LTE關(guān)鍵技術(shù)之MIMOPPT課件

1、,第二部分 LTE關(guān)鍵技術(shù)之MIMO,第一章 MIMO技術(shù)簡介 第二章 下行MIMO技術(shù) 第三章 上行MIMO技術(shù),MIMO技術(shù)簡介MIMO引入,無線通信系統(tǒng)可以利用的資源包括：空間、時(shí)間、頻率和功率。在B3G/4G系統(tǒng)中，空間資源和頻率資源被重新開發(fā)使用，從而大大提高了系統(tǒng)的性能。 多天線技術(shù)通告在發(fā)送端和接收端同時(shí)使用多根天線，擴(kuò)展了空間域，充分利用了空間擴(kuò)展所提供的特征，從而帶來了系統(tǒng)容量的提高。目前多天線技術(shù)一成為了B3G/4G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 多天線構(gòu)成的信道稱為MIMO(Multiple Input Multiple Output)信道，使用多天線技術(shù)的系統(tǒng)稱為 MIMO無線通

2、信系統(tǒng)。,MIMO技術(shù)簡介,為了滿足LTE在高數(shù)據(jù)率和高容量方面的需求，LTE系統(tǒng)支持應(yīng)用MIMO技術(shù)。 下行MIMO技術(shù)包括空間復(fù)用、波束賦形和傳輸分集，目前MIMO技術(shù)下行基本天線配置為2*2,即2天線發(fā)送和2天線接收，最大支持4天線進(jìn)行下行方向四層傳輸。 上行MIMO技術(shù)包括空間復(fù)用和傳輸分集，目前MIMO技術(shù)上行基本天線配置為1*2,即1天線發(fā)送和2天線接收。 MIMO天線數(shù)據(jù)為虛擬天線數(shù)目。,在無線鏈路兩端均采用多根天線，分別同時(shí)接收與發(fā)射，能夠充分利用空間資源，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。,MIMO技術(shù)簡介系統(tǒng)結(jié)構(gòu),第二部分 LTE關(guān)鍵技

3、術(shù)之MIMO,第一章 MIMO技術(shù)簡介 第二章 下行MIMO技術(shù) 第三章 上行MIMO技術(shù),MIMO的定義,廣義定義：多進(jìn)多出（Multiple-Input Multiple-Output） 多個(gè)輸入和多個(gè)輸出既可以來自于多個(gè)數(shù)據(jù)流，也可以來自于一個(gè)數(shù)據(jù)流的多個(gè)版本。 按照這個(gè)定義，各種多天線技術(shù)都可以算作MIMO技術(shù),狹義定義：多流MIMO提高峰值速率 多個(gè)信號(hào)流在空中并行傳輸 按照這個(gè)定義，只有空間復(fù)用和空分多址可以算作MIMO,MIMO技術(shù)的分類,從MIMO的效果分類： 傳輸分集（Transmit Diversity） 利用較大間距的天線陣元之間或賦形波束之間的不相關(guān)性（天線間距在10以

4、上），發(fā)射或接收一個(gè)數(shù)據(jù)流，避免單個(gè)信道衰落對整個(gè)鏈路的影響。目的是提高鏈路的質(zhì)量。 波束賦形（Beamforming） 利用較小間距的天線陣元之間的相關(guān)性（天線間距為0.5-0.65 ），通過陣元發(fā)射的波之間形成干涉，集中能量于某個(gè)（或某些）特定方向上，形成波束，從而實(shí)現(xiàn)更大的覆蓋和干擾抑制效果。,問：天線陣元的相關(guān)性跟什么有關(guān)？,問：傳輸分集的目的是什么,8,空間復(fù)用（Spatial Multiplexing） 利用較大間距的天線陣元之間或賦形波束之間的不相關(guān)性，向一個(gè)終端/基站并行發(fā)射多個(gè)數(shù)據(jù)流，以提高鏈路容量（峰值速率） 空分多址（SDMA） 利用較大間距的天線陣元之間或賦形波束之間的

5、不相關(guān)性，向多個(gè)終端并向發(fā)射數(shù)據(jù)流，或從多個(gè)終端并行接收數(shù)據(jù)流，以提高用戶容量。 從是否在發(fā)射端有信道先驗(yàn)信息分： 閉環(huán)（Close-Loop）MIMO：通過反饋或信道互異性得到信道先驗(yàn)信息 開環(huán)（Open-Loop）MIMO：沒有信道先驗(yàn)信息,LTE傳輸模式-概述,傳輸模式是針對單個(gè)終端的。同小區(qū)不同終端可以有不同傳輸模式 eNB自行決定某一時(shí)刻對某一終端采用什么傳輸模式，并通過RRC信令通知終端 模式3到模式8中均含有發(fā)射分集。當(dāng)信道質(zhì)量快速惡化時(shí)，eNB可以快速切換到模式內(nèi)發(fā)射分集模式,現(xiàn)網(wǎng)是TM3/TM7/TM8自適應(yīng) TM3：開環(huán)空間復(fù)用+發(fā)射分集 TM7：單流波束賦形+發(fā)射分集 T

