得 多,所以在OFDM系统中,频率同步的精度要求比符号同步高

31

OFDM系统信道估计
? 信道估计的作用:估计信道衰落系数(包括幅度和相位),以实现相干解调 ? 资源:
? 利用训练序列进行信道估计 ? 利用导频子载波进行信道估计

? 方法:
? 最小二乘(LS) ? 最小均方误差(MMSE)

? 利用训练序列进行信道估计通常进行一维(频域)插值,利用导频子载波进

行信道进行估计,要进行时频二维插值,一般采用线性插值即可满足要求

32

OFDM峰均比
? 主要原因是OFDM最后的功率是多个信号功率的叠加,由于每个信号

的变化没有规律,因此最终叠加后的功率变化就很大 ? SC-FDMA也有幅度和功率变化,但每个用户的发送信号与单载波相 同,没有叠加的因素,因此功率的变化就要相对小很多 ? 上行采用SC-FDMA以改善蜂均比
Coded symbol rate= R

DFT
NTX symbols Size-NTX

Sub-carrier Mapping

IFFT

CP insertion

Size-NFFT

33

SC-FDMA
?为了保证上行单载波特性,当数据和控制信令同时传输时,控 制信令和数据在DFT前需要进行复用

34

OFDM峰均比

?

上行采用SC-FDMA以改善蜂均比
35

OFDM系统的动态资源分配
? OFDM系统中可供分配的资源包括功率、子载波、编码调制方式 ? 根据信道质量为每个用户动态分配最优子载波 ? 根据信道质量为每个子载波动态分配合适的编码调制方式 ? 根据注水定理,通过合理的资源分配使系统容量最大化或者发射功率

最小化
? 将QoS与动态资源分配相结合,考虑业务需求和公平性 ? 将功率分配与远近效应相结合,尽量降低自干扰

36

提纲

OFDM基本原理 OFDM关键技术 MIMO系统的极限容量 MIMO系统的性能增益分析 MIMO技术在LTE中的应用 小结

37

引言
? 随着Turbo编码及LDPC编码的成熟和实用化,实际时频通信系统基本

上逼近了Shannon给出的最高效率:
? PT ? C ? log2 ? 1 ? ? N ? ? b / s / Hz 0 ? ?

? MIMO技术:
? 利用空间维度资源 ? 在发射端和接收端同时采用多天线技术 ? 在不增加发射功率和带宽的前提下,成倍地提高无线通信系统的传输容量 ? 容量的提升与天线数目成比例关系

38

LTE的性能目标与峰值速率
? LTE的性能目标
? 在20MHz的带宽下,下行峰值速率达到100Mbps ? 在20MHz的带宽下,上行峰值速率达到50Mbps

? LTE峰值速率
? 资源块(RB) - 频域:12个子载波; 时域: 1个时隙(0.5ms) ? 64QAM调制: 1个符号可传6个比特 ? 无线资源块: 20MHz共有100RBs ? 短CP,每个子帧14个符号,假设其中2个符号用于控制信息 ? 理论峰值速率计算
? SISO:12*(14-2)*6*100*1000 = 86.4Mbps ? MIMO(2*2): 2*86.4 = 172.8MBps

39

MIMO系统的极限容量
? MIMO (Multiple Input Multiple Output):

收发两端同时采用2天线为例
x1 x2

h11 h21 h12 h22

y1 y2

? 接收信号: ? 极限容量 :

y1 ? h11x1 ? h12 x2 ? n1 y2 ? h21x1 ? h22 x2 ? n2

y ? Hx ? n
R xx ? E xxT

? HR xxH H ? C ? log2 det ?I ? ? N 0 ? ?
40

? ?

使用MIMO的若干方式
?
?

SISO
Single Input, Single Output

?
?

MISO
Multiple Input, Single Output

?

SIMO
Single Input, Multiple Output

?

MIMO
Multiple Input, Multiple Output ? SDMA

41

Page 41

MIMO系统的极限容量的本质
MIMO信道容量的本质 — 等效于多个正交并行子信道
? ? SVD分解 ? y ? U? ? ? ? ?

?1 ?
? 0 ? 0 ? ? ?

0 ?

y ? Hx ? n
? ? ? ~ y?? ? ? ? ?

?r
? 0

? 0? ? ?? H ? 0? V x ? n ? ? ?? ? 0? ?

?1 ?
? 0 ? 0 ? ? ?

0 ?

