LTE-MIMO培訓(xùn)

1、Apr. 2010HUAWEI TECHNOLOGIES Co., LHUAWEI Confidential Security Level: 內(nèi)部公開(kāi)LTE MIMO技術(shù)交流HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 2主要內(nèi)容主要內(nèi)容l多天線技術(shù)、多天線技術(shù)、MIMOMIMO特性介紹特性介紹lLTE MIMOLTE MIMO實(shí)現(xiàn)方案介紹實(shí)現(xiàn)方案介紹lMIMOMIMO中的增益理解中的增益理解HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 3多天線技術(shù)多天線技術(shù)HUAWEI

2、 TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 4多天線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)多天線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 5MIMO特性介紹特性介紹2221021loghhNPCT021logNPnTrSIMO (Single Input Multiple Output): 常規(guī)的接收分集技術(shù)MISO (Multiple Input Single Output): 常規(guī)的閉環(huán)發(fā)射分集技術(shù)MIMO: 收發(fā)兩端同時(shí)采用多天線為例極限容量 容量隨著發(fā)射天線發(fā)射天線數(shù)對(duì)數(shù)增加！HUAWE

3、I TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 6MIMO特性介紹特性介紹是不是只要增加發(fā)射天線就可以無(wú)線增加容量？協(xié)議里面定義了4根邏輯天線，4根物理天線的模式但是受限于下面幾個(gè)實(shí)現(xiàn)障礙：終端解調(diào)復(fù)雜度高，終端也要實(shí)現(xiàn)4收，但是目前沒(méi)有商用或者實(shí)驗(yàn)終端支持4收，2收無(wú)法實(shí)現(xiàn)4倍MIMO的吞吐量增益。終端同時(shí)處理4路碼流運(yùn)算，當(dāng)前的芯片CPU能力很難支持。從理論上分析還是可以做，但是在獲得相同SNR的情況下吞吐量不會(huì)是倍增的關(guān)系。但是實(shí)現(xiàn)成本會(huì)非常高由于多天線之間的相關(guān)性無(wú)法做到絕對(duì)正交，所以對(duì)于同樣SNR，4天線能夠支撐的MCS方式要比2天線

4、低，2天線要比單天線低。但是總體是有吞吐量的增益的但是不會(huì)是倍數(shù)關(guān)系。因此廠家在實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收一直是在決策成本與收益比！HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 7主要內(nèi)容主要內(nèi)容lMIMOMIMO特性介紹特性介紹lLTE MIMOLTE MIMO實(shí)現(xiàn)方案介紹實(shí)現(xiàn)方案介紹lMIMOMIMO中的增益理解中的增益理解HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 8MIMO編碼：編碼：SFBC和和STBC因此：LTE選用了對(duì)移動(dòng)性支持更好的SFBC編碼同樣STBC也成了WiM

5、AX高速移動(dòng)性支持的一個(gè)瓶頸。*1*221xxxxX天線1、2SFBCtSTBCfSTBC是在不同天線相同子載波相同子載波 不同不同t時(shí)刻時(shí)刻分集來(lái)獲得冗余SFBC是在不同天線不同子載波不同子載波 相同相同t時(shí)刻時(shí)刻分集來(lái)獲得冗余那么在高速移動(dòng)的信道是時(shí)變對(duì)信號(hào)影響大還是多普勒頻移對(duì)信道的影響大呢？仿真認(rèn)為高速移動(dòng)信道的時(shí)變特征更明顯，所以如果采用時(shí)間上的冗余會(huì)被時(shí)變的信道抵消掉。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 9輸入：輸入：待發(fā)射的調(diào)制符號(hào)：S0、S1算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程：算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程：（1）Layer Mapper：串并變

6、換；（2）SFBC：對(duì)符號(hào)對(duì)s0、s1進(jìn)行空頻編碼，形式為： 。其中，第i行表示天線i在相鄰兩個(gè)子載波上發(fā)射的數(shù)據(jù)，i0.1 ；（3）總功率歸一化：如果需要做總發(fā)射功率歸一化，乘以 ，即 。2Tx SFBCModulationMapperLayerMapperSFBC0s1s2s3s1s0s2s3sResourceMapperResourceMapper*0*11021ssss2Tx SFBC發(fā)射結(jié)構(gòu)示意圖*0*110ssss輸出：輸出：天線0在相鄰兩個(gè)子載波上發(fā)射的數(shù)據(jù)為：天線1在相鄰兩個(gè)子載波上發(fā)射的數(shù)據(jù)為： *0*11021ssss21021s121s*121s*021s下行下行MIMO

