LTE中的多天线系统
2008年9月28日星期日
LTE 的性能目标
?总体性能目标
–灵活的频谱使用，增强的吞吐能力
?吞吐能力:
–在20MHz 的带宽下，下行峰值速率达到100Mbit/s (频谱效率约5bit/s/Hz)–在20MHz 的带宽下，上行峰值速率达到50Mbit/s (频谱效率约2.5bit/s/Hz) ?时延性能:–控制平面减少状态转换时延(100ms)
Significant reductions in transition times from idle or dormant states to active state (50-100ms)
–用户平面无线接入网络数据传输时延小于5 毫秒
Radio access network latency below less than 5 ms in unloaded condition (ie
single user with single data stream) for small IP packet
B r o a d b a n d E x p e r i e n c e A n y w h e r e
LTE吞吐能力估算
※简单估算（20MHz带宽LTE系统）.
?Resource Block (RB) –频域：12个15KHz宽度的子载波时域：1个子帧（1ms）
?假设采用64QAM调制，编码比例（Coding Rate）1，则1个符号可传输6个比特
?20MHz传输带宽下共100 RB （无线资源块）
?采用短CP (Normal CP)，每个子帧共14个符号，假设其中2个符号用于控制信息
?理论峰值吞吐能力估算:
SISO: 12 x (14-2) x 6 x 100 x 1000 = 86.4Mbps
MIMO (2x2, 4x2)doubles the rate > 150Mbps
MIMO (4x4)quadruples the rate > 300Mbps
?High class UEs category 5 (With 4 RX antenna) may exceed 300 Mbps
2008年9月28日星期日
2008年9月28日星期日
LTE 中的多天线技术
?多天线技术是实现LTE 系统100Mbps 传输能力的重要手段?通用的多天线技术有如下几类：
–发射分集Transmit Diversity (用于控制和数据信道)–空间复用Spatial Multiplexing (用于数据信道)–波束赋形Beam Forming (用于数据信道)?UE 侧使用两个接收
天线
MAS –发射分集技术(1)
目的：在下行链路方向，利用多天线来增加发射数据的分集度，从而克服信道衰落，增强数据传输的可靠性
特点：开环技术，多采用非相关天线（Uncorrelated Antennas）
2 Antennas SFBC (采用Alamouti算法的空频块编码)
A stream to 2 / 4 Antennas
2008年9月28日星期日
SFBC
(2 TX Antennas)
SFBC + FSTD
(4 TX Antennas)
MAS –下行小区参考信号结构2008年9月28日星期日
2008年9月28日星期日
MAS –预编码和码本
?预编码目的:
u 改善SNR u 减少干扰
?反馈内容:
u Channel Quality Indication
Wideband （宽带）Narrowband （窄带）u Precoding Matrix Indicator (PMI)
?支持频率选择性调度和频率非选择性调度?DL SU-MIMO 的码本数量
u For 2-Tx antennas: 6 and For 4-Tx antennas: 16.
?码本方案可适用于不同的天线配置
u 相关天线和非相关天线阵列Correlated and un-correlated.u 交叉极化和线性天线阵列
Cross-polarization and linear array.
2008年9月28日星期日
MAS –
SU-MIMO (DL)
?SU (单用户) –MIMO
–改善单用户速率
–同时传送多个数据流给一个用户
–有效改善信道条件好的用户的数据传输效
果
2008年9月28
日星期日
MAS –专用参考信号的波束赋形
（Beamforming with dedicated RS ）
?闭环波束赋形（使用专用参考信号Closed-loop beamforming with dedicated RS ）
–需要每个波束赋形信道的专用参考信号Dedicated RS.–天线数量增加是可以使用相对更少的参考信号.
–在基站侧需要发射校准（relative Rx to Tx path calibration ）–TDD 系统，可以充分利用上下行传输链路相同的传输特性–需要上行sounding 或其它信息来进行下行发射的波束赋形–适合于天线数量大于4的情况
?闭环空间复用
–每个发射天线使用公共参考信号（Common RS ）.–需要定义对应不同天线数量的码本，终端UE 需要计算和反馈PMI –通常需要快速的PMI 反馈.
–不需要校准.
