层映射与天线发射

1、层映射与天线发射1引言层映射与天线发射的概念主要集中在协议36211,其中涉及到MIMO,OFDM等相应的天线端口等概念和过LTE技术。这个文档主要是通过一些概念和协议流程，来描述层映射,程。这里先说明几个常用的概念。下行物理信道的产生主要如下图所示：codewordslayersantennaports码字：所谓多码字，就是在空间复用的多层数据能够进行独立的编码，调制形成单独的数据流，每个单独的数据流能够进行独立的速率控制，独立的进行HARQ重传。目前LTE系统码字1码字0仅仅支持码字最大为2的TB的数据传输，也就是每个TTI最多可以传输2个TB数据，也即双流：*信道编码T调制f：层映射IN

2、信道编码2调制k*秩/层：层与秩是一一映射的关系。信道矩阵的秩是由收发天线数量的最小值决定的。例如4发2收天线，那么layer/rank=2;4发4收天线，layer/rank=4。目前LTE对应最多有4层，即码字与层是一个单/多码字与多层的一个关系。所以存在一个码字与层的映射关系。层映射：即码字与天线发端层之间的一个映射关系。关系有如下对于单码字，可以映射倒多层，但是单层的即单天线只需要单码字。多码字可以映射到2层，3层，4层等。预编码：将数据由层映射到天线端口，是预编码的过程。天线端口：官方的定义是在36211的6.2.2(R9),Anantennaportisdefinedbyitsas

3、sociatedreferencesignal.Thesetofantennaportssupporteddependsonthereferencesignalconfigurationinthecell:- Cell-specificreferencesignalssupportaconfigurationofone,two,orfourantennaportsandtheantennaportnumberpshallfulfilp=0,p'0,1'andp10,1,2,3；,respectively.- MBSFNreferencesignalsaretransmitted

4、onantennaportp=4.UE-specificreferencesignalsaretransmittedonantennaport(s)p=5,p=7,p=8,orp7,8.Positioningreferencesignalsaretransmittedonantennaportp=6天线端口有两个属性，一个是天线端口号，一个是天线端口配置(天线端口数目)。天线端口是一个下行的概念，上行没有规范这样一个概念。协议非常明白给出，天线端口是定义在参考基础上的，有小区关联的参考信号，有MBSFN关联的参考信号等。天线端口有个序号，即天线端口号，这个序号的编排是协议规范着给提出来的，这个

5、指示简化天线发送的一个概念，可以理解为逻辑的概念。天线端口号与天线数目无直接关系，就如所说只是一个编号。天线端口的物理意义在什么地方？可以理解，所有的LTE基带信号都是通过天线端口发出去的，不同的物理信号/物理信道在不同的天线端口发送出去。天线端口的数目与天线数有什么关系，可以理解为每种天线端口的配置中，天线端口的数目与天线数是一致的。比如小区专用的参考信号，有3种天线端口的配置，一种是p=0；一种是p=1,2，一种是p=1,2,3,4),从这个天线端口配置来看，小区专用参考信号支持1天线，2天线和4天线的发射方式。发射分集：利用空间的弱相关性，并且结合时间和频域上的选择性，为信号传输多个副本

6、，这样达到增强传输的增益，增加传输的可靠性，改善接收信号的信噪比。发送分集主要是对于传输的性能进行改造，并不增大传输的容量。空间复用：利用空间的弱相关型，并且在多里的空间新到传输不同的数据流，从而达到增强数据传输容量的复用技术。在LTE中，空间复用主要应用在2个码字上进行传输。波束赋形：利用空间的强相干性，并且利用波的干涉原理产生辐射方向图，使得辐射方向图能够自适应的指向用户来波方向，从而提高了信噪比。波束赋形技术主用应用在比较边缘小区。空频块码：对于2天线的传输，最著名的空时/频块码为Alamouti编码，其编码矩阵为：S1S2-S2*S1即表示在时刻t,天线1上传输符号S1,天线2上传输符

7、号S2;在时刻t+1上，天线1上传输符号S2,天线2上传输S1。这种编码方式称为空时块码(SpaceTimeBlockCode,STBC);如果对应到子载波f和子载波f+1,这种编码又称为空频块码(SpaceFrequencyBlockCode,SFBC)。5mSfi+t-Sn+y,Snflf2频域11ATX1aS|S2SFBC"S；CDD(cyclicdelaydiversity):是指对于OFDM系统来讲，将同一个OFDM符号分别循环移CP,位Dm给样点(m=1,M表示天线)，每个天线根据各自对应的循环移位之后，加入在发射出去。可以见下图两天线的示范：日SIranrnittrFD