7、編碼：編碼：SFBCHUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 102Tx MCWModulationMapperModulationMapper00s01s02s10s11s12sMCW100021ssResourceMapperResourceMapper2Tx MCW發(fā)射結(jié)構(gòu)示意圖下行下行MIMO編碼：編碼：MCW00s10snms輸入：輸入：待發(fā)射的調(diào)制符號(hào)： ，其中 表示碼字n的第m個(gè)調(diào)制符號(hào)；算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程：算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程：（1）MCW編碼：1000ss其中，第i行表示天線i在某個(gè)子載波上發(fā)射的數(shù)據(jù)；（2）總功率歸一化：如

8、果需要做總發(fā)射功率歸一化，需要乘以 ，即 。21100021ss輸出：輸出：天線0在該子載波上發(fā)射的數(shù)據(jù)為：天線1在該子載波上發(fā)射的數(shù)據(jù)為:天線1在該子載波上發(fā)射的數(shù)據(jù)為： 1021s0021sHUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 112Tx Precoding（rank=1）ModulationMapper0s1sPrecodingResourceMapperResourceMapper01000scc2Tx Precoding（rank=1）發(fā)射結(jié)構(gòu)示意圖2Tx Precoding（rank=2）ModulationMa

9、pperModulationMapper00s01s10s11sMCW1000ssPrecodingResourceMapperResourceMapper100011100100sscccc2Tx Precoding（rank=2）發(fā)射結(jié)構(gòu)示意圖下行下行MIMO編碼：編碼：RANK1、RANK2HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 12MIMO模式概述模式概述n協(xié)議協(xié)議3621336213中定義的中定義的MIMOMIMO模式一共包括模式一共包括7 7種種n單天線端口TM1（DL SIMO）n開(kāi)環(huán)發(fā)射分集TM2（不需要反饋P

10、MI）n開(kāi)環(huán)空間復(fù)用TM3 （不需要反饋PMI）n閉環(huán)發(fā)射分集TM6 （需要反饋PMI）n閉環(huán)空間復(fù)用TM4 （需要反饋PMI）n下行多用戶MIMO TM5（我司不支持）n單天線端口5TM7 （我司不支持）HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 13自適應(yīng)自適應(yīng)MIMO算法的意義算法的意義n為什么要有自適應(yīng)為什么要有自適應(yīng)MIMOMIMO算法？（要解決一個(gè)什么問(wèn)題）算法？（要解決一個(gè)什么問(wèn)題）n面對(duì)這么多種傳輸模式，每一種傳輸模式都有它應(yīng)用的場(chǎng)景和一些預(yù)置條件，如何根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)配置、信道環(huán)境、UE能力選擇一種最合適的傳輸模式

11、是自適應(yīng)MIMO算法要解決的問(wèn)題。n自適應(yīng)自適應(yīng)MIMOMIMO算法要達(dá)到的目標(biāo)是什么？（直觀的目標(biāo)）算法要達(dá)到的目標(biāo)是什么？（直觀的目標(biāo)）n靜止場(chǎng)景：自適應(yīng)MIMO算法獲得的平均吞吐率與當(dāng)前性能最好的MIMO模式一致。n移動(dòng)場(chǎng)景：自適應(yīng)MIMO算法獲得的吞吐率曲線能夠?qū)λ蠱IMO模式的吞吐率曲線形成外包絡(luò)。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 14下行下行MIMO實(shí)現(xiàn)方案實(shí)現(xiàn)方案移動(dòng)速度判斷： c為光速，fs為載頻，fd max為eNB檢測(cè)到最大多普勒頻移。頻譜效率SE的計(jì)算： SE =Tpt_max/38*(38+30

12、)/10 吞吐量/帶寬發(fā)射相關(guān)性Dt的計(jì)算：接收相關(guān)性Dr的計(jì)算：max,dsffcv 移動(dòng)速度（km/h）最大多普勒頻偏（Hz）51210241536307260144120289HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 151.0算法概述算法概述n1.01.0算法實(shí)現(xiàn)方案算法實(shí)現(xiàn)方案n分集/復(fù)用切換：根據(jù)CQI及Rank1連續(xù)上報(bào)次數(shù)實(shí)現(xiàn)分集與復(fù)用的切換，且切換門限固定。n開(kāi)環(huán)/閉環(huán)切換：使用eNB L1上報(bào)的頻偏級(jí)別實(shí)現(xiàn)開(kāi)閉環(huán)的切換。n1.01.0算法的主要思想算法的主要思想n分集/復(fù)用切換：一般認(rèn)為在信道質(zhì)量較差時(shí)適合使

