任务1-MIMO多天线技术PPT

1、TD-LTE移动通信技术2021年12月1课程目录课程目录p第1章 背景与概述p第2章 TD-LTE关键技术p第3章 TD-LTE系统架构与接口协议规范p第4章 TD-LTE物理层及物理层过程p第5章 TD-LTE移动性和无线资源管理p第6章 ZXSDR B8300原理及硬件结构p第7章 ZXSDR R8962原理及硬件结构2u 2.1 无线信道特征本章目录本章目录u 2.2 OFDM技术概述u 2.3 OFDM的关键技术u 2.4 OFDM的应用u 2.5 MIMO多天线技术u 2.6 MIMO的应用u 2.7 链路自适应技术u 2.8 HARQ混合自动重传u 2.9 小区干扰消除34课程内

2、容 MIMO系统概述系统概述 MIMO基本原理 MIMO在LTE中的应用5MIMO概念MIMO技术的基本出发点是将用户数据分解为多个并行的数据流，在指定的带宽内由多个发射天线上同时刻发射，经过无线信道后，由多个接收天线接收，并根据各个并行数据流的空间特性（Spatial Signature），利用解调技术，最终恢复出原数据流。 6几种传输模型单输入单输出系统单输入单输出系统多输入单输出系统多输入单输出系统单输入多输出系统单输入多输出系统多输入多输出系统多输入多输出系统71 1、多天线技术包含、多天线技术包含了空分复用了空分复用(SDM(SDM：spatial division spatial

3、division multiplexing)multiplexing)、发射分、发射分集等技术。集等技术。2 2、SU-MIMO:MIMOSU-MIMO:MIMO数数据流据流都都分配给一个分配给一个UEUE时时，称之为，称之为SU-MIMOSU-MIMO；MU-MU-MIMOMIMO：MIMOMIMO数据流空分数据流空分复用给不同的复用给不同的UEUE时，称时，称之为之为MU-MIMOMU-MIMO。3 3、LTELTE系统中常用的系统中常用的MIMOMIMO模型有下行模型有下行SU-MIMOSU-MIMO和上行和上行MU-MIMOMU-MIMO。多天线多天线技术技术MIMO8LTE下行的SU

4、-MIMOSU-MIMO: 空分复用空分复用两个数据流在一个两个数据流在一个TTI中传送给中传送给UESU-MIMO: 发射分集发射分集只传给只传给UE一个数据流一个数据流LTE下行的MU-MIMOMU-MIMO 结合结合SDM.给每个给每个UE传送两个数据流传送两个数据流.MU-MIMO 结合发射分集结合发射分集.给每个给每个UE传送一个数据流传送一个数据流.LTE上行中的MIMOn上行支持上行支持 MU-MIMOn目前支持的配置是目前支持的配置是1x2 或或1x4.n将来支持将来支持2x2 或或4x4.课程内容 MIMO技术简介 MIMO基本原理基本原理 MIMO在LTE中的应用12MIM

5、O系统模型图111211112122222212ttttrrrrtNNNNNNNN NhhhxnrhhhxnrxnrhhhMIMO系统信号模型表达式系统信号模型表达式 在无线链路两端均采用多根天在无线链路两端均采用多根天线，分别同时接收与发射，能线，分别同时接收与发射，能够充分利用空间资源，在无需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况下，成倍地提升通信系统的容量与可靠性。容量与可靠性。13MIMO原理接收机接收机数据流数据流编码编码编码编码信道交织信道交织信道交织信道交织QPSK16QAM调制调制QPSK16QAM调制调制De

6、tectorDetector复用复用数据流数据流v12v21v11v22发射机发射机解复用解复用空间复用和空间分集技术能够提高速率。空间复用和空间分集技术能够提高速率。MIMO关键技术：空间复用，空间分集，波束成形，层映射和预编码。关键技术：空间复用，空间分集，波束成形，层映射和预编码。 MIMO的基本模式 空间分集 使用多根天线进行发射和/或接收，根据收发天线数又分为发射分集、接收分集与接收发射分集 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 波束成形 在发射端将待发射数据矢量加权，形成某种方向图后到达接收端 空间分集、波束赋型和空间复用的结合 系统