多天线配置与适合技术
?天线数目（Up to 4 antennas versus more than 4 antennas）–Up to 4 antennas, the precoding is defined and the gain is confirmed with both correlated and uncorrelated antennas.
–More than 4 antennas,
Common RS for more than 4 antennas will make the overhead very high
–Agreement on Beamforming with dedicated RS
?天线间距（Half lambda spacing versus any antenna spacing）–Precoding based approach is feasible for any antenna spacing.
–Beamforming with dedicated RS is more applicable to correlated antennas.
?小结:
–Precoding is more flexible in terms of antenna spacing, polarization and TDD/FDD while the beamforming with dedicated RS is more flexible in terms of number of antennas.
OL Beamforming gain is significant if number of Tx antennas > 4
2008年9月28日星期日
2008年9月28日星期日
上行MIMO 技术
?上行单用户MIMO （Uplink SU-MIMO ）并没有包括在3GPP Rel8中?上行64QAM 包括在UE 的能力中
?上行多用户MIMO （MU-MIMO ）被要求透明支持?规范中增加了上行闭环天线选择方案：
–可选功能
–在负荷不高的网络中有一定增益（Gains tend to be in lightly loaded cells where UEs anyway have good data rates ）–在负荷大的网络中多用户调度对性能增益有一定影响（Multiuser scheduling reduces gains in heavily loaded cases where better UE throughput is most needed
）
多天线技术总结
LTE
2008年9月28日星期日
MIMO技术详解
MIMO技术详解 1．介绍 随着无线通信系统的充分发展，语音业务已经不能够满足人们对高速数据业务的要求。提供网页浏览、多媒体数据传输以及其他类型的数据业务是发展无线通信系统和服务的一个重要目的。特别是，基于码分多址的第三代移动通信系统。虽然已经提出多种利用现有无线资源(诸如码道、时隙、频率等)提高数据传输速率的建议，但是其只不过是以语音容量换取数据容量的方法。随着MIMO的技术的出现，一种利用多个发射天线、多个接收天线进行高速数据传输的方法已经被提出，并成为未来无线通信技术发展的一种趋势。最早提出MIMO概念的是Telatar和Foschini，其中Foschini等人提出的BLAST结构是典型的利用MIMO技术进行空间多路复用的技术。已经证明，具有M个发射天线以及P 个接收天线的MIMO系统，在P≥M的情况下几乎可以使得信道容量提高到原来的M倍。 传统的MIMO系统均是非扩频的系统，而第三代移动通信系统是基于CDMA技术的扩频系统。可以采用码复用(Code-Reuse)方式把MIMO技术与CDMA系统结合起来，从而有效地提高其高速下行分组接入(HSDPA)的总体数据速率。同样，TD-SCDMA系统也可以采用码复用的方式来应用MIMO技术，本文给出了一种TD-SCDMA系统的MIMO技术解决方案。这样，TD-SCDMA系统将既可以应用智能天线技术，也可以应用MIMO天线技术，本文将初步分析应用MIMO技术之后对智能天线技术的影响。 2．MIMO技术概述 MIMO技术大致可以分为两类：发射/接收分集和空间复用。传统的多天线被用来增加分集度从而克服信道衰落。具有相同信息的信号通过不同的路径被发送出去，在接收机端可以获得数据符号多个独立衰落的复制品，从而获得更高的接收可靠性。举例来说，在慢瑞利衰落信道中，使用1根发射天线n根接收天线，发送信号通过n个不同的路径。