13、用發(fā)射分集，而且UE測(cè)量的Rank值則能夠非常直接的體現(xiàn)當(dāng)前適合的模式，所以采用CQI+Rank的方式完成分集復(fù)用的切換。n開(kāi)環(huán)/閉環(huán)切換：當(dāng)UE移動(dòng)速度過(guò)快，PMI反饋延時(shí)大于信道相干時(shí)間情況下，不適合使用閉環(huán)模式，而Doppler頻偏直接反映信道相干時(shí)間，所以使用頻偏作為開(kāi)閉環(huán)切換條件。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 162.0算法概述算法概述n2.02.0算法實(shí)現(xiàn)方案算法實(shí)現(xiàn)方案n分集/復(fù)用切換：使用長(zhǎng)期濾波后的頻譜效率及Rank1概率作為分集復(fù)用的判決條件，并且切換門限采用自適應(yīng)方式。n開(kāi)環(huán)/閉環(huán)切換：使用上行

14、預(yù)編碼增益BF_Gain作為開(kāi)閉環(huán)切換的判決條件。n2.02.0算法與算法與1.01.0算法的主要區(qū)別算法的主要區(qū)別n分集/復(fù)用切換：這一部分基本沿用1.0的思想，采用CQI和Rank作為算法輸入?yún)?shù)，只不過(guò)2.0中不是直接使用上報(bào)的CQI值，而是使用CQI對(duì)應(yīng)的頻譜效率，并且切換門限也由原來(lái)的固定門限變?yōu)樽赃m應(yīng)。n開(kāi)環(huán)/閉環(huán)切換：這一部分變化較大，不再使用頻偏作為開(kāi)閉環(huán)的判決條件，而是改用上行預(yù)編碼增益作為唯一的判決門限，而且該門限也是自適應(yīng)的。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 17自適應(yīng)自適應(yīng)MIMO算法總流程算法總

15、流程HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 18初始初始MIMO模式配置及模式配置及MIMO模式回退模式回退n初始初始MIMOMIMO模式配置模式配置n當(dāng)UE初始接入時(shí)，eNB會(huì)為其配置缺省MIMO模式。在我司系統(tǒng)中缺省MIMO模式為Tm2（不考慮單天線端口情況）。初始MIMO模式配置信息在RRC_CONN_SETUP消息中攜帶。nMIMOMIMO模式回退模式回退n當(dāng) H A R Q 平 均 重 傳 次 數(shù) 超 過(guò) T H _ M A X _ H A R Q （ 回 退 門 限 ） 時(shí) ， 會(huì) 通 過(guò)RRC_CONN_RECF

16、G消息將UE配置為缺省模式，即Tm2。并且只有當(dāng)HARQ平均重傳次數(shù)小于TH_MIN_HARQ后，才能重新進(jìn)入MIMO模式配置流程。n為了防止MIMO模式間的乒乓切換，通常TH_MIN_HARQRPSOPS 上行虛擬上行虛擬MIMOUser 1 dataChannel InformationUser1User2User kSchedulerMIMODecoderUser k dataHUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 23主要內(nèi)容主要內(nèi)容lMIMOMIMO特性介紹特性介紹lLTE MIMOLTE MIMO實(shí)現(xiàn)方案介紹實(shí)現(xiàn)方

17、案介紹lMIMOMIMO中的增益理解中的增益理解HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 24陣列增益（功率增益）陣列增益（功率增益）MIMO系統(tǒng)的增益分解：陣列增益(Array Gain)分集增益(Diversity Gain)空間復(fù)用增益(Spatial Multiplexing Gain)干擾對(duì)消增益(Co-Channel Interference Reduction Gain)陣列增益陣列增益: : 對(duì)接收信號(hào)平均信噪比的改善怎么理解陣列增益？怎么理解陣列增益？n一種理解法：一根天線10w，雙天線發(fā)就20w，對(duì)于接收方都

18、是有用信號(hào)，但是帶寬范圍內(nèi)噪聲20W與10w是一樣的，因此C翻倍，而N未變，所以SNR double 了。n另外一種理解法：對(duì)于SFBC，在兩根天線在不同的子載波上發(fā)送相同的碼字2次，對(duì)于STBC在兩根天線上不同時(shí)間發(fā)送相同碼字2次，對(duì)于接收來(lái)說(shuō)解調(diào)成功率增加了一倍，所以有至少3dB的增益。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 25分集增益分集增益分集增益分集增益: 減少衰落信道下接收信號(hào)信噪比的波動(dòng)減少衰落信道下接收信號(hào)信噪比的波動(dòng)以接收分集為例：以接收分集為例：怎么理解分集增益？怎么理解分集增益？接收分集：多徑效應(yīng)越明顯，增益越高。NLOS的分集增益高于LOS的