LTE-下行多天线技术.docx

4 下行多天线技术4.1 天线端口3GPP使用了“天线端口”的概念，天线端口的概念和传统意义上的物理天线振子有着重大区别，天线端口可以映射到物理天线振子。下行天线端口根据参考信号进行定义，例如：天线端口0与小区特殊参考信号有关，而天线端口6与定位参考信号有关。下行天线端口和参考信号对应关系如表19所示：Antenna Port3GPP ReleaseReference SignalsApplication0 to 38Cell specific Reference SignalSingle stream transmission， transmit diversity， MIMO48MBSFN Reference SignalMultimedia Broadcast Multicast Services(MBMS)58UE specific Reference SignalBeamforming without MIMO69Positioning Reference SignalLocation based services7 to 89UE specific Reference SignalsBeamforming with MIMO; multi-user MIMO9 to 1410UE specific Reference SignalsBeamforming with MIMO; multi-user MIMO15 to 2210CSI Reference SignalsChannel State Information (CSI) reportingTable 19-Antenna ports and their associated Reference Signals在有些情况下，天线端口和物理天线振子之间是一一对应的，当一个双极化天线用于下行2X2 MIMO或下行发射分集情况下，天线端口0映射到物理天线振子0，天线端口1映射到物理天线振子1。如图32所示： Figure 32-Example of one-to-one mapping between antenna port and physical antenna elements如果从终端角度观察：有两个下行传输-天线端口0传输小区特定参考信号，天线端口1也传输小区特定参考信号。在其他情况下，一个天线端口可以映射到多个物理天线振子上，波束赋形就使用了这个方法。3GPP规范R8版本中介绍了天线端口5用于支持波束赋形，波束赋形使用多个物理天线振子直接将下行信号传输给特定的终端，这通常是通过使用由多列双极化天线振子组成的一个天线阵列来进行传输的，这个场景如图33所示。波束赋形的原理在33.6章节描述。如图33所示，一个天线阵列有8个物理天线振子（4列双极化天线对），天线端口5映射到所有的8个物理天线振子上。Figure 33-Example of mapping 1 antenna port onto multiple physical antenna elements从终端的角度来说，只有一个天线端口5传输下行信号并携带与终端专用参考信号相关的天线端口5。我们通常把天线端口看作是虚拟的，因为从终端的角度来说，它们只是终端的下行传输，而不是eNode B端物理天线振子实际下行传输。如图34所示天线端口和物理天线阵元之间的另一种映射，这种情形是基于一个天线阵列用于下行22 MIMO或下行发射分集，例如：同样的传输机制假定在图32的情形下。Figure 34-Example of mapping two antenna ports onto multiple physical antenna elements在这种情形下，天线端口0和端口1分别映射到多个物理天线阵元，如图34所示天线端口与物理天线阵元之间的映射关系取决于使用的天线类型。从终端的角度来说，他们的下行传输是相同的，并且也不需要知道天线端口类型。4.2 传输模式在3GPP TS 36.213中，有下列几种下行传输模式：1、 Rel-8版本中介绍的传输模式1-7；2、 Rel-9版本中介绍的传输模式8；3、 Rel-10版本中介绍的传输模式9。eNode B通过RRC连接建立、RRC连接重新配置或RRC重新建立消息向终端发送下行传输模式信息。表格20总结了一组下行传输模式，当终端发起用户业务需求时，这些传输模式是可用的，当终端发起半持续调度业务(SPS-RNTI)时定义了一组不同的传输模式（参考27.6.2）。没有RRC信令时也允许eNode B在一些传输模式之间进行切换，例如：TM3下允许eNode B 在发射分集与开环空间复用之间进行动态切换。在物理下行控制信道上传输的下行控制信息（DCI）可以用来分配信号资源到终端，不同的传输技术使用不同格式的DCI，例如：当使用发射分集技术，1个使用TM3的终端 ，可以获得格式1A下行控制信息（DCI），当使用开环空间复用技术，可以获得格式2A下行控制信息（DCI）。