LTE-MIMO培训

1、Apr. 2010HUAWEI TECHNOLOGIES Co., LHUAWEI Confidential Security Level: 内部公开LTE MIMO技术交流HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 2主要内容主要内容l多天线技术、多天线技术、MIMOMIMO特性介绍特性介绍lLTE MIMOLTE MIMO实现方案介绍实现方案介绍lMIMOMIMO中的增益理解中的增益理解HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 3多天线技术多天线技术HUAWEI

2、 TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 4多天线技术的优势多天线技术的优势HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 5MIMO特性介绍特性介绍2221021loghhNPCT021logNPnTrSIMO (Single Input Multiple Output): 常规的接收分集技术MISO (Multiple Input Single Output): 常规的闭环发射分集技术MIMO: 收发两端同时采用多天线为例极限容量 容量随着发射天线发射天线数对数增加！HUAWE

3、I TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 6MIMO特性介绍特性介绍是不是只要增加发射天线就可以无线增加容量？协议里面定义了4根逻辑天线，4根物理天线的模式但是受限于下面几个实现障碍：终端解调复杂度高，终端也要实现4收，但是目前没有商用或者实验终端支持4收，2收无法实现4倍MIMO的吞吐量增益。终端同时处理4路码流运算，当前的芯片CPU能力很难支持。从理论上分析还是可以做，但是在获得相同SNR的情况下吞吐量不会是倍增的关系。但是实现成本会非常高由于多天线之间的相关性无法做到绝对正交，所以对于同样SNR，4天线能够支撑的MCS方式要比2天线

4、低，2天线要比单天线低。但是总体是有吞吐量的增益的但是不会是倍数关系。因此厂家在实现多发多收一直是在决策成本与收益比！HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 7主要内容主要内容lMIMOMIMO特性介绍特性介绍lLTE MIMOLTE MIMO实现方案介绍实现方案介绍lMIMOMIMO中的增益理解中的增益理解HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 8MIMO编码：编码：SFBC和和STBC因此：LTE选用了对移动性支持更好的SFBC编码同样STBC也成了WiM

5、AX高速移动性支持的一个瓶颈。*1*221xxxxX天线1、2SFBCtSTBCfSTBC是在不同天线相同子载波相同子载波 不同不同t时刻时刻分集来获得冗余SFBC是在不同天线不同子载波不同子载波 相同相同t时刻时刻分集来获得冗余那么在高速移动的信道是时变对信号影响大还是多普勒频移对信道的影响大呢？仿真认为高速移动信道的时变特征更明显，所以如果采用时间上的冗余会被时变的信道抵消掉。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 9输入：输入：待发射的调制符号：S0、S1算法实现过程：算法实现过程：（1）Layer Mapper：串并变

6、换；（2）SFBC：对符号对s0、s1进行空频编码，形式为： 。其中，第i行表示天线i在相邻两个子载波上发射的数据，i0.1 ；（3）总功率归一化：如果需要做总发射功率归一化，乘以 ，即 。2Tx SFBCModulationMapperLayerMapperSFBC0s1s2s3s1s0s2s3sResourceMapperResourceMapper*0*11021ssss2Tx SFBC发射结构示意图*0*110ssss输出：输出：天线0在相邻两个子载波上发射的数据为：天线1在相邻两个子载波上发射的数据为： *0*11021ssss21021s121s*121s*021s下行下行MIMO

7、编码：编码：SFBCHUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 102Tx MCWModulationMapperModulationMapper00s01s02s10s11s12sMCW100021ssResourceMapperResourceMapper2Tx MCW发射结构示意图下行下行MIMO编码：编码：MCW00s10snms输入：输入：待发射的调制符号： ，其中 表示码字n的第m个调制符号；算法实现过程：算法实现过程：（1）MCW编码：1000ss其中，第i行表示天线i在某个子载波上发射的数据；（2）总功率归一化：如

8、果需要做总发射功率归一化，需要乘以 ，即 。21100021ss输出：输出：天线0在该子载波上发射的数据为：天线1在该子载波上发射的数据为:天线1在该子载波上发射的数据为： 1021s0021sHUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 112Tx Precoding（rank=1）ModulationMapper0s1sPrecodingResourceMapperResourceMapper01000scc2Tx Precoding（rank=1）发射结构示意图2Tx Precoding（rank=2）ModulationMa

9、pperModulationMapper00s01s10s11sMCW1000ssPrecodingResourceMapperResourceMapper100011100100sscccc2Tx Precoding（rank=2）发射结构示意图下行下行MIMO编码：编码：RANK1、RANK2HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 12MIMO模式概述模式概述n协议协议3621336213中定义的中定义的MIMOMIMO模式一共包括模式一共包括7 7种种n单天线端口TM1（DL SIMO）n开环发射分集TM2（不需要反馈P

10、MI）n开环空间复用TM3 （不需要反馈PMI）n闭环发射分集TM6 （需要反馈PMI）n闭环空间复用TM4 （需要反馈PMI）n下行多用户MIMO TM5（我司不支持）n单天线端口5TM7 （我司不支持）HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 13自适应自适应MIMO算法的意义算法的意义n为什么要有自适应为什么要有自适应MIMOMIMO算法？（要解决一个什么问题）算法？（要解决一个什么问题）n面对这么多种传输模式，每一种传输模式都有它应用的场景和一些预置条件，如何根据当前的系统配置、信道环境、UE能力选择一种最合适的传输模式

