TD-LTE系统双流Beamforming技术

1、TD-LTE系统双流波束赋形（系统双流波束赋形（Rel-9）技术研究技术研究中国移动通信中国移动通信2010年年4月月内部资料内部资料 注意保注意保密密内容技术简介标准进展技术原理性能增益设备改造分析厂商支持情况设备规范建议内部资料内部资料 注意保注意保密密技术简介双流波束赋形结合了智能天线赋形技术和MIMO空间复用技术波束赋形（波束赋形（BF）MIMOp 降低干扰降低干扰p 提升覆盖半径提升覆盖半径p 提升吞吐量提升吞吐量双流双流BF技术技术双流双流BF技术结合了智能天线赋形技术和技术结合了智能天线赋形技术和MIMO的空间复用技术，同时的空间复用技术，同时传输多个数据流实现空分复用，并能够保

2、持传统单流下实现的广覆盖，传输多个数据流实现空分复用，并能够保持传统单流下实现的广覆盖，提高小区容量和减少干扰。提高小区容量和减少干扰。p 提升吞吐量提升吞吐量p 提升覆盖半径提升覆盖半径p 降低小区间干扰降低小区间干扰 内部资料内部资料 注意保注意保密密标准进展双流波束赋形的R9标准化已于2009年12月基本完成p 20072008年，双流BF的整体解决方案在IMT-A技术组和标准子组上分别提交并获得了通过p 2008年6月，双流BF开始在LTE-A（Rel-10）技术范围内推动p 2009年3月，中国移动推动双流波束赋形技术在LTE R9立项完成，相关标准化工作在RAN1展开讨论p 200

3、9年12月，双流BF技术的标准化工作已基本完成Rel-8: tm 7Rel-9: tm8Rel10: TBD 单天线端口（单天线端口（port 5） UE专用专用RS解调解调 波束赋形（单流）波束赋形（单流） 基于非码本基于非码本 天线数量大于天线数量大于4 双天线端口（双天线端口（port 7和和8） 新新UE专用专用RS设计设计 波束赋形波束赋形+空分复用空分复用 （最多双流）（最多双流） 基于非码本基于非码本 天线数量大于天线数量大于4 八天线端口八天线端口 新新UE专用专用RS和和CRS设计设计 波束赋形波束赋形+空分复用空分复用 （最多八流）（最多八流） 波束赋形技术发展波束赋形技术

4、发展内部资料内部资料 注意保注意保密密标准内容新UE专用导频设计：时频位置相同，正交码分UE专用导频设计Port7和8时频位置相同，正交码区分（CDM）导频密度同port5（12RS/1ms），但时域分布较疏UE专用导频和小区专用导频同在，开销较大无法准确估计时变信道，适用于低速移动环境沿用至Rel-10Cell Specific RS for port 14UE Specific RS for port 7,8UE Specific RS for port 5内部资料内部资料 注意保注意保密密标准内容新的独立传输模式（tm8），新的DCI format下行控制信令基于DCI format 2

5、A设计：去掉swap flag增加加扰ID（动态指示导频序列）动态Rank调整：Rank2（双流）第一个传输块：端口7第二个传输块：端口8Rank1（单流）disable传输块的NDI字段指示当前使用的端口NDI = 0：端口7NDI = 1：端口8无预编码指示注：对于注：对于MU-MIMO，每个配对用户使用，每个配对用户使用rank-1传输，无信令通知配对用户的存在，传输，无信令通知配对用户的存在，即用户无法从网络侧获知是否有用户与其配即用户无法从网络侧获知是否有用户与其配对，但亦不可认为此时无用户与其配对。对，但亦不可认为此时无用户与其配对。内部资料内部资料 注意保注意保密密标准内容终端反