在第九章中详细描述了不同DCI格式的概念。搜索空间在检查终端资源分配时定义了一组物理下行控制信道（PDCCH），这可以避免终端对所有的PDCCH解码。在9.2中详细描述了搜索空间的概念。ModePDSCH Transmission SchemesDCI FormatSearch SpaceChannel State Information Feedback from UE1Single Antenna Port， Port 01ACommon and UE SpecificCQI1UE Specific2Transmit Diversity1ACommon and UE SpecificCQI1UE Specific3Transmit Diversity1ACommon and UE SpecificCQI，RIOpen Loop Spatial Multiplexing， or Transmit Diversity2AUE Specific4Transmit Diversity1ACommon and UE SpecificCQI，RI，PMIClosed Loop Spatial Multiplexing， or Transmit Diversity2UE Specific5Transmit Diversity1ACommon and UE SpecificCQI，PMIMulti-user MIMO1DUE Specific6Transmit Diversity1ACommon and UE SpecificCQI，PMIclosed Loop Spatial Multiplexing， using a Single Transmission Layer1BUE Specific7Single Antenna Port， Port 0， or Transmit diversity1ACommon and UE SpecificCQISingle Antenna Port， Port 51UE Specific8Single Antenna Port， Port 0， or Transmit diversity1ACommon and UE SpecificCQI(PMI & RI if instructed by eNode B)Dual Layer Transmission， port 7 and 8， or Single Antenna Port， PORT 7 or 82BUE Specific9Single Antenna Port， Port 0， or Transmit diversity1ACommon and UE SpecificCQI(PTI，PMI & RI if instructed by eNode B)Up to 8 Layer Transmission， ports 7-142CUE SpecificTable 20PDSCH transmission modes when using C-RNTI to address the UETM 1支持单天线端口传输。下行控制信息格式1和1A提供标准和紧凑的方法来分配下行资源块。预编码不适用于下行数据的传输，终端只需根据信道质量指标提供反馈信息。eNode B根据信道质量指示（CQI）报告为当前的信道环境制定一个合适的比特率。TM2支持发射分集。对于LTE，3GPP 规范只指定了开环发射分集，因此终端只需根据CQI提供反馈。可以分为两天线端口的发射分集和四天线端口的发射分集，这两种情形下，在每一个子帧过程中都传输一个传输块。TM3 支持开环空间复用。TM3 允许eNode B 在发射分集与开环空间复用之间动态切换，而且不需要RRC信令完成重新配置。eNode B会根据信道环境在这两种传输机制下切换。开环空间复用使用DCI 格式2A来分配资源，这个DCI允许为1或2个传输块进行信息传送，并且在44开环空间复用下包括允许信息的预编码，这个预编码信息标志着使用的层数而不是预编码权重。终端需要根据信道质量指示（CQI）和秩指示（RI）来提供反馈。RI将记录的层数提供给eNode B。在这种情况下，空间复用归类为开环是由于终端并不需要根据PMI来提供反馈。TM4支持闭环空间复用。TM4 允许eNode B 在发射分集与闭环空间复用之间动态切换，而且不需要RRC信令完成重新配置。eNode B会根据信道环境在这两种传输机制下切换。闭环空间复用下，使用DCI 格式2来分配资源。DCI格式2允许为1或2个传输块进行信息传送，这里也包括了信息的预编码。终端需要根据CQI、RI和PMI来提供反馈，PMI将一组推荐设置的预编码权重提供给eNode B。TM5 支持多用户MIMO版本，并且限定每终端只能传输一层（在每个子帧过程中，只有一个传输块可以被发送个每个终端）。TM5允许eNode B 在发射分集与多用户MIMO之间动态切换，而且不需要RRC信令完成重新配置。