如果各个天线之间的衰落是独立的，可以获得最大的分集增益为n，平均误差概率可以减小到，单天线衰落信道的平均误差概率为。对于发射分集技术来说，同样是利用多条路径的增益来提高系统的可靠性。在一个具有m根发射天线n根接收天线的系统中，如果天线对之间的路径增益是独立均匀分布的瑞利衰落，可以获得的最大分集增益为mn。智能天线技术也是通过不同的发射天线来发送相同的数据，形成指向某些用户的赋形波束，从而有效的提高天线增益，降低用户间的干扰。广义上来说，智能天线技术也可以算一种天线分集技术。 分集技术主要用来对抗信道衰落。相反，MIMO信道中的衰落特性可以提供额外的信息来增加通信中的自由度(degrees of freedom)。从本质上来讲，如果每对发送接收天线之间的衰落是独立的，那么可以产生多个并行的子信道。如果在这些并行的子信道上传输不同的信息流，可以提供传输数据速率，这被成为空间复用。需要特别指出的是在高SNR 的情况下，传输速率是自由度受限的，此时对于m根发射天线n根接收天线，并且天线对之间是独立均匀分布的瑞利衰落的。 根据子数据流与天线之间的对应关系，空间多路复用系统大致分为三种模式：D-BLAST、V-BLAST以及T-BLAST。 D-BLAST最先由贝尔实验室的Gerard J. Foschini提出。原始数据被分为若干子流，每个子流之间分别进行编码，但子流之间不共享信息比特，每一个子流与一根天线相对应，但是这种对应关系周期性改变，如图1.b所示，它的每一层在时间与空间上均呈对角线形状，称为D-BLAST(Diagonally- BLAST)。D-BLAST的好处是，使得所有层的数据可以通过不同的路径发送到接收机端，提高了链路的可靠性。其主要缺点是，由于符号在空间与时间上呈对角线形状，使得一部分空时单元被浪费，或者增加了传输数据的冗余。如图1.b所示，在数据发送开始时，有一部分空时单元未被填入符号(对应图中右下角空白部分)，为了保证D-BLAST的空时结构，在发送结束肯定也有一部分空时单元被浪费。如果采用burst模式的数字通信，并且一个burst的长度大于M(发送天线数目)个发送时间间隔，那么burst的长度越小，这种浪费越严重。它的数据检测需要一层一层的进行，如图1.b所示：先检测c0、c1和c2，然后a0、a1和a2，接着b0、b1和b2…… 另外一种简化了的BLAST结构同样最先由贝尔实验室提出。它采用一种直接的天线与层的对应关系，即编码后的第k个子流直接送到第k根天线，不进行数据流与天线之间对应关系的周期改变。如图1.c所示，它的数据流在时间与空间上为连续的垂直列向量，称为V-BLAST(Vertical-BLAST)。由于V-BLAST中数据子流与天线之间只是简单的对应关系，因此在检测过程中，只要知道数据来自哪根天线即可以判断其是哪一层的数据，检测过程简单。 考虑到D-BLAST以及V-BALST模式的优缺点，一种不同于D-DBLAST与V-BLAST的空时编码结构被提出：T-BLAST。等文献分别提及这种结构。它的层在空间与时间上呈螺纹(Threaded)状分布，如图2所示。原始数据流被多路分解为若干子流之后，每个子流被对应的天线发送出去，并且这种对应关系周期性改变，与D-BLAST系统不同的是，在发送的初始阶段并不是只有一根天线进行发送，而是所有天线均进行发送，使得单从一个发送时间间隔来看，它的空时分布很像V-BALST，只不过在不同的时间间隔中，子数据流与天线的对应关系周期性改变。更普通的T-BLAST结构是这种对应关系不是周期性改变，而是随机改变。这样T-BLAST不仅可以使得所有子流共享空间信道，而且没有空时单元的浪费，并且可以使用V-BLAST检测算法进行检测。
多天线与MIMO技术的发展和应用
多天线与MIMO技术的发展和应用 杨杉杉 北京中网华通设计咨询有限公司，云南普洱 665000 摘要；本文介绍了多天线技术的概念和核心技术，并重点介绍了MIMO技术的特点，在现有通信网种的应用。 关键词：多天线；MIMO；LTE