?r
? 0

? 0? ? ?? ~ ~ ? 0? x ? n ? ? ?? ? 0? ?
?i

?1
发射机

?2

?r

为信道矩阵的奇异值,代表每个子信道衰落的幅度
42

接收机

MIMO系统的极限容量—信道信息发端已知
? 如果信道信息发端未知,发射机只能在每个传输管道上等功率分配发

送功率。 ? 如果信道信息发端已知,发射机能通过Water-filling算法优化功率分 配使得容量最大化。
分配的功率
?
P1 P2
P3

P4

~ ?3 ?1

?1

~ ?1

~ ?2 ?1

~ ?4 ?1

? ?i ? ? ?i ? ? ?N ? ? 0? ~?1

?1

~ ?5 ?1

不同传输管道的 信噪比倒数

43

极限容量比较
Capacity comparison, single path rayleigh channel 14 1x2 RxD ideal 1x2 RxD average 2x2 MIMO ideal 2x2 MIMO average

12

Spectrum efficiency(Bit/Hz/s)

10

8

6

4

2

0 -10

-5

0

5 SNR(dB)

10

15

20

44

各系统容量总结 ?SISO: ?SIMO: ?MISO: ?MIMO:
( nt , nr )

? Pt ? C ? log2 ?1 ? ? N 0? ? ? Pt ? C ? log2 ?1 ? nr ? N 0? ? ? Pt ? C ? log2 ?1 ? nt ? N 0? ? ? HR x xH H ? C ? log2 det ?I ? ? N 0 ? ?
? Pt ? ? min( nt , nr ) log2 ?1 ? ? N 0? ?
45

MIMO系统的极限容量与信道相关性
Average Capacity, 2x2 MIMO channel 12 Tx Tx Tx Tx corr=0,Rx corr=0 corr=0.3,Rx corr=0.3 corr=0.6,Rx corr=0.6 corr=0.9,Rx corr=0.9

10

Spectrum efficiency(Bit/Hz/s)

8

6

4

?空间相关性越高, MIMO信道容量越小

2

0

0

2

4

6

8

10 12 SNR(dB)

14

16

18

20

46

小结
? MIMO系统利用空间的维度能够提升系统的极限容量 ? MIMO系统的极限容量等于多个并行子信道容量之和

? MIMO系统的极限容量和空间相关性有关

47

提纲

OFDM基本原理 OFDM关键技术 MIMO系统的极限容量 MIMO系统的性能增益分析 MIMO技术在LTE中的应用 小结

48

MIMO系统的性能增益
? 极限容量只是为MIMO系统的设计设立了一个目标 ? 设计一个实际的MIMO系统往往需要对极限容量所包含的

一些要素进行分解
? MIMO系统的增益分解:
? 阵列增益(Array Gain) ? 空间分集增益(Diversity Gain) ? 空间复用增益(Spatial Multiplexing Gain) ? 干扰对消增益(Co-Channel Interference Reduction Gain)

49

MIMO系统的增益—阵列增益
? 定义:发射总功率相同的前提下对接收端平均信噪比的改善 ? 前提:发射端或者接收端知道信道信息(必要条件)

以发射分集为例:
w1s

h1 h2

w2 s

? 接收信号模型:

?h ? y ? ? 1 ??w1 ?h2 ?

w2 ?s ? n ? Hw ? s ? n

50

MIMO系统的增益—阵列增益
? 当发射端知道信道信息时(闭环):
w ? ?w1 ? * h 1 w2 ? ? ? ? h 2?h 2 2 ? 1 ? ? 2 2 h1 ? h2 ? ?
* h2

? 接收信号
y? h1 s ? h2 s h1 ? h2
2 ?n

2

2

h2

h1
h1 ? h2
2 2

2

2

?n
2

SNRaverage ?

h1 |2 ? | h2 Es

Es

?2

3dB Gain

始终相干叠加

2 ?n

51

MIMO系统的增益—空间分集增益
? 定义:通过合并多个空间信号分量,减少衰落信道下接收信号信噪

比的相对波动,即减小了信噪比的标准差和均值的比值 ? 前提:多个信号分支经历的衰落必须不完全相关(必要条件)

52

MIMO系统的增益—空间分集增益
? 接收分集或者闭环发射分集能同时获得阵列增益和空间分集增益 ? 分集阶数——合并的独立衰落分支数目 ? 分集阶数近似于误码率曲线在SNR很高时的曲线斜率 ? 空间分集增益无法精确量化,和具体的工作点有关。
log?E?Pe ?? d ? ? lim SNR?? log SNR

AWGN信道可看作 分集阶数无穷大

53

MIMO系统的增益—空间复用增益
? 定义:在相同带宽、相同总发射功率的前提下,通过增加空间信道的

维数获得的吞吐量增益。
? 前提:信号经历的空间信道矩阵的秩大于1

? ? 由于 n log ?1 ? SNR ? ? log ?1 ? nSNR,在相同发射总功率下,把功率分
配给几个并行信道所能获得的极限容量将大于等于把功率全部集中到 一个传输信道上所能得到的极限容量
? 空间复用允许系统在不增加额外带宽和功率的前提下,同时传输单个