多用户MIMO下，使用DCI格式1D来分配资源，多用户MIMO可以在一个子帧过程中传输2个传输块，也可以将这2个传输块传送给2个不同的终端。终端需要根据CQI和PMI提供反馈值。当为多用户MIMO选择预编码权重时，eBode B会使用PMI指数，由于多用户MIMO始终是单层传输，因此终端并不需要提供RI。TM6 支持单层传输闭环空间复用。这相当于TM4 的简易版本。限制到单层传输将不需要终端提供RI指数报告，终端仍然可以根据PMI指数来选择优先预编码权重。使用DCI格式1B来分配资源。TM7 支持单层传输波束赋形。这种传输模式使用天线端口5来传输终端专用参考信号。波束赋形可以应用于终端专用的参考信号和该组的资源块分配，并指导它们传向适合的终端。波束赋形不能应用于小区专用参考信号，这是由于在该小区中它们被所有的终端使用。终端专用和小区专用参考信号使用不同的资源元素，因此在同一个资源块中2者都可以进行传输。多用户MIMO也可以使用TM7，通过产生多个天线波束来隔离它们的传输，多用户终端可以再次使用相同的资源块。在TM7下，终端只报告CQI指数。TM8 支持2个终端同时从双层波束赋形得到资源，例如：总数为4层的可以被传输，或者，这4层被用于单层波束赋形传向4部终端。相对于单层波束赋形，双层波束赋形的吞吐量可以达到其两倍。因此，这种传输模式支持波束赋形与多用户MIMO的结合；天线端口7和端口8与2个加扰识别码结合用来产生一组4个终端专用参考信号。终端默认记录CQI指数，同时eNode B可以要求终端也记录PMI和RI指数，当支持双层传输时，PMI和RI指数是有用的。3GPP规范在Rel-9版本中引入了DCI格式2B用于支持TM8。 TM9 支持多到8层的波束赋形。对于多用户MIMO而言，TM9类似于TM8，例如：2个终端同时从双层波束赋形得到资源。对应于单用户波束赋形，使用天线端口7-14，对应于多用户MIMO，结合两种加扰识别码，使用天线端口7、8。终端默认记录CQI指数，同时eNode B可以要求终端也记录PMI和RI指数。TM9还采用了预编码器类型指示（PTI）来标出后续PMI报告内容的类型。3GPP规范在Rel-10版本中引入了DCI格式2C支持TM9。 3GPP Reference: TS 36.211， TS 36.212， TS 36.2134.3 多输入多输出 （MIMO）多输入多输出是指在发送端和接收端使用多个天线阵元，MIMO对应于接收分集只需要在接收端有多根天线，MIMO对应于发射分集仅需要发射端有多根天线。图35给出了MIMO一般概念。多输入相当于在传播信道上有多个传输通道，多输出相当于信号经过传播信道后，有多个信号在接收端被接收。与术语MIMO类似，SIMO表示单输入多输出，MISO表示多输入单输出，SISO表示单输入单输出。Figure 35-General concept of MIMO如图35所示，给出了四种典型MIMO，例如：分别使用4端口天线传输和4端口天线接收信号，我们称之为44MIMO。另一种情况是发送端和接收端分别使用数量不相等的多天线端口。如图36所示： Figure 36- MIMO with unequal numbers of transmit and receive antenna ports图37总结了MIMO技术的优点1、 在发射机和/或接收机中的多天线可以用于提供分集以对抗无线信道的衰落。此时要求保持不同天线信道间的不相关性，也就是衰落的不相关，例如：当一个传播路径经历衰落时而另一传播路径不经历该衰落。2、 在发射机和/或接收机中的多天线可以用于成型整个天线波束，波束赋形的方法可能是最大化在目标接收机/发射机方向的整体天线阵列增益，或抑制特定的干扰信号。波束赋形的方法可以直接将信号传送给终端并且提高了接收信号的信噪比。3、 在发射机和接收机中的多天线可以通过空间复用增益提高吞吐量，使用一组相同时频资源并行的传输多个数据流，接收端接收到来自互不相关传输路径不同的数据流。Figure 37Benefits of MIMO在覆盖较好时（高信噪比），终端利用空间复用增益的优点，可以接收到多路并行的数据流。并行数据流的最大数量值取决于发送和接收端天线数的最小值。例如：22MIMO，42MIMO以及24MIMO最大都只能传输2路并行的数据流。系统的最大吞吐量也取决于发送端和接收端的传播信道不相关性。在弱覆盖时（低信噪比），终端可以利用分集增益提高接收信号的信噪比。分集增益的大小取决于接收端天线的数量以及传播信道间的不相关性。例如：接收端天线数量越多，传播信道间的不相关性越大，增益就越大。根据信道环境的不同：当信道环境良好时，使用MIMO来传输多路并行的数据流从而增加系统吞吐量，当信道环境较差时，使用MIMO来传输一个单数据流从而尽量增大分集增益。图38给出了这两种情景的示意图，两种场景都很好的展示了当发送和接收天线间传播路径互不相关的情况。Figure 38MIMO scenarios for UE in good and poor coverage多天线技术的缺点是它增加了设备的复杂度以及对硬件提出了更高的需求。