目录 一、引言 (3) 二、概述 (3) 1 多天线技术的定义 (3) 2 多天线技术的分类 (3) 2.2.1.天线分集技术 (3) 2.2.2.波束赋型技术 (4) 2.2.3.空分复用技术 (4) 三、MIMO技术 (4) 1MIMO技术的定义和原理 (4) 3.1.1.MIMO技术的定义 (4) 3.1.2.MIMO技术的原理 (5) 2MIMO技术的优点 (5) 3.2.1.提高信道容量 (5) 3.2.2.提高信道的可靠性 (5) 3MIMO技术的缺点 (6) 四、MIMO系统的分类 (6) 1按照收发天线的数目进行分类 (6) 4.1.1.SISO (6) 4.1.2.MISO (6) 4.1.3.SIMO (7) 4.1.4.MIMO (7) 2按照实现方式进行分类 (7) 4.3.1.空间复用 (7) 4.3.2.空间分集 (7) 4.3.3.波束赋型 (8) 4.3.4.开环传输 (8) 4.3.5.闭环传输 (8) 五、MIMO技术的应用 (8) 1MIMO技术在3G中的应用 (8) 2MIMO技术在WIMAX中的应用 (9) 3MIMO技术在LTE中的应用 (9) 5.3.1.LTE的MIMO模式协议 (9) 5.3.2.LTE主要支持的多天线类型 (10) 六、小结 (10)
一、引言 2004年12月在3GPP（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）组织在多伦多会议上正式启动了UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）技术标准的长期演进LTE（Long Term Evolution)，其中MIMO（Multi-Input & Multi-Output，多输入多输出）作为其关键技术备受关注。 随着中国联通对MIMO技术的广泛应用，以及LTE-FDD商用网的大规模建设，要求我们无线通信设计人员必须清楚MIMO技术的概念和特点，以便于频谱资源和网络配置的规划。本文将逐步介绍多天线技术的概念、MIMO技术特点，以及MIMO技术的应用和发展趋势。 二、概述 1多天线技术的定义 多天线技术顾名思义，就是采用多个天线，区别于传统的无线通信系统，多天线技术是在无线链路的发射端或者接收端采用多个天线或者天线矩阵，也可在发射端和接收端同事采用多个天线或者天线矩阵，以实现频率复用，提高数据传输速率。 2多天线技术的分类 根据不同的实现方式分为天线分集，波束赋型和空分复用三种技术。 2.2.1.天线分集技术 分集技术是用来补偿衰落信道损耗的，它通常通过两个或更多的天线来实现。同均衡器一样，它在不增加传输功率和带宽的前提下，而改善无线通信信道的传输质量。在移动通信中，基站和移动台的接收机都可以采用分集技术。目前常用的分集方式主要有两种：宏分集和微分集。 天线分集是指利用多天线间较低的无线信道的相关性，提供额外的（发射或接收）分集来对抗无线信道的衰落，是一种被用以恢复信号完整度的技术。按天线类型可有空间分集，
多天线与MIMO技术的发展和应用
多天线与MIMO技术的发展和应用 杉杉 北京中网华通设计咨询有限公司，普洱665000摘要；本文介绍了多天线技术的概念和核心技术，并重点介绍了MIMO技术的特点，在现有通信网种的应用。 关键词：多天线；MIMO ; LTE
目录 一、弓丨言 (3) 二、概述 (3) 1 多天线技术的定义 (3) 2 多天线技术的分类 (3) 2.2.1. 天线分集技术 (3) 222.波束赋型技术 (4) 2.2.3. 空分复用技术 (4) 三、MIMO技术 (4) 1 MIMO技术的定义和原理 (4) 3.1.1. MIMO 技术的定义 (4) 3.1.2. MIMO技术的原理 (5) 2 MIMO技术的优点 (5) 3.2.1. 提高信道容量 (5) 3.2.2. 提高信道的可靠性 (6) 3 MIMO技术的缺点 (6) 四、MIMO 系统的分类 (6) 1 按照收发天线的数目进行分类 (6) 4.1.1. SISO (6) 4.1.2. MISO (6) 4.1.3. SIMO (7) 4.1.4. MIMO (7) 2 按照实现方式进行分类 (7) 4.3.1. 空间复用 (7) 4.3.2. 空间分集 (8) 4.3.3. 波束赋型 (8) 4.3.4. 开环传输 (8) 4.3.5. 闭环传输 (8) 五、MIMO技术的应用 (8) 1 MIMO技术在3G中的应用 (8) 2 MIMO 技术在WIMAX中的应用 (9) 3 MIMO技术在LTE中的应用 (9) 5.3.1. LTE的MIMO 模式协议 (9) 5.3.2. LTE主要支持的多天线类型.......................................... 10...... 六、小结........................................................................ 10 ..........
