《MIMO及信道模型》PPT课件.ppt

2019/8/4,1,内部公开,新技术研究部,内部资料，仅限于内部交流,多天线技术（MIMO）原理 及信道模型,贺胜 167003 2008.09,多天线技术,MIMO系统结构 空间分集和空间复用 MIMO技术在LTE中的应用（层映射、预编码）,MIMO系统结构,在无线链路两端均采用多天线，分别同时接收与发射，能够充分利用空间资源，在无需增加频谱资源和发射功率的情况下，成倍地提升通信系统的容量与可靠性。可分为SU-MIMO和MU-MIMO。,SU-MIMO,单用户MIMO，可通过空时编码技术，在不需要额外带宽的情况下实现了近距离的频谱资源重复利用，提高了传输效率，同时增加了抗干扰，抗衰落的能力。,MU-MIMO,多用户MIMO，虚拟MIMO，将两个单天线的UE配成一对，可以组成虚拟MIMO链路，利用多天线所提供的多个信号来复用多个UE的数据。,多天线技术,MIMO系统结构与系统容量 空间分集和空间复用 MIMO技术在LTE中的应用（层映射、预编码）,空间分集和空间复用,空间分集：接收分集和发射分集 分集优点：易获得相对稳定的信号 可获得分集处理增益 提高信噪比,接收分集,多个天线接收来自多个信道的承载同一信息的多个独立的信号副本，由于信号不可能同时处于深陷落情况中，因此在任一给定的时刻至少可以保证有一个强度足够大的信号副本提供给接收机使用，从而提高了接收信号的信噪比。,发射分集,发射分集就是在发射端使用多幅发射天线发射相同的信息，接收端获得比单天线高的信噪比。 开环发射分集，闭环发射分集。 循环延迟分集CDD，空时发射分集STTD，空频发射分集SFTD。,循环延迟发射分集（CDD）,在不同的发射天线上发送具有不同相对延时的同一个信号, 人为地制造时间弥散，能够获得分集增益。且循环延时分集采用的是循环延时而不是线性延时，延迟是通过固定步长的移相（Cyclic Shift，循环移相）来等效实现延迟 。,空时发射分集,将调制符号映射到时域(不同的时刻)和空域(不同的发射天线)以获得分集增益。 恢复发射信号是需要通过信道估计获得信道矩阵H。,空频发射分集(LTE使用),空频发射分集与空时发射分集类似，不同的是SFTD是对发送的符号进行频域和空域编码。 将同一组数据承载在不同的子载波上面获得频率分集增益。,空间复用,发射的高速数据被分成几个并行的低速数据流，在同一频带从多个天线同时发射出去。由于多径传播，每个发射天线对于接收机产生不同的空间签名，接收机利用这些不同的签名分离出独立的数据流，最后再复用成原始数据流。因此空间复用可以成倍提高数据传输速率。,多天线技术,MIMO系统结构与系统容量 空间分集和空间复用 MIMO技术在LTE中的应用（层映射、预编码）,MIMO信号处理过程,MIMO技术在LTE中的应用,不同方式下层映射与预编码,单天线发射方式下 空间复用方式下 发射分集方式下,单天线发射方式下层映射和预编码,层映射：一个码字流映射到一层，将输入直接输出。 预编码：无需预编码 ，输入直接输出。 是用来发射的天线口索引，如p=0，即经第0个天线口发射。其中天线口4专门为MBSFN用的，天线口5专门为UE用的。,不同方式下层映射与预编码,单天线发射方式下 空间复用方式下 发射分集方式下,空间复用方式下层映射和预编码,层映射 根据协议36.211，层数VP，P表示物理信道用于发射的天线端口数，且码字流的个数最多为2 。 协议规定：码字到层的映射可有1：1，1：2，2：2，2：3，2：4。 且1：2的情况只发生在P=4的条件下。,空间复用方式下的层映射,以2：3为例,空间复用方式下预编码,预编码 无CDD时的预编码 W是阶数为P*V的预编码矩阵。,两天线口的码书,空间复用方式下预编码,大CDD时的预编码 W是阶数为P*V的预编码矩阵，D,U为矩阵。 加入CDD之后能够人为的制造多径效应，以获得更大的增益。,D,U矩阵,不同方式下层映射与预编码,单天线发射方式下 空间复用方式下 发射分集方式下,发射分集方式下的层映射,层映射 根据协议，只允许对一个码字进行层映射，层数V和物理信道用于发射的天线端口数P相等。 码字到层的映射只允许有1：2和1：4，即一码字流映射至两层或四层 。,发射分集方式下的层映射,发射分集方式下预编码,发射分集方式的层映射要求映射层数和天线口数目相等，且层映射只有1：2和1：4，故预编码模块输入的层数也是2层或4层。 两天线配置的预编码,1：2方式,发射分集方式层映射和预编码,1：2方式,发射分集方式层映射和预编码,1：4方式,发射分集方式层映射和预编码,1：4方式,下行信道, 信号的层映射和预编码,对于PDSCH 当UE特定参考信号未被发射，支持单天线、空间复用和发射分集的层映射和预编码，在P属于1,2,4时发射 当UE特定参考信号被发射，PDSCH只能在天线口5被发射,下行信道的层映射和预编码,对于PBCH,PCFICH,PDCCH 支持单天线和发射分集 在P属于1,2,4时发射,下行信道的层映射和预编码,对于PHICH 支持单天线和发射分集 当天线口数为1或2时，方式同于PBCH 当天线口数为4时，发射分集预编码矩阵分normal cp和extended cp两种情况,PHICH normal cp,normal cp,PHICH extended cp,extended cp,下行信道的层映射和预编码,对于参考信号 不支持层映射和预编码 序列生成后，直接映射到资源网上发射 目前在V1版本里同步信号是在DSP里实现的.目前还没有考虑分集,实现的时候是按照每天线一样映射的,信道模型,瑞利衰落和莱斯衰落 多径延迟模型 角度建模 相关性矩阵 高铁模型,瑞利衰落,在障碍物均匀的城市街道或森林中，在接受信号中没有视距传播的直达波时，信号包络起伏近似于瑞利分布，故多径快衰落又称为瑞利衰落。因此常用瑞利分布来描述平坦衰落信号或独立多径分量接受包络统计时变特性。,莱斯衰落,当接受信号中有视距传播的直达波信号时，视距信号成为主接受信号分量，同时还有不同角度随机到达的多径分量叠加在这个主信号分量上，这时的接收信号就呈现为莱斯分布。,多普勒效应,f=速度/波长,多径延迟模型,Extended Pedestrian A model (EPA),Extended Vehicular A model (EVA),Extended Typical Urban model (ETU),考虑多普勒频率,f=速度/波长,Sliding Delay,Birth-Death Time-varying Relative Path Delay,角度建模（DOA, Direction of arrival）,相关性矩阵概念,相关性的含义是两个通道信号的相位及幅度一起变化的概率（01之间）。如两个通道相关性为0.1，表示在10%的概率两个通道的信号是一起变强或变弱，还有90的时间是大家不相关地变化（你在变强，我可能在变弱）。通常高相关要相关性达到0.9左右，低相关即为0，中相关为0.