多天线技术需要在发送端和接收端增加额外的处理过程，根据来自接收端的反馈值以及发送端的资源分配情况，MIMO也需要增加信令，同时在发送端和接收端也需要增加的天线阵元，如果已经使用接收分集这些天线阵元也是可用的。在3GPP TS 36.211 中多天线技术可以参考空间复用技术，该规范中有单独的章节介绍了空间复用、单天线端口传输和发射分集。3GPP Rel-8和Rel-9版本支持：1、22MIMO：2个发送天线端口+2个接收天线端口2、44MIMO：4个发送天线端口+4个接收天线端口3GPP Rel-10版本支持：1、88MIMO：8个发送天线端口+8个接收天线端口3GPP 已经指定了以下几种多天线技术：1、 开环空间复用2、 闭环空间复用3、 多用户MIMO开环空间复用需要终端根据RI和CQI指数提供反馈，之所以命名为开环是由于终端并不需要根据PMI指数提供反馈。闭环空间复用需要终端根据RI、CQI和PMI指数提供反馈，终端选择一个PMI值使得在接收端接收信号的信噪比最大化，在eNode B端应用该组预编码权重表示与发送端相联系的一种最大比例的形式。多天线技术也可以与波束赋形结合将资源块直接分配给指定的终端，增加天线阵元的数量会增强波束赋形在水平面上的指向性。在每个子帧1ms的过程中，MIMO能够传输1个或2个码字2，一个码字就是一个在物理层根据循环冗余码校验加法、信道编码以及匹配率被处理过的传输块。当传输2个码字时，它们的大小并不一定相等，每一个码字的CQI报告、链路自适应以及混合自动重传请求（HARQ）都是独立进行的。在某些情况下，由于信令容量的限制，多码字传输使用1个单独的混合自动重传请求确认，例如：TDD情形下多码字传输时的确认反馈/出错反馈。44MIMO 在一个子帧1ms过程中不能传输4个码字，但是可以传输2个大的码字，并将它们分为4个部分。88MIMO可以传输2个更大的码字，并且可以将它们分为8个部分。LTE标准中，最大允许传输两个码字，其目的是使接收端的性能和处理过程达到最优，并根据CQI和HARQ确认报告来减小信令需求。在发送端产生一个MIMO信号包括：1、 层映射属于1或2个码字的调制符号映射到多个层，并且层数小于或等于天线端口的数量；2、 预编码适用于编码和调制符号的层优先映射到资源元素上，并随之产生OFDMA信号。 层映射和预编码的一般过程如图39所示，层映射和预编码的具体过程将在下一节详细描述。Figure 39Concepts of layer mapping and precoding22MIMO只限于两天线端口发送层1-2层：1、 使用层1可以在每个子帧的1ms的过程中传输码字1，并且适用于当射频信道环境相对较差或eNode B 传输的数据较少的情况。2、 使用2层可以在每个子帧的1ms的过程中传输2个码字，并且适用于当射频信道环境较好的情况，通过2层来传输2个码字可以使连接峰值吞吐量翻倍。44MIMO可以通过四天线端口传输1-4层：1、 使用层1可以在每个子帧的1ms的过程中传输码字1，并且使用于当射频信道条件相对较差的环境或eNode B 传输的数据较少的情况。2、 使用4层可以在每个子帧的1ms的过程中传输2个较大的码字，并且适用于射频信道环境较好的情况，通过4层来传输2个较大的码字可以使连接峰值吞吐量增加4倍。3、 当信道环境不允许层的最大数目时，使用2-3层进行传输，例如：一些的发射天线之间的传播路径和接收天线之间的传播路径相关性太高。88MIMO 可以通过八天线端口传输1-8层1、 使用层1可以在每个子帧的1ms的过程中传输码字1，并且使用于当射频信道条件相对较差的环境或eNode B 传输的数据较少的情况。2、 使用8层可以在每个子帧的1ms的过程中传输2个非常大的码字，并且适用于射频信道环境较好的情况，通过8层来传输2个非常大的码字可以使连接峰值吞吐量增加8倍。3、 当信道环境不允许层的最大数目时，使用中间数目的层数进行传输，例如：一些的发射天线之间的传播路径和接收天线之间的传播路径相关性太高。 3GPP Reference： TS 36.211，TS 36.2134.4 LTE技术4.4.1 发射分集发射分集可以有效的抵抗传播信道上的衰落发射分集需要在发送端有多天线阵元，接收端有一个或多个天线阵元发射分集在3GPP Rel-8 版本中给出了详细介绍3GPP Rel-8 版本详细介绍了两天线端口发射分集和四天线端口发射分集：1、天线端口0和天线端口1用于两分支发射分集；2、天线端口0，1，2和3用于四分支发射分集。3GPP 指定开环发射分集技术，因此终端并不需要优先提供预编码建议，终端根据CQI提供反馈值，以便帮助eNode B选择合适的传输块大小。在每个子帧的1ms的过程中，发射分集传输一个调制码字。