(完整版)LTE多天线技术
个人也是学习中，算不上高手，说下我的理解： 1、最早的多天线技术出现在接收端多天线接收，由于在接收端有多天线，可以形成多条接收通道,从而可以对抗无线信道的深度衰落，显然嘛：多条接收通道同时处于深度衰落的可能性肯定是小于单条接收通道 处于深度衰落的可能性，这样就能改善传输质量，提高无线传输的可靠性。这种技术又叫“收分集”技术，可以应用在基站或手机侧，而且显然由于不涉及到互操作，所以也不用标准化。从而最先在无线系统中使 用。因为不用标准化，所以在LTE中我们就没有看到这方面的内容。 2、“收分集”技术的应用又给了人们启发：如果手机接收端部署多天线，显然对手机的成本和复杂度是有提 高的。能否把多天线部署在发射端来提高接收端的信道可靠性呢？这样一来：手机只用单个天线，复杂度 和成本都在基站一侧，由系统侧承担，岂不乐哉?然而问题随之而来：如果发射端单纯的用多天线发射相同 的数据流，它们实际上是相互干扰的，不但起不了分集的作用，而且可能会相互抵消！要多天线发射起到提供增益，而不相互打架，就需要特别的信号处理技术。 (以下都两天线发射为例，H表示复数的共轭,exp()表示一个复数，） 牛人1: Alamouti 天线1发射{x1, x2, .......} 天线2发射{-H(x2),H(x1), .......} 这种发射编码方案相当于在形成2个正交的信道(为啥？)，从而可以提高传输可靠性 这种发射编码方案被用在LTE中就是Mode 2“发射分集”方案 牛人2: 无名 天线1发射{x1, x2, .......} 天线2发射{x1*exp(b1),x2*exp(b2), .......} 这种发射编码方案天线1正常发射，天线2把数据加上一个大的相位偏移后再发射 相当于在信道中人为造成多径效应(为啥？)，从而可以提高传输可靠性 这种发射编码方案被用在LTE中就是CDD“分集”方案，LTE中CDD不单独使用，只和空间复用技术结合在一起使用。 牛人3: 无名 天线1发射{x1, x2, .......} 天线2发射{x1*exp(B1),x2*exp(B2), .......} 这种发射编码方案天线1正常发射，天线2把数据加上一个相位偏移后再发射。不同于牛人2中的"相位偏移"是事先规定好的，这里的相移是根据某个具体UE的信道实时计算出来的。它不同于CDD方案：发射在空间中是各向同性的，对所有UE是平等的；这个方案的发射是为了对准某个具体UE，从而使特定UE的接收增强，其它UE接收很弱。 这种发射编码方案被用在LTE中就是Mode 7“Beamforming波束成形”方案 3．搞完了上面的“收分集”和“发分集”技术后，人们又开始妄想。。。。 是否能把发射端多天线和接收端多天线结合起来，不仅用来提高传输可靠性，还能并行传输多个数据流啊？ 原理如下：两天线发射+两天线接收时，不时有4个信道吗，记为h11,h12,h21,h22 学过解线性方程组吧： h11*x1+h12*x2 = y1 h21*x1+h22*x2 = y2 当向量[h11,h12]和向量[h21,h22]线性无关时，以上的方程可以解出来。 也就是说：当信道线性无关时，并行传输2个数据流是可以的。这就叫空间复用 又为了降信号间的干扰，提高接收的可靠性，在发射端先乘上一个复矩阵后再发射 这个复矩阵通常是个正交复矩阵或CDD矩阵
通俗易懂的MIMO技术简介
通俗易懂的MIMO技术简介 MIMO概述 MIMO技术已经广泛应用在许多现代通信标准中，特别是消费领域。原因是相对于SISO，MIMO技术有很明显的优势。 MIMO是多路输入多路输出的意思，指的是当一个报文在发射端被一根或者多跟天线传输，而在接收侧被一根或者多根天线接收的情况。与之比对的是单输入单输出（SISO），SISO 指发送和接收都用1根天线，而另外有种说法叫单输入多输出（SIMO），SIMO指发送用一根，接收有多根天线。 可能有人会对SIMO的输入和输出定义有点奇怪，其实这是因为当初在贝尔实验室最开始定义这个名称时，工程师在发送和接收侧都是分别测试的，而不是整个无线链路测试，因此他们把“IN”定义为发送功能，“OUT”定义为了接收，一直沿用至今。 什么是多天线技术？ 在发送和接收侧的多天线引入了信号自由度的概念，这在SISO系统是没有的。这里的自由度主要指的是空间自由度。这种空间自由度可以被定义三种，分别为“分集”，“复用”或者这两种的组合。