8、MmoduilaGion西印IBStrarramilterMobilelerminal天线切换分集：这里属于发射分集的概念。上选择某一根天线进行传输。OFDMrurodulation(b)也即当发射端存在多根天线是,从时间或者频域如果是不同的时间上进行天线的切换,即时间切换传输分集为(TimeSwitchedTransmitDiversity,TSTD);如果是不同的频率进行天线切换，即频率切换传输分集(FrequencySwitchedTransmitDiversity,FSTD),可以使用下图来表示这两种切换分集:时间切换传输分集TSTD胤率©使用的子舞遍室子机海频率切换传输分集

9、FSTD去鳗1使pij的应被流域2yjhPMI(预编码矩阵指示，见36213的7.2.4):对于传车模式4,5,6,预编码反馈用做UE向eNodeB反馈选择什么码书编号(在36211的Table6.3.4.2.3-1orTable6.3.4.2.3-2),用于下行、进行合适的预编码。以上是层映射和天线发送的基本概念，也是MIMO的一些基本概念。有了这些基本的概念，可以将协议的一些内容进行描述和理解。2层映射层映射与预编码一起来完成MIMO的空间编码过程。这两个过程其实应该是不可分割的。层映射是将一个或者两个码字的数据流映射到空间的不同的“新”的数据流。在目前协议R9版本中，最多有4层数据流。数

10、据的层数也与天线有关。数据的层数不应该超过天线数目。对于码字q的数据流d(0),.,d(MSqmb_1),需要映射到v层的数据x(i)=X(0).x(u,)(i)T,i=0,1,.,MSymb1。对于映射来讲，有3种不同的映射方法，可以分为单天线映射，多天线的发射分集映射，多天线的空间复用映射。以下针对这几种情况做一下描述。2.1 单天线映射单天线的映射，也就只有一层。对于单天线，也不能用于多码字的映射。单天线的映射，也就是一对一的映射。2.2 空间复用映射可以使用如下的表格来表示：Table6.3.3.2-1:Codeword-tcdayermappingforspatialmultiple

11、xing.NumberoflayersNumberofcodewords-Codewnrd-to*layermapping，r-0.1.“需-八J-SaiTTlQVht二d/仃*swb="二lyTTiE1公工。)=髀口”(i)=d出嵋Z3ymbsb-2+'="依+/心=.鸣/25ym口/K各丫叫力=d叫蜀.户=川所1).1iymb务2+工=d/工由二出.(二+1t=dxw(i)=dc，(2r+l)廿值四从表格可以看出来，单码字的可以映射到多天线中；多码字的肯定是要进行多层的映射。多层中，有一个3层。这个层与天线数目不等，使用的是4天线进行传输。上面的映射来看，有两个

12、码字和一个码字两种情况。一个码字时，映射到两个天线，其中层映射与发射分集是一样的；可以理解为，层1与层2分别将奇偶数据进行映射。4层可以看成由两种一个码字的2层的组成的。2.3 发射分集发射分集不支持双流(双码字)，并且只支持2层和4层的映射。Table5.3.3.3*1:Ccdeword-to-layermappingfortransmitdiversity.NumberoflayersNumberof舶惠取99安Codeword4o*layermapping."J2*j%二井也/=即勺i-D"寨:-3s卜口4五由=小叱同的=/(4一)J工0=仙卬+2。女团三+3)4J呻

13、=If.1嚷bappendedifA/耳11Md4Homod4Hotwonullsynibolsshallbe3预编码输入为层数据：x=X(0)(i).x(7(i)T,i=0,1,.,M黑-1输出为编码后的数据y(i)=Ly(p)(i).T,i=0,1,.,M篇b1,p为对应到天线端口。2.1单天线单天线的编码很简单，有如下方式构成：(p)(0)/.y(i)=x(i)这里的天线端口对应了pW<0,4,5,7,8,总结5种的情况，其中的天线端口可以参见定义。2.2空间复用空间复用的编码比较复杂，分为无CDD和有CDD两种情况，在36211中都有介绍。无CDD可以由如下定义：一x(0)(i)