当码字调制完成后，发射分集基带处理经过下面2个阶段完成：1、 层映射调制符号映射到多个层，并且层数与天线端口的数量是相等的2、 预编码经过编码，每一层的调制符号将会产生一个码流，再由每个天线端口传输 层映射将调制符号交替的分配到每一层，例如：两天线端口情况下，编号为偶数的符号映射到第一层，编号为奇数的符号映射到第二层。如图40所示：Figure 40Layer mapping for transmit diversity当使用二层时，每一层的码元速率是初始码元速率的二分之一，当使用四层时，每一层的码元速率是初始码元速率的四分之一。图41展示了两天线端口发射分集的预编码，如图所示，每一对输入经过预编码过程，产生两对输出，这样每个天线的码元速率与层映射之前的原始码元速率相等。Figure 41Precoding for transmit diversity with 2 antenna ports两天线端口的预编码包含属于每一层的符号乘以，并且1、天线端口1通过每一层的时间复用符号产生符号流2、天线端口2通过每一层的时间复用符号（取第一层符号复共轭与第二层符号复共轭的相反数后）产生符号流预编码过程是固定的并且LTE开环发射分集是非自适应的图42展示了四天线端口发射分集的预编码，如图所示，每一组输入经过预编码过程，产生四组输出，这样每个天线的码元速率与层映射之前的原始码元速率相等。Figure 42Precoding for transmit diversity with 4 antenna ports四天线端口的预编码包含属于每一层的符号乘以，并且1、 天线1通过层1和层2的时间复用符号产生符号流，其非连续传输周期为每3个和4个符号。2、 天线2通过层3和层4的时间复用符号产生符号流，其非连续传输周期为每1个和2个符号。3、 天线3通过层2 的时间复用符号（取复共轭的负数后）和层3的时间复用符号（取复共轭后）产生符号流，其非连续传输周期为每3个和4个符号。4、 天线4 通过层4的时间复用符号（取复共轭的负数后）和层3的时间复用符号（取复共轭后）产生符号流，其非连续传输周期为每1个和2个符号。四天线发射分集使用非连续传输意味着天线端口1和3使用一组不同的资源元素到天线端口2和4，例如：天线端口1和3占据的资源元素是在天线端口2和4上的非连续传输，反之亦然。这就使得增加发射功率来适用于被占据的资源元素，例如：下行链路总发射功率被分布较少的资源元素共享。 图43展示了经过预编码输出映射到一组被用来产生下行OFDMA信号之前的资源元素上，每个天线端口都有它们各自的资源元素网格。Figure 43Mapping onto Resource Elements and OFDMA signal generation after layer mapping and precodingLTE两天线端口发射分集技术称为空频分组码（SFBC）发射分集技术:1、使用术语“space”是因为每一个调制符号都由多天线阵元来传输，并且这些天线阵元有一个物理分离；2、使用术语“frequency”是因为每一个调制符号被映射到多个资源元素上，并且这些资源元素有一定频率间隔，例如：它们使用不同的子载波。图44展示了调制符号通过两天线端口发射分集处理过程的两个实施例，例如：使用空频分组码（SFBC）发射分集技术 Figure 44Flow of two example modulation symbols through processing for transmit diversityLTE四天线端口发射分集技术称为空频分组码-频率切换（SFBC-FSTD）发射分集技术。发射分集技术适用于PDSCH、PBCH、PCFICH、和PHICH物理信道。 3GPP Reference：TS 36.211， TS 36.2134.4.2 开环空间复用3GPP规范Rel-8 版本中介绍了开环空间复用技术，在Rel-9和Rel-10版本中并没有引入新的内容。开环空间复用对应于传输模式3（TM3）；开环空间复用需要终端根据以下参数提供反馈值：1、 秩指示（RI）-与层的数量有关；2、 信道质量指示（CQI）-与传输块的大小有关。之所以称之为开环是由于终端不需要根据预编码矩阵指示（PMI）来提供反馈值。3GPP已经指定大延迟循环延时分集(CDD)作为开环空间复用技术的一种方案。定义Large Delay循环延时分集(CDD)的预编码使用如下方程表示：其中，P是输出端天线端口的数量，i是样本数，v是输入的层数。循环延时分集本身是使用这个方程里面的部分产生，在4层的情况下，3GPP规定：这个矩阵与单位矩阵的格式是一致的（单位矩阵主对角线上的元素全为1并且进行乘法运算后输入并不变化），但是，矩阵的主对角线第2、3、4个元素是由幅度一样而相位随着每一次输入逐渐增加的相量，因此，输入的第2、3、4行都会与旋转相量相乘。主对角线上的第一个元素可以看作是一个不旋转的相量，所以基于有：1、 每个输入样本的第一个相量旋转0度；2、 每个输入样本的第二个相量旋转90度；3、 每个输入样本的第三个相量旋转180度；4、 每个输入样本的第四个相量旋转270度。