6、馈：w/wo PMI/RI feedback重用R8中UE reporting modes终端上报PMI/RI(tm4)：非周期：mode1-2、2-2、3-1周期：mode1-1、2-1终端不上报PMI/RI(TxD or tm7)：非周期：mode2-0、3-0周期：mode1-0、2-0终端始终上报CQI，PMI/RI是否上报依据网络配置终端基于小区RS计算CQI/PMI/RI内部资料内部资料 注意保注意保密密技术原理8天线双流波束赋形技术终端侧终端双天线接收终端计算并上报CQI基于小区RS，未考虑赋形增益依据网络配置，计算上报PMI/RI基于小区RS， 发送端口数有限，无法全面反映信道

7、PMI离散性，无法准确反映信道依据网络配置，发送SRS两天线交替发送有性能增益单用户双流单用户双流BFBF SU-MIMO based on Dual-stream beamforming same time-frequency 基站侧获取上行信道状态通过SRS， 辅以PMI/RI依据信道状态，确定单/双流传输生成下行赋形矢量信道相关矩阵特征向量赋形矢量利于降低流间干扰计算波束赋形CQI结合终端反馈CQI和赋形增益计算每数据流的CQI，确定MCS注：注：eNodeB如何参考如何参考PMI/RI生成赋值矢量取决于设备具体实现。生成赋值矢量取决于设备具体实现。内部资料内部资料 注意保注意保密密Ca

8、se 2-4Case 2-5Case2-6Case2-7p 基站侧： 下行8x2 Beamforming Rank-1（单流） 下行发射功率46dBm eNB 侧双极化8 天线 下行EBB 算法波束赋形p 终端侧： 天线垂直极化下行双天线接收 上行双天线轮流发射p基站侧： 下行8x2 Beamforming Rank-1（单流） 下行发射功率46dBm eNB 侧双极化8 天线 下行EBB 算法波束赋形p 终端侧： 天线双极化 下行双天线接收 上行双天线轮流发射p基站侧： 下行8x2 Beamforming Rank-1/2（自适应双流） 下行发射功率46dBm eNB 侧双极化8 天线 下行

9、EBB 算法波束赋形p 终端侧：天线垂直极化下行双天线接收 上行双天线轮流发射p基站侧： 下行8x2 Beamforming Rank-1/2（自适应双流） 下行发射功率46dBm eNB 侧双极化8 天线 下行EBB 算法波束赋形p 终端侧： 天线双极化 下行双天线接收 上行双天线轮流发射性能增益8天线双流波束赋形技术内部资料内部资料 注意保注意保密密性能增益小区均值频率效率小区均值频谱效率小区均值频谱效率CMCCHuaweiZTECATT内部资料内部资料 注意保注意保密密性能增益小区均值频谱效率小区均值频谱效率小区均值频谱效率Ericsson普天普天内部资料内部资料 注意保注意保密密性能增

10、益小区边缘频率效率小区均值频谱效率小区均值频谱效率CMCCHuaweiZTECATT内部资料内部资料 注意保注意保密密性能增益小区边缘频谱效率Ericsson普天普天结论结论 和和tm7相比，相比，tm8的小区均值频谱效率增益约为的小区均值频谱效率增益约为1015%左右。小区边缘频谱左右。小区边缘频谱效率无明显增益，且由于效率无明显增益，且由于rank自适应调整依赖于对干扰的测量准确度，自适应调整依赖于对干扰的测量准确度，tm8的边的边缘缘SE略有下降。略有下降。注：由于当用户处于小区边缘时，网络对干扰的测量准确度不高，会发生注：由于当用户处于小区边缘时，网络对干扰的测量准确度不高，会发生tm

11、8模式内自适模式内自适应切换到应切换到rank2传输（边缘传输效率不及传输（边缘传输效率不及rank1），从而反而使边缘），从而反而使边缘SE有所下降。有所下降。 可通过简单的算法优化（如，对用户位置进行预先判断），使边缘用户始终保持可通过简单的算法优化（如，对用户位置进行预先判断），使边缘用户始终保持rank1传输模式，从而使边缘传输模式，从而使边缘SE达到达到tm7的水平。的水平。内部资料内部资料 注意保注意保密密设备改造分析网络设备l 网络侧设备（网络侧设备（BBU和和RRU）主要通过）主要通过软件升级软件升级即可支持即可支持8天线双流波束赋形技天线双流波束赋形技术（术（R9），大多数厂