14、I=W(i)(pq/y(i)产W(i)isofsizePm。andi=0,1,.,M：丸1,M：；mb="SKb。而有CDD的情况，则是W(i)的权值因子做了进一步的修改，其中的映射如下:-y(0)(i)l二WD(i)U(:i).(P9/y(i)D(i)和U都是2心的矩阵。D(i)和U共同组成，使得具备循环延迟延时CDD的功能。看下U和D的值：Table6.3.4.2.2-1:Large-delaycyclicdelaydiversity.这里对于层3做个计算:D(i)U100e-"30000-j4j：3e1、.31e-j2二3e-j4二3e1ej4二3e-j8二3e一1一

15、2乖3e,一4n3e1-j4二3ej83e1-j6二3e-j12二3eD(i)U(0)x(i)1-j2-：-314二3e-j8：T3e1e'6二3e-j12TE3(0)(包.(2)/.、x(Lx(0)(i)x(1)(i)x(2)(i)=；x(0)(i)*e2元3十x*e42十x(i)*e6九3，x(0)(i)*e"3+x*e8炉+x(i)*e12*对于W(i)的选择，都是对于Table6.3.4.2.3-1or6.3.4.2.3-2进行选择相应的W(i);有CDD的预编码有一些限制，而无CDD编码则没有限制。含有CDD的，2天线的需要选取Table6.3.4.2.3-1的配置

16、0:For2antennaports,theprecoderisselectedaccordingtoW(i)=CwhereCdenotestheprecodingmatrixcorrespondingtoprecoderindex0inTable6.3.4.2.3-1。4天线的则仅限于在最后4种进行选择：Inparticular,theprecoderisselectedaccordingtoW(i)=Ck,wherekistheprecoderrii1r】indexgivenbyk=mod4i+1W6,2,3,4andCi,C2,C3,C4denoteprecodermatricescor

17、respondingtoprecoderindices12,13,14and15,respectively,inTable6.3.4.2.3-2。对于有CDD的，主要是选取最后4个作为编码，为了看一下CDD的编码结果，看其中一个结果。选取12的u来计算。u12=1-1-11T,一11一HfH-一1Wn=I2UnUnUn=I-1/2*-1J.1-1-11=I-1/2-11J-1-1-111-1-11111111-1=1/21111-111111111J11-1皿21233=1/211-1八3I111一对于3层的天线，在4个天线端口发射：一y(0)(i)一x(0)(i)I-=W(i)DU-：y(P

18、j(i)一产一(1)(2)/+x(|)+x(|)+x(1)(i)*e4欧+x*e62+x(1)(i)*e8审+x*e"这里看几个数据发射的图示:即两层数据在不同的天线之间交换传输包含CDD,2天线JoO一07101oO1122.3发射分集两天线的发射分集，天线端口pwbl,天线输出y(i)=b0)(i)y(i)为如下编码方式:y(0)(2i)y(1)(2i)y(0)(2i巾)_y(2i+1)从编码映射来看，2天线的发射，在t0和t1时刻发送的只有x0(i)和x1(i)的数据，相对于在某一个时刻发送一个数据，对于数据的吞吐没有什么增益。下图为2天线的发射分集示意图：双天线情况=唠=端3

19、玛-婷¥a-预编码c=心fhj口也.Portb/2/b42T-k+i/I女工二2ndAnlennaP«srt4天线的公式映射比较复杂，具体可以参见协议36211,下面是一个示意图:四天线情况预编码c=g/b)"Ahrn>JJ)'工野春1"惠"LJf4lL4j-00寸却,/2)r,(2)/琲M，货刽1加破l*1邸由胪D/郅必和制L里健V4JF00附内/用rw/勺L斜-的。0-帽Fn层映射b=/jajI览ArUrrnuT电工2odAntcnruPtrt*+JREMsppcrk+43fdATilmmFlirt-就叫&-V*+3J*k+44diAjTlEnria.Furl4RE映射RE映射是指天线端口P的数据y(P)(0),.,y(p)(M；mbT)从y(P)(0)开始映射到(k,l)的RE资源上。5MIMO相关开环金司泉用C砒漏最闭环空间复用1低速场景JMUMMO4x2单层+浪更减荒0x2闭环空间蜘2日（低速场景）闭环空间复用4x2Rank-1很庇场景覆市图3-3MIMO使用示意图Freq2天线发射分集频率示意图Antenna0拜抠当前Antenn