6、M8：波束賦形+空間復(fù)用+發(fā)射分集,10,下行MIMO技術(shù),傳輸分集 波束賦形 空間復(fù)用,在典型的信道容量曲線中，在低信噪比區(qū)域的斜率比較大，應(yīng)用傳輸分集技術(shù)和波束賦形技術(shù)可以有效提高接收信號(hào)的信噪比，從而提高傳輸速率或者覆蓋范圍；而在高信噪比區(qū)域，容量曲線接近平坦，再提高信噪比也無法明顯改善傳輸速率，此時(shí)即可以應(yīng)用空間復(fù)用技術(shù)來提高傳輸速率。,下行MIMO技術(shù)傳輸分集技術(shù),可獲得分集處理增益,提高信噪比,易獲得相對穩(wěn)定的信號(hào),傳輸 分集,發(fā)射 分集,接收 分集,傳輸分集包括發(fā)射分集和接受分集 優(yōu)點(diǎn),下行MIMO技術(shù)發(fā)射分集,發(fā)射分集就是在發(fā)射端使用多幅發(fā)射天線發(fā)射相同的信息，接收端獲得比單天

7、線高的信噪比 傳輸分集-兩天線：STBC（空時(shí)塊碼）、SFBC（空頻塊碼）； 傳輸分集-四天線：FSTD&SFBC、TSTD。,下行MIMO技術(shù)空間復(fù)用技術(shù),發(fā)射的高速數(shù)據(jù)被分成幾個(gè)并行的低速數(shù)據(jù)流，在同一頻帶從多個(gè)天線同時(shí)發(fā)射出去。由于多徑傳播，每個(gè)發(fā)射天線對于接收機(jī)產(chǎn)生不同的空間簽名，接收機(jī)利用這些不同的簽名分離出獨(dú)立的數(shù)據(jù)流，最后再復(fù)用成原始數(shù)據(jù)流。因此空間復(fù)用可以成倍提高數(shù)據(jù)傳輸速率。,LTE系統(tǒng)支持基于多碼字（Multiple CodeWord，MCW）的空間復(fù)用傳輸。 MCW指的是用于空間復(fù)用傳輸?shù)亩鄬訑?shù)據(jù)來自于多個(gè)不同的獨(dú)立進(jìn)行信道編碼的數(shù)據(jù)流，每一個(gè)碼字可以獨(dú)立地進(jìn)行速率控制，

8、分配獨(dú)立的混合自動(dòng)重傳請求（Hybrid Automatic Repeat-reQuest，HARQ）。,下行MIMO技術(shù)空間復(fù)用技術(shù),多碼字空間復(fù)用傳輸示意圖,波束賦形是一種應(yīng)用于小間距的天線陣列多天線傳輸技術(shù)，其主要原理是利用空間的強(qiáng)相關(guān)性及波的干涉原理產(chǎn)生強(qiáng)方向性的輻射方向圖，使輻射方向圖的主瓣自適應(yīng)的指向用戶來波方向，從而提高性噪比，提高系統(tǒng)容量或者覆蓋范圍。,下行MIMO技術(shù)波束賦形技術(shù),波束賦形示意圖,下行MIMO技術(shù)波束賦形技術(shù),單流和多流波束賦形,單流：LTE R8中僅支持基于專用導(dǎo)頻的單流波束賦形技術(shù)。傳輸過程中，UE需要通過對專用導(dǎo)頻的測量來估計(jì)波束賦形后的等效信道，并進(jìn)行

9、相干檢測。為了能夠估計(jì)波束賦形后傳輸所經(jīng)歷的信道，基站必須發(fā)送一個(gè)與數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸?shù)牟ㄊx形參考信號(hào)，這個(gè)參考信號(hào)是用戶專用的，對應(yīng)于用戶專用參考信號(hào)的傳輸稱作使用天線端口5的傳輸。,問：天線端口5上參考信號(hào)是什么，該信號(hào)的作用是什么,雙流：LTE R9中將波束賦形擴(kuò)展到了雙流傳輸，實(shí)現(xiàn)了波束賦形與空間復(fù)用技術(shù)的結(jié)合。,單用戶雙流波束賦形技術(shù)，由基站測量上行信道，得到上行信道狀態(tài)信息后，基站根據(jù)上行信道信息計(jì)算兩個(gè)賦形矢量，利用該賦形矢量對要發(fā)射的兩個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行下行賦形 當(dāng)基站將占用相同時(shí)頻資源的多個(gè)數(shù)據(jù)流發(fā)送給不同的用戶時(shí)，即為多用戶MIMO（ MU-MIMO ），或者叫做空分多址（SDMA）

10、。,下行MIMO技術(shù)多用戶和單用戶MIMO,下行SU-MIMO和MU-MIMO,第二部分 LTE關(guān)鍵技術(shù)之MIMO,第一章 MIMO技術(shù)簡介 第二章 下行MIMO技術(shù) 第三章 上行MIMO技術(shù),上行MIMO技術(shù)天線選擇,天線選擇方案框圖,與下行相同，為了滿足E-UTRA的需求，LTE系統(tǒng)支持上行應(yīng)用MIMO技術(shù)，包括空間復(fù)用和傳輸分集，兩種技術(shù)與下行技術(shù)相同。 上行MIMO對終端天線的要求較高。為了節(jié)省功率和降低射頻開銷，在終端側(cè)期望使用更小數(shù)目的功放，另一方面為了改善應(yīng)用可達(dá)到的數(shù)據(jù)速率和提供更大范圍的覆蓋，上行MIMO引入天線選擇技術(shù)。 上行傳輸天線選擇技術(shù)前提：終端存在兩個(gè)或者更多天線。,問：下行MIMO包括哪幾種？,上行MIMO技術(shù)多用戶MIMO,上行SU-MIMO和MU-MIMO,與下行多用戶MIMO不同，上行多用戶MIMO是一個(gè)虛擬的MIMO系統(tǒng)，即每一個(gè)終端均發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)流，但是兩個(gè)或者更多的數(shù)據(jù)流占用相同的時(shí)頻資源，這樣從接收機(jī)來看，這些來自不同終端的數(shù)據(jù)流可以被看做來自同一個(gè)終端上