11、是自适应MIMO算法要解决的问题。n自适应自适应MIMOMIMO算法要达到的目标是什么？（直观的目标）算法要达到的目标是什么？（直观的目标）n静止场景：自适应MIMO算法获得的平均吞吐率与当前性能最好的MIMO模式一致。n移动场景：自适应MIMO算法获得的吞吐率曲线能够对所有MIMO模式的吞吐率曲线形成外包络。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 14下行下行MIMO实现方案实现方案移动速度判断： c为光速，fs为载频，fd max为eNB检测到最大多普勒频移。频谱效率SE的计算： SE =Tpt_max/38*(38+30

12、)/10 吞吐量/带宽发射相关性Dt的计算：接收相关性Dr的计算：max,dsffcv 移动速度（km/h）最大多普勒频偏（Hz）51210241536307260144120289HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 151.0算法概述算法概述n1.01.0算法实现方案算法实现方案n分集/复用切换：根据CQI及Rank1连续上报次数实现分集与复用的切换，且切换门限固定。n开环/闭环切换：使用eNB L1上报的频偏级别实现开闭环的切换。n1.01.0算法的主要思想算法的主要思想n分集/复用切换：一般认为在信道质量较差时适合使

13、用发射分集，而且UE测量的Rank值则能够非常直接的体现当前适合的模式，所以采用CQI+Rank的方式完成分集复用的切换。n开环/闭环切换：当UE移动速度过快，PMI反馈延时大于信道相干时间情况下，不适合使用闭环模式，而Doppler频偏直接反映信道相干时间，所以使用频偏作为开闭环切换条件。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 162.0算法概述算法概述n2.02.0算法实现方案算法实现方案n分集/复用切换：使用长期滤波后的频谱效率及Rank1概率作为分集复用的判决条件，并且切换门限采用自适应方式。n开环/闭环切换：使用上行

14、预编码增益BF_Gain作为开闭环切换的判决条件。n2.02.0算法与算法与1.01.0算法的主要区别算法的主要区别n分集/复用切换：这一部分基本沿用1.0的思想，采用CQI和Rank作为算法输入参数，只不过2.0中不是直接使用上报的CQI值，而是使用CQI对应的频谱效率，并且切换门限也由原来的固定门限变为自适应。n开环/闭环切换：这一部分变化较大，不再使用频偏作为开闭环的判决条件，而是改用上行预编码增益作为唯一的判决门限，而且该门限也是自适应的。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 17自适应自适应MIMO算法总流程算法总

15、流程HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 18初始初始MIMO模式配置及模式配置及MIMO模式回退模式回退n初始初始MIMOMIMO模式配置模式配置n当UE初始接入时，eNB会为其配置缺省MIMO模式。在我司系统中缺省MIMO模式为Tm2（不考虑单天线端口情况）。初始MIMO模式配置信息在RRC_CONN_SETUP消息中携带。nMIMOMIMO模式回退模式回退n当 H A R Q 平 均 重 传 次 数 超 过 T H _ M A X _ H A R Q （ 回 退 门 限 ） 时 ， 会 通 过RRC_CONN_RECF

16、G消息将UE配置为缺省模式，即Tm2。并且只有当HARQ平均重传次数小于TH_MIN_HARQ后，才能重新进入MIMO模式配置流程。n为了防止MIMO模式间的乒乓切换，通常TH_MIN_HARQRPSOPS 上行虚拟上行虚拟MIMOUser 1 dataChannel InformationUser1User2User kSchedulerMIMODecoderUser k dataHUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 23主要内容主要内容lMIMOMIMO特性介绍特性介绍lLTE MIMOLTE MIMO实现方案介绍实现方

17、案介绍lMIMOMIMO中的增益理解中的增益理解HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 24阵列增益（功率增益）阵列增益（功率增益）MIMO系统的增益分解：阵列增益(Array Gain)分集增益(Diversity Gain)空间复用增益(Spatial Multiplexing Gain)干扰对消增益(Co-Channel Interference Reduction Gain)阵列增益阵列增益: : 对接收信号平均信噪比的改善怎么理解阵列增益？怎么理解阵列增益？n一种理解法：一根天线10w，双天线发就20w，对于接收方都

18、是有用信号，但是带宽范围内噪声20W与10w是一样的，因此C翻倍，而N未变，所以SNR double 了。n另外一种理解法：对于SFBC，在两根天线在不同的子载波上发送相同的码字2次，对于STBC在两根天线上不同时间发送相同码字2次，对于接收来说解调成功率增加了一倍，所以有至少3dB的增益。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 25分集增益分集增益分集增益分集增益: 减少衰落信道下接收信号信噪比的波动减少衰落信道下接收信号信噪比的波动以接收分集为例：以接收分集为例：怎么理解分集增益？怎么理解分集增益？接收分集：多径效应越明显，增益越高。NLOS的分集增益高于LOS的