如果一个时域信号与一个旋转相量相乘，那么信号的频域部分也将发生偏移。在开环空间复用预编码的情况下，该旋转相量施加到频域（在反傅里叶变换之前用来产生时域的OFDMA信号）。在频域应用旋转相量导致信号在时域上发生偏移，例如：引入延时。与矩阵关联的4个相量显示他们有不同的旋转速率，因此输入信号将会经历不同的延时，延时与旋转速率是成正比的。图45给出了一个延时增加的图例，如图显示了一系列频域一个输入信号与一个相量相乘后的时间关系曲线图。每个时间关系图都与一个不同的旋转速率相对应。开环空间复用预编码之所以被提及“Large Delay”循环延时分集是由于施加最大可能的延时，例如：1、当有两个输入层时，输入样本之间的相量旋转为0度和180度；2、当有三个输入层时，输入样本之间的相量旋转为0度、120度和240度；3、当有四个输入层时，输入样本之间的相量旋转为0度、90度、180度和270度。引入这些延时使整个传输信号分集，在应用循环延时分集之前每一层的输入样本与矩阵相乘，矩阵确保提供给循环延时分集的每个输入中包含原始输入层的组合，这意味着每个天线端口传输具有不同时延的所有层的组合。层数为4时，3GPP规定矩阵为：这个矩阵中的元素并不是样本数i的函数，它们对每一个输入层使用一个固定的旋转量，并且不会像矩阵一样产生一个时延。矩阵与每一层的输入样本的乘积如下所示，矩阵的所有元素都是非0 的，所以每一行都包含所有层的输入样本的组合。矩阵根据天线端口的数量提供额外的预编码，预编码的这一部分将在下一节介绍。22开环空间复用22开环空间复用通常在每一个子帧中传输2个码字，发射分集（4.4.1节）支持22开环空间复用技术来传输一个单独的码字。终端可以根据覆盖条件在22发射分集与22开环空间复用之间切换：1、 当覆盖条件较差时，发射分集可以被用来传输1个码字；2、 当覆盖条件较好时，开环空间复用可以被用来传输2个码字。44开环空间复用可以在每一个子帧传输1个或2个码字。表21总结了22开环空间复用支持的码字的数量和层数：Number of CodewordsNumber of LayersNumber of Antenna Ports222Table 21Codewords， layers and antenna ports for 22 open loop spatial multiplexing在22开环空间复用的情况下，3GPP定义矩阵为：在这种情况下，矩阵是固定的，并且它并不是关于i的函数，矩阵部分是一个单位矩阵因此当矩阵与矩阵、以及每一个的输入样本相乘后结果并不发生改变，乘积为：结果为： 当i是偶数时 当i是奇数时图46总结了22开环空间复用层映射和预编码的过程： Figure 4622 open loop spatial multiplexing层映射是简单透明的传输一对码字进行预编码；预编码结果：1、第一根天线传输（第一个码字1/2）+(第二个码字1/2)2、第二根天线传输（第一个码字1/2预编码权重1）+（第二个码字1/2预编码权重2）预编码权重值由表22所示（由之前的矩阵乘积推导得出），取决于被传输的调制符号是奇数还是偶数。预编码权重的确定性选择避免了信号加权的需求，例如：下行控制信息（DCI）不需要提供终端的任何权重信息。Precoding Weight 1Precoding Weight 2Even numbered symbols1-1Odd numbered symbols-11Table 22Codebook for 22 open loop spatial multiplexing44开环空间复用表23总结了44开环空间复用支持的码字的数量和层数，这与44闭环空间复用所支持的数量是一致的，不同的是开环空间复用的层数始终大于1。Number of CodewordsNumber of LayersNumber of Antenna Ports1242234Table 23Codewords， layers and antenna ports for 44 open loop spatial multiplexing图47给出了层映射的选项：Figure 47Layer mapping for 44 open loop spatial multiplexing当终端处于弱覆盖环境下或者接收较小数据时，通常使用2层传输单一码字，当终端处于较好的覆盖环境时和有充分的数据区产生2个大码字时，通常使用4层来传输。图48展示了层数为2的预编码过程，预编码过程中编码的权重总数取决于传输的层数，编码权重数是层数的4倍。Figure 4844 open loop spatial multiplexing with 1 codeword and 2 layers类似于22开环空间复用，预编码权重的选择也是确定的，因此并不需要在下行控制信息中将被传送信号传输给终端。该组预编码权重随着来自层映射的每“n”组输入发生变化，这里的“n”于层数相等，图48中，当使用2层时，预编码权重在每2对输入后发生改变，如果层数是4时，预编码权重在每4组输入后发生改变，对于44闭环空间复用，预编码权重从码本中提取。