用户的多个数据流或者多个用户的数据流

54

MIMO系统的增益—空间复用增益
Average Capacity, 2x2 iid channel 12 Dual-stream Single-stream 10

Spectrum efficiency(Bit/Hz/s)

8

6

4

2

由于衰落信道下,信道 矩阵的几个特征值并不 总是相等,在低信噪比 下将发射功率放在增益 较大的子信道上传输能 获得更高的容量。
0 2 4 6 8 10 12 SNR(dB) 14 16 18 20

0

55

MIMO系统的增益—干扰对消增益
? 定义:发射总功率相同的前提对接收端信干比的提升 ? 前提:干扰是空间有色且可区分的

提升信号功 率并降低干 扰功率。

56

MIMO系统的增益—干扰对消增益
? 有n个接收天线的MIMO系统,由于信道矩阵的最大正交

基个数为n,最多可以解调n个数据流,因此最多可以同时 对消n-1个干扰

57

小结
? 多天线——阵列增益——提升平均信噪比 ? 独立的衰落分支——空间分集增益——减小信噪比的相对波动 ? 多个流——空间复用增益——提升容量 ? 先进接收机——干扰对消增益——提升平均信干比

58

提纲

OFDM基本原理 OFDM关键技术 MIMO系统的极限容量 MIMO系统的性能增益分析 MIMO技术在LTE中的应用 小结

59

LTE系统多天线技术
? MIMO(Multiple Input Multiple Output)
? 不相关的各个天线上分别发送多个数据流; ? 利用多径衰落,在不增加带宽和天线发送功率的情况下,提高信道容量

及频谱利用率,下行数据的传输质量。

60

LTE系统多天线技术应用

传输分集

多天线技术 波束赋形

空间复用

61

传输分集技术
?

复杂和动态的无线信道 – 快衰落和慢衰落;大尺度衰落与小尺度衰落 – 平坦衰落与频率选择性衰落

62

常用发射分集天线
TSTD
下行用户数据的功率分配 所有用户都由相同 的天线发送,且一 起在不同的天线间 切换

STTD
可以用一个简单的 线性变换实现分集 信号的分离和最大 似然检测。

SCTD 发射分集天线
P-CCPCH的分集发 送。这种方式占用 了码道的资源,只 能对少数重要的码 道使用

根据实际信道条件 确定各天线信号的 加权系数,实现分 集发送。

CL TxD
63

传输分集: TSTD
? TSTD (Time Switched Transmit Diversity)
? 在任意时刻只有一个天线被激活 ? 一个数据流在多根天线中进行选择发送

Sub-carrier

Antenna 1 TSTD

time Antenna 2

?LTE系统上行天线选择技术可以看作是TSTD的一个特例
64

传输分集: FSTD
Sub-carrier

Antenna 1 FSTD

time Antenna 2

?LTE系统并没有直接采用FSTD技术,而是与其他传输分集技术结合起来使用

65

传输分集
SFBC+FSTD
f1 TX1 TX2 TX3 TX4 f2 f3 f4 频域

S1 0
* ? S2

S2 0
* S1

0 S3 0
* ? S4

0 S4 0
* S3

0

0

?LTE支持SFBC与FSTD结合的传输分集方式

66

MIMO应用方式:波束赋形与Pre-coding
? 接收波束赋形
? MRC ? 接收分集 ? 适用于任何天线间距 ? Null Steering Beamformer ? 抑制强干扰线间距 ? 适用于小天

? 发送波束赋形
? MRT ? 发送分集(TxAA?) ? 适用于任何天线间距 ? Null Steering Beamformer ? 抑制强干扰 ? 适用于小天线间距

67

波束赋形
Wanted UE

传统波束赋形
Interfering UE

? 小间距的天线阵列,使用较多天线 单元 ? 提高峰值速率,小区覆盖,降低小 区间干扰

68

波束赋形
基于预编码的波束赋形
? 大间距的天线阵列,或者极化天线阵列 ? 通过码本选择和反馈,即终端通过进行下行方向的信道估计, 从已知的码本中选择下一次传输的赋形权值,并反馈给基站。

69

波束赋形
当接收端也存在多根天线时,接收端也可以利用多根天线降低用户间 干扰,其主要的原理是通过对接收信号进行加权,抑制强干扰,称为 IRC(Interference Rejection Combining)