12、商（除烽火和新邮通），大多数厂商（除烽火和新邮通*）现有支持单流）现有支持单流BF的设备无需进行任的设备无需进行任何硬件改造。网络设备的软件升级复杂度分析如下表：何硬件改造。网络设备的软件升级复杂度分析如下表：软件架构实体软件架构实体新增软件复杂度（相比新增软件复杂度（相比tm7）PHY 赋形权值计算：计算并存储2组权值。算法复杂度平均为单流1.5倍，存储空间约为单流2倍 赋形权值生成：基于非码本（SRS），辅以码本（PMI） 导频符号：端口7和8码分复用，复杂度增加不大 天线校准：基站需要校准天线以维持上下行信道互易性 AMC：双流AMC处理，复杂度平均为单流2倍MAC 测量：增加针对BF的

13、测量量CQI补偿及RANK调整 模式切换：支持单流BF，双流BF，SFBC，切换算法复杂度增加L3 RRC：支持BF UE能力查询及BF天线模式RRC重配 SRS配置：Sounding分配算法考虑BF权值估计需要 UE reporting配置：配置终端是否进行PMI/RI反馈内部资料内部资料 注意保注意保密密终端设备的改造主要涉及到如下几个方面：下行接收：Tm8及DCI 2B的接收：复杂度增加不大端口7和8的导频接收和信道估计：Port 7/8导频时域密度较集中，若信道估计粒度同tm7，则信道估计复杂度比tm7增加下行双流数据检测：数据检测复杂度同tm4（空间复用）相当直接估计等效信道矩阵，复

14、杂度比tm4略低上行发送：SRS发送：依据网络高层配置，开启上行双天线选择发送SRS，则复杂度增加PMI/RI发送：依据网络高层配置，若UE上报PMI/RI，复杂度同tm4，比tm7有所增加设备改造分析终端设备内部资料内部资料 注意保注意保密密厂商支持情况厂商支持情况网络设备厂商网络设备厂商201220102011ZTESU-MIMOQ1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4MU-MIMO大部分网络设备厂商计划于大部分网络设备厂商计划于2011年底前支持年底前支持R9单用户双单用户双流波束赋形技术，于流波束赋形技术，于2012年年Q1之前支持多用户双流波束之前支持多用户双流波束赋形赋形内

15、部资料内部资料 注意保注意保密密序号序号需求分项需求分项技术要求技术要求TD-LTE_Dual Layer_BF_1基本要求eNodeB需支持下行8x2双流波束赋形（即传输模式tm8），并可配置传输模式8TD-LTE_Dual Layer_BF_2基本要求eNodeB需支持tm8的模式内自适应切换，切换子模式包括：rank -1 BF，rank-2 BF和SFBCTD-LTE_Dual Layer_BF_3基本要求eNodeB能依据终端移动速度选择是否使用传输模式8，当终端移动速度或下行信道时变程度超过阈值时，不使用tm8TD-LTE_Dual Layer_BF_4eNodeB需配置UE上行发

16、送SRS以获取上行信道状态，SRS的带宽和周期配置需考虑赋形矢量计算的需要和终端移动速度TD-LTE_Dual Layer_BF_5eNodeB可选择配置UE的PMI/RI上报模式。eNB在计算赋形矢量时需基于SRS，可选择辅以PMI/RITD-LTE_Dual Layer_BF_6eNodeB需结合终端反馈的CQI和赋形增益计算每条数据流的CQI，并选取相应的MCSTD-LTE_Dual Layer_BF_7eNodeB需支持天线校准，以保持上下行信道的互易性TD-LTE_Dual Layer_BF_8eNodeB需可配置终端开启上行天线选择性发送SRS信号设备规范建议设备规范建议网络设备要