4.4.3 闭环空间复用闭环空间复用需要终端根据以下指数提供反馈值：1、 秩指示（RI）-与层的数量有关；2、 预编码矩阵指示（PMI）-与预编码权重有关；3、 信道质量指示（CQI）-与传输块的大小有关。这个信息是使用物理上行控制信道（PUCCH）或物理上行共享信道（PUSCH）发送给eNode B。终端选择一个PMI值使得在接收端接收信号的信噪比最大化，在eNode B端应用该组预编码权重表示与发送端相联系的一种最大比例的形式。eNode B可能选择终端提供的建议值，也可能不选择建议值1、 如果终端处于较好的覆盖环境时，并建议使用2层传输来增加连接吞吐量，当缓存中没有太大数据时，eNode B可能一直安排单层传输；2、 如果终端报告较小的CQI（对应一个小的传输块）却获得一个小的块错误率，这样eNode B 可能增加CQI来传输一个大一点的传输块，当终端报告一个较高的CQI获得一个高的块错误率时，eNode B将减小CQI来传输一个小一点的传输块。3GPP规范在Rel-8版本中定义了一下两种闭环空间复用：1、22闭环空间复用2、44闭环空间复用22闭环空间复用表24显示了22闭环空间复用支持的码字的数量和层数：1、 在每个子帧的1ms的过程可以传输1个或2个码字；2、 层数与码字数始终相等。Number of CodewordsNumber of LayersNumber of Antenna Ports11222Table 24Codewords，layers and antenna ports for 22 closed loop spatial multiplexing传输一个码字的层映射和预编码过程如图49所示，层映射仅仅为预编码传输码字。 Figure 4922 closed loop spatial multiplexing with 1 codeword传输一个码字的预编码结果是：1、 第一根传输天线（码字）2、 第二根传输天线（码字预编码权重）表格25展示了可供选择的一组传输一个码字的预编码权重值Codebook IndexPrecoding Weight011-1Codebook IndexPrecoding Weight23Table 25Codebook for 22 closed loop spatial multiplexing with 1 codeword在一个特定的子帧中使用预编码权重发送信号给终端在物理下行控制信道上使用DCI格式2。传输2个码字的层映射和预编码过程如图50所示，层映射仅仅为预编码传输2个码字。 Figure 5022 closed loop spatial multiplexing with 1 codeword传输两个码字预编码的结果是：1、第一根传输天线，（第一个码字）+（第二个码字）2、第二根传输天线，（第一个码字预编码权重1）+（第二个码字预编码权重2）表格26展示了可供选择的一对传输2个码字的预编码权重值Codebook IndexPrecoding Weight 1Precoding Weight 211-12-Table 26Codebook for 22 closed loop spatial multiplexing with 2 codewords44闭环空间复用表27展示了44闭环空间复用支持的码字的数量和层数：1、 在每个子帧的1ms的过程可以传输1个或2个码字；2、层的数量范围为1-4层；Number of CodewordsNumber of LayersNumber of Antenna Ports11222234Table 24Codewords，layers and antenna ports for 22 closed loop spatial multiplexing如图51所示为可供选择的层映射： Figure 51Layer mapping for 44 closed loop spatial multiplexing当终端处于弱覆盖环境下或者接收相对较小数据时，通常使用1层传输，当终端处于较好的覆盖环境时和有充分的数据区产生2个大码字时，通常使用4层来传输。图52展示了一个码字的层映射和预编码过程，从16中预编码权重中挑选了4组权重，例如：DCI需要4bits对选择的权重数进行信号发送。 Figure 5244 closed loop spatial multiplexing with 1 codeword and 1 layer预编码过程中编码权重的数量取决于层的数量，编码权重数是层数的4倍。图53显示了2个码字和4层的层映射和预编码过程，在这种情况下，权重总数是16，该组16个权重数是从16组每组16个权重数中挑选的。来自每个天线阵元的每一层都对信号的传输做出贡献；与发射分集类似，OFDMA信号产生前，经过预编码的数据会被映射到每个资源元素上。 