下行

上行

70

MIMO应用方式:空间复用
? 天线配置MxN,N≥M ? 在发送端的不同天线天线上发送不同的数据流,接收端通

过N根天线接收到的向量为:

y ? Hx ? w

? 其中x为发送的符号向量,Mx1 ? y为接收到的符号向量,Nx1 ? H为空间信道矩阵,NxM ? W为噪声向量,Nx1

71

MIMO技术与多用户分集
? 多用户分集
? 当存在大量用户时,每一个用户经历的信道都是独立衰落的

用户所经历的信道是强壮的。从系统的角度来看,如果被调 度的用户所经历的信道越强壮,那么系统获得多用户分集增 益越多

? MU-MIMO扩大了可调度的资源集合
? Virtual MIMO使得用户可以,那么在某一个时刻和频率上,

总是能够找到一个选择与其他用户相同的时频资源
? 下行MU-MIMO,增加了一个可调度的维度,用户不仅可以

在时域和频域上进行调度,同时还可以在空域(波束域)进 行调度

72

MIMO技术与多用户分集

73

空间复用
? 多码字传输
? 多码字传输即复用到多根天线上的数据流可以独立进行信道编码和

调制 ? 单码字传输是一个数据流进行信道编码和调制之后再复用到多根天 线上
? LTE支持最大的码字数目为2。

?单码字
74

多码字

空间复用
? 预编码技术 ? 基于预编码的空间复用是将多个数据流在发送之前使用一个预编 码矩阵进行线性加权 ? NL=NT ,预编码可以用来对多个并行传输进行正交化,从而增加 在接收端的信号隔离度。 ? NL<NT ,预编码还提供将NL个空间复用信号映射到NT个传输天 线上的作用,通过提供空间复用和波束赋形带来增益。

75

空间复用
? MU-MIMO
? 基站将占用相同时频资源的多个数据流发送给不同用户 ? 下行同时支持SU-MIMO和MU-MIMO

SU-MIMO(SDM)

MU-MIMO(SDMA)

76

空间复用
? MU-MIMO
? LTE上行不支持SU-MIMO

? 上行只支持虚拟MIMO,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,这样从基 站接收机来看,这些来自不同终端的数据流,可以被看作来 自同一个终端上不同天线的数据流,从而构成一个MIMO系 统

SU-MIMO

MU-MIMO

77

LTE时的天线配置
? 下行 ? 1x2 (接收分集)

? 2x2 (发射分集, 空分复用)
? 4x2, 4x4 (发射分集, 空分复用) ? 8x2, 8x4... (波束赋型) ? 上行 ? 1x2, 1x4, 1x8… (接收分集)

BS

MS

78

LTE系统多天线技术处理流程
Code words Layers Antenna Ports Antennas

a

b

c

d

Layer Mapper

Pre-coding

Antenna Port Mapper

?主要在下行方向,上行方向虽然支持MU-MIMO,但是每一个UE来看,其与 单天线传输没有区别 ?层(Layer)有不同的解释 ?在使用单天线传输、传输分集以及波束赋形时,层数目等于天线端口数目;在使 用空间复用传输时,层数目等于空间信道的Rank数目,即实际传输的流数目
79

不同MIMO方式的比较
MIMO方式 单端口/赋形 空间复用 {码字} 层映射 预编码 天线端口映射 透传 透传 动态赋形 {天线端口} AP 5 单端口/非赋形 单码字 透传 单码字 透传 透传/扇区赋形 AP 0

单码字 串并变换 CDD/ 透传/扇区赋形 AP 0~3 动态预 双码字 编码 单码字 串并变换 SFBC N/A N/A N/A N/A N/A N/A 透传/扇区赋形 AP 0~3 透传/扇区赋形 AP 0~3 动态形赋 AP 5

传输分集 公共导频 专用导频

?传输模式是不同MIMO方式的组合,每种传输模式中都有传输分集/或 单端口AP0,便于模式切换以及在出现突发情况时可以快速的回退到传 输分集/或单端口AP0 MIMO方式
80

传输模式的选择
? 主要考虑因素
? 需要动态调度的业务类
用户 业务量 TM2(传输 分集) TM3(开环 SM) TM4(闭环 SM) TM5(MUMIMO) TM7(AP5: BF) TM1(AP0) 低 高 高 低/高 信道 相关性 未知/低 低 低 低 移动速度 未知/高 未知/高 低 低 其他

型 ? 业务量 ? 时延要求?反馈 ? 信道相关性 ? 移动速度?反馈 ? TDD/FDD
? 其他限制因素
? 资源分配资源的限制 ? 反馈资源的限制 ? SRS资源的限制

系统负 载较重 时

低 N/A

高 N/A

低/高 N/A 天线端 口失效 室内 SDMA?

81

上行传输类型的选择
? 主要考虑因素
? UE能力 ? FDD/TDD ? 用户数目限制

? SRS资源的限制

? 建议
UE能力
UE port0 闭环 开环*

FDD/TDD

用户数目
多 少 多

SRS资源
不足 充足 充足

不支持/支持 FDD/TDD 支持 支持 FDD/TDD TDD

82

MIMO天线实例
?基站天线

?终端天线
83

提纲

OFDM基本原理 OFDM关键技术 MIMO系统的极限容量 MIMO系统的性能增益分析 MIMO技术在LTE中的应用 小结

84

小结

85

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