7、中不同的信道采用不同的模式 系统中同一信道采用不同模式的叠加空间分集可获得分集处理增益可获得分集处理增益提高信噪比提高信噪比易获得相对稳定的信号易获得相对稳定的信号空间空间分集分集发射发射分集分集接收接收分集分集空间分集包括发射分集和接收分集空间分集包括发射分集和接收分集优点优点16n空间分集（发射分集、接收分集和接收发射分集），使用多根天线进空间分集（发射分集、接收分集和接收发射分集），使用多根天线进行发射和行发射和/或接收，根据收发天线数又分为发射分集、接收分集与接收或接收，根据收发天线数又分为发射分集、接收分集与接收发射分集发射分集。n发射分集：是在发射端使用多幅发射天线发射信息，通过对

8、不同的天发射分集：是在发射端使用多幅发射天线发射信息，通过对不同的天线发射的信号进行编码达到空间分集的目的，接收端获得比单天线高线发射的信号进行编码达到空间分集的目的，接收端获得比单天线高的信噪比。的信噪比。空时发射分集空时发射分集STTD 循环延迟分集循环延迟分集CDD空频发射分集空频发射分集SFTD发射分集17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衰落情况中，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。18空间复用空间复用：发射的高速数据被分成几个并行的低速数据流，在同一频

9、带从多个天线同时发射出去。 码字 层数 发射天线数 不同的数据内容 提高吞吐量 更复杂的预编码技术 码本19波束成形原理图n在发射端将待发射数据矢量加权，形成某种方向图后到达接收端，在发射端将待发射数据矢量加权，形成某种方向图后到达接收端，接收端再对收到的信号进行上行波束形成，抑制噪声和干扰。接收端再对收到的信号进行上行波束形成，抑制噪声和干扰。20波束成形的分类按照信号的发射方式 传统波束形成：当信道特征值只有一个或只有一个接收天线时，沿特征向量发射所有的功率实现波束形成； 特征波束形成：对信道矩阵进行特征值分解，信道将转化为多个并行的信道，在每个信道上独立传输数据。按反馈的信道信息 瞬时信

10、道信息反馈 信道均值信息反馈 信道协方差矩阵反馈21课程内容 MIMO技术简介 MIMO基本原理 MIMO在在LTE中的应用中的应用22LTE中7种MIMO模式6Mode 6 码本波束成形码本波束成形 提供发射分集对抗衰落提供发射分集对抗衰落提高峰值速率提高峰值速率提高系统容量提高系统容量1 Mode 1 单天线端口单天线端口2Mode 2 发射分集发射分集3Mode 3 开环空间复用开环空间复用457Mode 4 闭环空间复用闭环空间复用Mode 5 多用户多用户MIMO Mode 7 非码本波束成形非码本波束成形适用于高速移动环境适用于高速移动环境适用于单天线端口适用于单天线端口提高小区覆

11、盖，抑制干扰提高小区覆盖，抑制干扰23LTE传输模式-概述Mode传输模式技术描述应用场景1单天线传输信息通过单天线进行发送无法布放双通道室分系统的室内站2发射分集同一信息的多个信号副本分别通过多个衰落特性相互独立的信道进行发送信道质量不好时，如小区边缘3开环空间复用 终端不反馈信道信息，发射端根据预定义的信道信息来确定发射信号信道质量高且空间独立性强时4闭环空间复用 需要终端反馈信道信息，发射端采用该信息进行信号预处理以产生空间独立性信道质量高且空间独立性强时。终端静止时性能好5多用户MIMO 基站使用相同时频资源将多个数据流发送给不同用户，接收端利用多根天线对干扰数据流进行取消和零陷。6单

12、层闭环空间复用 终端反馈RI=1时，发射端采用单层预编码，使其适应当前的信道7单流Beamforming发射端利用上行信号来估计下行信道的特征，在下行信号发送时，每根天线上乘以相应的特征权值，使其天线阵发射信号具有波束赋形效果信道质量不好时，如小区边缘 传输模式是针对单个终端的。同小区不同终端可以有不同传输模式传输模式是针对单个终端的。同小区不同终端可以有不同传输模式 eNB自行决定某一时刻对某一终端采用什么传输模式，并通过自行决定某一时刻对某一终端采用什么传输模式，并通过RRC信令通知终端信令通知终端 模式模式3到模式到模式8中均含有发射分集。当信道质量快速恶化时，中均含有发射分集。当信道质量快速恶化时，eNB可以快速切换到模式内发射分集模式可以快速切换到模式内发射分集模式MIMO模式的应用小区边缘小区边缘小区中心小区中心市区市区高速移