LTE中MIMO技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)及其測(cè)試

LTE中MIMO技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)及其測(cè)試隨著3GPPLTE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化接近完成，可以說(shuō)，高速無(wú)線接入離我們的生活已經(jīng)越來(lái)越近了。標(biāo)準(zhǔn)化的成熟對(duì)整個(gè)LTE產(chǎn)業(yè)是一個(gè)巨大的促進(jìn)，對(duì)各個(gè)廠家產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一致性上有了很好的保障。但還應(yīng)該看到，標(biāo)準(zhǔn)的制定很大程度上基于仿真和以前產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)，因此標(biāo)準(zhǔn)中存在非常多的問(wèn)題需要解決和進(jìn)一步細(xì)化。在后期的工作中還要產(chǎn)業(yè)界付出極大的努力來(lái)確保整個(gè)產(chǎn)業(yè)的平穩(wěn)發(fā)展。面對(duì)復(fù)雜的無(wú)線環(huán)境和諸多新技術(shù)，設(shè)備的實(shí)現(xiàn)是否能夠發(fā)揮LTE標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)期性能，還是一個(gè)未知數(shù)。LTE標(biāo)準(zhǔn)定義了比3G標(biāo)準(zhǔn)更強(qiáng)的能力，但同時(shí)也對(duì)設(shè)備研發(fā)帶來(lái)了更大挑戰(zhàn)。正交頻分復(fù)用(OFDM)和MIMO系統(tǒng)給LTE系統(tǒng)帶來(lái)了空前充裕的四維空口資源———頻域、時(shí)域、碼域和空域，并在4個(gè)緯度上均可進(jìn)行靈活地調(diào)度和自適應(yīng)，使LTE系統(tǒng)蘊(yùn)含了更強(qiáng)大的技術(shù)潛力。但能不能用好這些資源，管好這個(gè)靈活的系統(tǒng)，是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。LTE標(biāo)準(zhǔn)巨大的靈活性，客觀上造成了標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備開(kāi)發(fā)質(zhì)量的保證程度比3G低，LTE設(shè)備的優(yōu)化更多地依賴(lài)于廠商的研發(fā)能力。LTE系統(tǒng)的靈活性更多地依賴(lài)MAC層的實(shí)現(xiàn)，因此在LTE標(biāo)準(zhǔn)中，單純物理層技術(shù)對(duì)設(shè)備能力的保障程度較低，系統(tǒng)的性能更依賴(lài)于MAC層調(diào)度和資源分配算法的優(yōu)化。比如，3G系統(tǒng)就像個(gè)傻瓜相機(jī)，即使不會(huì)照相的人也能照出比較滿(mǎn)意的照片；而LTE系統(tǒng)卻像個(gè)專(zhuān)業(yè)相機(jī)，會(huì)照相的人會(huì)照出比傻瓜機(jī)好得多的效果，但不會(huì)用的人照出的照片可能還不如傻瓜機(jī)。中國(guó)和國(guó)際上的主要移動(dòng)通信廠商均已經(jīng)開(kāi)發(fā)出TD-LTE或FDDLTE樣機(jī)，并基于這些樣機(jī)進(jìn)行了一系列概念驗(yàn)證測(cè)試。某些比較激進(jìn)的歐美運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)和一些開(kāi)發(fā)進(jìn)度較快的設(shè)備廠商簽訂了預(yù)商用網(wǎng)絡(luò)的合同，準(zhǔn)備部署城市級(jí)別的LTE試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。在大規(guī)模商用之前，需要大量的測(cè)試實(shí)驗(yàn)工作。一方面要進(jìn)一步驗(yàn)證技術(shù)的可行性，另一方面要在實(shí)際場(chǎng)景中驗(yàn)證各種技術(shù)的實(shí)用性，找出一套或若干套配置，來(lái)發(fā)揮LTE強(qiáng)大的功能。在若干急需解決的問(wèn)題中，MIMO是LTE技術(shù)中最核心的技術(shù)之一。1、LTE中的MIMO技術(shù)LTE系統(tǒng)采用了同一框架的自適應(yīng)MIMO傳輸，可以根據(jù)信道條件和需要自適應(yīng)在空間分集、空分復(fù)用、波束賦型、空間復(fù)用和單天線發(fā)送各種模式之間轉(zhuǎn)換，從而可以最大限度地利用實(shí)際信道的容量。相對(duì)雙小區(qū)HSPA+(Duel-cellHSPA+)的2天線MIMO，LTE的MIMO傳輸最大可以支持4天線發(fā)送。如圖1所示。圖1LTE相對(duì)3G在頻域和空域進(jìn)一步挖掘了信道資源LTE系統(tǒng)是迄今為止最全面地采用了MIMO技術(shù)的無(wú)線通信系統(tǒng)，與IEEE802.16e只主要采用了空間分集技術(shù)相比，LTE采用了各種MIMO傳輸模式。1.1、下行MIMO模式（1）發(fā)射分集：通過(guò)在多個(gè)天線上重復(fù)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)流的不同版本，獲得分集增益，用來(lái)改善小區(qū)的覆蓋，適用于大間距的天線陣。