Figure 5344 closed loop spatial multiplexing with 2 codewords and 4 layers4.4.4波束赋形波束赋形的原理在33.6节具体描述，一般概念如图54所示，基站一个天线阵列对不同的终端用户下行的资源传输采用不同的波束。通过调整每个天线振子的相位实现不同终端传输使用不同的波束。 Figure 54General concept of beamforming波束赋形通过改变天线主瓣方向使目标用户增加了天线增益，有助于减少小区之间的干扰，提高链接吞吐量和系统容量，波束赋形尤其对小区边缘干扰电平较高的用户有较大益处。波束赋形一般应用于每个物理天线振子之间的无线传播信道相关的情况，这和发射分集和MIMO一般使用在不相关传输环境有差别。图55是一个典型的波束赋形天线，每个天线振子阵列之间间隔半个波长可以提供波束赋形需要的相关的无线传播途径。交叉极化提供的发射分集和MIMO需要的不相关的无线传播途径。Figure 554-column cross polar antenna array这种天线的物理尺寸和频段有关，低频段的射频载波波长大因而天线尺寸大2.6GHZ频段的天线波长12厘米左右波束赋形天线的尺寸一般0.25Mx1米850GHz频段的天线波长35厘米左右波束赋形天线的尺寸一般0.7Mx2.8米增加天线振子数量可以产生更多的天线波束，但也增加了天线的物理尺寸，天线振子水平方向波束赋形的效果比垂直极化效果好。3GPP每个版本均支持波束赋形技术R8版本规范那开始支持波束赋形对每个终端支持单层传输在TM7中使用天线端口5使用用户特定的参考信号，就是大家知道的DM-RS终端只需要上报CQI（无需上报RI和PMI）基于R8版本规范波束赋形可能的信令流如图56所示。一个4阵列的交叉极化天线作为信号处理的8个并行波束流，每个信号流在进入天线阵列之前进行了射频信号混合以及放大，产生8个收发信机和8个放大器所需要的信号，每个功放提供5W的发射能力总共40W。 Figure 56Signal flow for single layer beamforming for single UE3GPP规范没有明确W1W8的权重，这些权重由基站独立执行，基站调整发射信号的相位确保每个波束上终端均得到服务，3GPP R8规范 定义了没有预编码波束赋形的一些层的映射。发射权重被透明地传输给终端，终端无需事先知道，直到终端注意到基站从虚拟的天线端口5发射一个单信号。调制的数据符号和终端特定的参考信号具有同样的处理权重,终端特定的参考信号也传输给终端，用于终端进行信道估计及随后解调。图56显示的权重分为两组，每组和相应极化的物理天线振子关联，对于单极化的天线，产生波束赋形只需要要一个移相，当使用双极化天线，产生波束赋形需要相位和幅度同时移位，需要注意的是，天线选择和权重之间执行相互关联，每个极化之间的实现可以不同。权重的选择基站通过向终端传输侦听参考信号SRS实现，在TDD情况下，上行和下行的传播信道相同因为使用相同的RF频率，基站可以通过上行信道测量估计确定下行传输特点。详细的波束赋形产生算法超出本书的讨论范围，特征波束赋形EBB是一个共同的方法，权重的设定无需使用很快更新速率因为终端不会很快更新位置，长期波束赋形趋势权重调整速率一般是一秒一次，短期波束赋形趋势权重调整速率一般是一秒100次，短期波束赋形可以提高性能但会增加计算量，导致由于平均采样量少对误码敏感。通过在整个小区广播权重设定时，小区特定的参考信号无需处理，对单层传输使用天线端口0广播小区特定的参考信号，天线端口0可以映射到正45度交叉极化的4个物理天线振子，剩下的4个-45度激化的热天线振子作为双层传输下的小区的天线端口1，TM7容许回退到发射分集的状态（没有波束赋形），因此TM7通常可以支持天线端口0和1.在同一个子帧波束赋形可以同时应用于多用户，例如如果一组RB资源块被3个终端共享，基站可以产生3个方向的波束针对每个UE分配的资源块，这样的好处是产生和使用权重和每个终端的无关。R9 版本的规范中支持的波束赋形功能增强如下支持单用户双层传输TM8可以使用天线端口7和8使用新的基于终端特定的参考信号（DM-RS）终端报告CQI信道质量指示、R秩指示I、PMI预编码指示双层波束赋形每个子帧能够传输2个码字，相对于单层波束赋形一个子帧传输一个码字小区吞吐量可以翻倍。TM8的双层波束赋形只能在正常的CP下使用，在扩展CP下无效。R9版本的双层波束赋形可能的信令流如图57所示，和本节前面展示的单层类似，假设有4列交叉极化天线，因此有8个并行处理的信号流 Figure 57Signal flow for dual layer beamforming for single UE码字1和天线端口7对应的终端特定的参考信号映射到一个资源粒子，码字2和天线端口8对应的终端特定的参考信号映射到另一个资源粒子，在这个阶段码字1&2已经被调制了在第二阶段预编码已经完成， 3GPP没有规定预编码，因此每个厂