分集（diversity ） 简单点来说，分集意味着重复：举个例子，多根天线接收同一个信号，就代表发射分集。由于每根天线在接收数据时也接收到了各自的噪声，但由于各个噪声的不相关性，合并多个天线信号能够消除部分噪声，从而得质量更好的信号。打个比方，如果从两个不同的方面来看同一个物件，那么得到的评价也会更可靠。需要说明的是，分集并不一定要多个接收天线才能实现，后面就会讲到，分集也可以使用多个发送天线通过空时编码（STC ）技术来实现。 空间复用（Spatial Multiplexing ） 第二个主要的MIMO 技术为空间复用，空间复用可以在不增加带宽和发送功率的情况下通过成对的MIMO 发送、接收来增加系统吞吐量。空间复用增加的吞吐量与发送或接收天线数目（较少的那个）成线性关系。空间复用中，每个传输天线发送不同的bit 流信息，每个接收天线收到来自所有传输天线的线性综合信息。这样，整个无线信道构成一个矩阵，由发射和接收天线阵列组成，反射和散射等信道传输因素也考虑在里面。而当这个MIMO 系统在一个散射特别强的环境中运行时，信道矩阵就可逆，（这是因为丰富的散射让矩阵行列不相关），这样接收译码出来的信号就有多路增益。 ????? ???????????????????=4321*44342414343323134232221241312111 Y Y Y Y 4321x x x x h h h h h h h h h h h h h h h h 总结：分集可以获得信号增益，而空间复用能够提升系统吞吐量。需要说明的是，MIMO 系统中需要权衡分集和复用所能带来的增益，一个典型的MIMO 系统，根据无线信道条件可
多天线技术
多天线技术综述 一、引言 进入21世纪后，无线通信网络技术高速发展，同时无线通信网络中数据业务迅速增长。根据业界的普遍预测，在未来10年间里，数据业务将以每年1.6 2倍的速率增长，预计到2020年通信网络的容量需求将是目前的1000倍[1]，这无疑给整个无线通信网络带来了巨大的挑战。而多天线技术作为一种增强通信系统的方法，很早就应用到了无线通信网络中，且其价值也在无线通信领域得到了认可。研究表明，作为多天线技术之一的多进多出MIMO（Multiple Input Multiple Output）技术能够很好的提高无线通信系统的频谱利用率。采用MIMO 技术在室内传播环境下的频谱效率能够达到2040bit/s/Hz，而使用传统的无 线通信技术在移动蜂窝中的频谱效率仅为15bit/s/Hz，在点对点的固定微波 系统中也只有1012bit/s/Hz[2]。由此可见，多天线技术能够在不增加功率和带宽资源的前提下有效的提高无线网络的频谱效率。 多天线技术主要是指智能天线技术和MIMO技术。基于WCDMA, CDMA2000和TD-SCDMA技术的第三代移动通信系统应用的多天线技术主要是智能天线技术[3]。智能天线技术可以克服多用户间的干扰，通过空分多址增加频谱效率和信道容量；并且能够有效的抵抗多径衰落的影响，从而提高通信质量；同时，对功率的控制也可以通过在网络建设初期增加基站的覆盖范围来实现。因此，应用到支持多种业务的第三代移动通信系统中，很好的提高了传输速率，增加了频谱宽度，从而使通信服务质量得到了极大的提高。而MIMO技术是在3G向LTE（Long Term Evolution）演进中被引入的，它和正交频分复用技术0FDM相结合在LTE中起到了巨大的作用。第四代移动通信系统应用的多天线技术是智能天线技术和MIMO 技术的结合，两者的结合使第四代移动通信系统在不占用额外的频谱和传输功率的前提下大大增加了传输速率和传输的可靠性[4]。据专家预测，能够高效处理特性差异巨大的各种业务的下一代移动通信系统5G（IMT-2020）将使用大规模天 线技术[5]，大规模天线技术在5G中的引入将使系统的传输速率大大的提升，它 将是5G通信中具有革命性的技术之一。