（2）空間復(fù)用：通過(guò)在多個(gè)天線上并行發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)流，獲得復(fù)用增益，用來(lái)提高峰值速率和小區(qū)吞吐量。該模式多流數(shù)據(jù)的發(fā)送有賴(lài)于空間信道的特性，高相關(guān)性信道下，如果采用多流并行傳輸，會(huì)造成比較嚴(yán)重的數(shù)據(jù)流與數(shù)據(jù)流之間的干擾，從而降低系統(tǒng)性能。

（3）波束賦型：通過(guò)在多個(gè)天線陣元的波干涉，在指定的方向性能能量集中的波束，獲得賦形增益，用來(lái)改善小區(qū)覆蓋，適用于小間距的天線陣。該模式主要針對(duì)TDDLTE系統(tǒng)。在TDD系統(tǒng)中，基站可以利用信道的互易性獲得部分下行信道信息，基站可根據(jù)這部分信息進(jìn)行更加精確的發(fā)送控制。波束賦型就是這一應(yīng)用的具體體現(xiàn)。波束賦型技術(shù)是3G的智能天線技術(shù)的擴(kuò)展，波束賦型技術(shù)的應(yīng)用使得LTE可使用的物理天線數(shù)上升到8根。

（4）空間多址：和空間復(fù)用機(jī)理相似，只是多個(gè)并行數(shù)據(jù)流用于多個(gè)用戶(hù)，而非單個(gè)用戶(hù)，用來(lái)提高系統(tǒng)用戶(hù)容量。空間多址技術(shù)有賴(lài)于用戶(hù)數(shù)量和分布，對(duì)于城市熱點(diǎn)覆蓋和接入用戶(hù)比較多的情景，該模式有很大的實(shí)施空間。對(duì)比單用戶(hù)空間復(fù)用和空間多址兩種模式，可以發(fā)現(xiàn)，兩種模式都可以使用多個(gè)數(shù)據(jù)流同時(shí)發(fā)送，但是兩種模式又有所區(qū)別。單用戶(hù)的多數(shù)據(jù)流實(shí)現(xiàn)受信道相關(guān)性和信道質(zhì)量限制嚴(yán)重，只有在天線間相關(guān)度比較低，信道質(zhì)量很好的條件下，空間復(fù)用才會(huì)使用多數(shù)據(jù)流傳輸。由于手機(jī)端接收天線距離較小，天線間信道相關(guān)度較大，從而實(shí)現(xiàn)兩流的場(chǎng)景比較受限，對(duì)系統(tǒng)容量提升不是十分明顯。反觀空間多址多用戶(hù)MIMO模式，每個(gè)用戶(hù)反饋一個(gè)流的信道質(zhì)量信息和預(yù)編碼矩陣。在基站側(cè)，通過(guò)MAC的調(diào)度算法來(lái)完成用戶(hù)的配對(duì)及速率匹配算法