17、求网络设备要求内部资料内部资料 注意保注意保密密设备规范建议设备规范建议终端设备要求终端设备要求序号序号需求分项需求分项技术要求技术要求TD-LTE_Dual Layer_BF_1基本要求UE设备需支持下行8x2双流波束赋形（即传输模式tm8）TD-LTE_Dual Layer_BF_2基本要求UE设备需支持tm8的模式内自适应切换，切换子模式包括：单流BF，双流BF和SFBCTD-LTE_Dual Layer_BF_3UE设备需支持上行发送SRS信号，SRS信号的带宽和周期需依据网络侧的配置TD-LTE_Dual Layer_BF_4UE设备需支持依据网络侧配置的上报模式，计算并上报CQI/

18、PMI/RITD-LTE_Dual Layer_BF_5UE设备针对端口7和8上导频的信道估计粒度应为1个PRB*，以降低复杂度，减小耗电。TD-LTE_Dual Layer_BF_6UE设备需支持依据网络侧的配置，开启上行双天线选择性发送SRS信号和PUSCH信号注注*：当前终端对于其他端口（非：当前终端对于其他端口（非port7和和8）上导频的信道估计粒度为）上导频的信道估计粒度为2个个PRB估计一次，估计一次，由于由于port7和和8上导频时域密度较集中（相邻两时隙），信道估计算法复杂度有所增加，可上导频时域密度较集中（相邻两时隙），信道估计算法复杂度有所增加，可通过降低信道估计粒度至通

19、过降低信道估计粒度至1个个PRB来平衡复杂度，减小耗电。来平衡复杂度，减小耗电。内部资料内部资料 注意保注意保密密Appendix 1：Simulation Parameters (1)ParametersParametersvaluevaluenotesnotesService Area 7sites, 3sectors,Wrap AroundedUrbanMacroFrequency Reuse1Carrier Frequency2.3GHzInter Site Distance500mBand width10MHzDL:UL2:210:2:2 for sepecial TTIUE/sec

20、tor10UE DistributionUniformlyUniformly in whole service area内部资料内部资料 注意保注意保密密Appendix 1：Simulation Parameters (2)ParametersParametersvaluevaluenotesnotesPath Loss129.427+37.6log10(d_km)水平投影距离，水平投影距离，具体请参考仿真参数文档！具体请参考仿真参数文档！NodeB antenna height30mShadowing std8dB0.5 inter site correlation1 intra site

21、 correlationCorreDis=50mPenetration loss20dBUE velocity3km/hNB antenna Gain17dBiInclude 2dB feeder lossChannel modelSCMELink Level InterfaceEESM内部资料内部资料 注意保注意保密密Appendix 1：Simulation Parameters (3)ParametersParametersvaluevaluenotesnotesNB noise figure5dBUE noise figure9dBControl channelNo control c

22、hannel errorAntenna pattern653dB beamwidth for horizontal pattern,Measured data for vertical pattern.Back loss = -25dB for horizontalBack loss = -20dB for verticalBack loss = -25dB for whole pattern用实际高差比水平投影距离算仰角内部资料内部资料 注意保注意保密密Appendix 1：Simulation Parameters (4)ParametersParametersvaluevaluenote

23、snotesUE Antenna Gain0dBiOmniNB Tx Power 46mWSubBand Size3RBCQI FeedbackPUSCH Mode 3-1CQI Delay5msCQI Period10msScheduling period1msProportional schedulingT=400ms, Alfa=1, 内部资料内部资料 注意保注意保密密Appendix 1：Simulation Parameters (5)ParametersParametersvaluevaluenotesnotesHARQCC7 processesMax re-tx times3Max tx times 4NB antenna num1Vertical polarizedUE antenna num20.5 wave lengthVertical polarizedDetectionMRCEVM5%HandOffMargin0dB内部资料内部资料 注意保注意保密密Appendix 2：tm7 vs. tm8v