任務(wù)1 MIMO多天線技術(shù)

1、TD-LTE移動通信技術(shù)2022年5月1課程目錄課程目錄p第1章 背景與概述p第2章 TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)p第3章 TD-LTE系統(tǒng)架構(gòu)與接口協(xié)議規(guī)范p第4章 TD-LTE物理層及物理層過程p第5章 TD-LTE移動性和無線資源管理p第6章 ZXSDR B8300原理及硬件結(jié)構(gòu)p第7章 ZXSDR R8962原理及硬件結(jié)構(gòu)2u 2.1 無線信道特征本章目錄本章目錄u 2.2 OFDM技術(shù)概述u 2.3 OFDM的關(guān)鍵技術(shù)u 2.4 OFDM的應(yīng)用u 2.5 MIMO多天線技術(shù)u 2.6 MIMO的應(yīng)用u 2.7 鏈路自適應(yīng)技術(shù)u 2.8 HARQ混合自動重傳u 2.9 小區(qū)干擾消除34課程內(nèi)容

2、 MIMO系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 MIMO基本原理 MIMO在LTE中的應(yīng)用5MIMO概念MIMO技術(shù)的基本出發(fā)點是將用戶數(shù)據(jù)分解為多個并行的數(shù)據(jù)流，在指定的帶寬內(nèi)由多個發(fā)射天線上同時刻發(fā)射，經(jīng)過無線信道后，由多個接收天線接收，并根據(jù)各個并行數(shù)據(jù)流的空間特性（Spatial Signature），利用解調(diào)技術(shù)，最終恢復(fù)出原數(shù)據(jù)流。 6幾種傳輸模型單輸入單輸出系統(tǒng)單輸入單輸出系統(tǒng)多輸入單輸出系統(tǒng)多輸入單輸出系統(tǒng)單輸入多輸出系統(tǒng)單輸入多輸出系統(tǒng)多輸入多輸出系統(tǒng)多輸入多輸出系統(tǒng)71 1、多天線技術(shù)包含、多天線技術(shù)包含了空分復(fù)用了空分復(fù)用(SDM(SDM：spatial division spatial d

3、ivision multiplexing)multiplexing)、發(fā)射分、發(fā)射分集等技術(shù)。集等技術(shù)。2 2、SU-MIMO:MIMOSU-MIMO:MIMO數(shù)數(shù)據(jù)流據(jù)流都都分配給一個分配給一個UEUE時時，稱之為，稱之為SU-MIMOSU-MIMO；MU-MU-MIMOMIMO：MIMOMIMO數(shù)據(jù)流空分數(shù)據(jù)流空分復(fù)用給不同的復(fù)用給不同的UEUE時，稱時，稱之為之為MU-MIMOMU-MIMO。3 3、LTELTE系統(tǒng)中常用的系統(tǒng)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。多天線多天線技術(shù)技術(shù)MIMO8LTE下行的SU-

4、MIMOSU-MIMO: 空分復(fù)用空分復(fù)用兩個數(shù)據(jù)流在一個兩個數(shù)據(jù)流在一個TTI中傳送給中傳送給UESU-MIMO: 發(fā)射分集發(fā)射分集只傳給只傳給UE一個數(shù)據(jù)流一個數(shù)據(jù)流LTE下行的MU-MIMOMU-MIMO 結(jié)合結(jié)合SDM.給每個給每個UE傳送兩個數(shù)據(jù)流傳送兩個數(shù)據(jù)流.MU-MIMO 結(jié)合發(fā)射分集結(jié)合發(fā)射分集.給每個給每個UE傳送一個數(shù)據(jù)流傳送一個數(shù)據(jù)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將來支持將來支持2x2 或或4x4.課程內(nèi)容 MIMO技術(shù)簡介 MIMO基本原理基本原理 MIMO在LTE中的應(yīng)用12MIMO

5、系統(tǒng)模型圖111211112122222212ttttrrrrtNNNNNNNN NhhhxnrhhhxnrxnrhhhMIMO系統(tǒng)信號模型表達式系統(tǒng)信號模型表達式 在無線鏈路兩端均采用多根天在無線鏈路兩端均采用多根天線，分別同時接收與發(fā)射，能線，分別同時接收與發(fā)射，能夠充分利用空間資源，在無需夠充分利用空間資源，在無需增加頻譜資源和發(fā)射功率的情增加頻譜資源和發(fā)射功率的情況下，成倍地提升通信系統(tǒng)的況下，成倍地提升通信系統(tǒng)的容量與可靠性。容量與可靠性。13MIMO原理接收機接收機數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流編碼編碼編碼編碼信道交織信道交織信道交織信道交織QPSK16QAM調(diào)制調(diào)制QPSK16QAM調(diào)制調(diào)制Det

6、ectorDetector復(fù)用復(fù)用數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流v12v21v11v22發(fā)射機發(fā)射機解復(fù)用解復(fù)用空間復(fù)用和空間分集技術(shù)能夠提高速率?？臻g復(fù)用和空間分集技術(shù)能夠提高速率。MIMO關(guān)鍵技術(shù)：空間復(fù)用，空間分集，波束成形，層映射和預(yù)編碼。關(guān)鍵技術(shù)：空間復(fù)用，空間分集，波束成形，層映射和預(yù)編碼。 MIMO的基本模式 空間分集 使用多根天線進行發(fā)射和/或接收，根據(jù)收發(fā)天線數(shù)又分為發(fā)射分集、接收分集與接收發(fā)射分集 空間復(fù)用 發(fā)射的高速數(shù)據(jù)被分成幾個并行的低速數(shù)據(jù)流，在同一頻帶從多個天線同時發(fā)射出去 波束成形 在發(fā)射端將待發(fā)射數(shù)據(jù)矢量加權(quán)，形成某種方向圖后到達接收端 空間分集、波束賦型和空間復(fù)用的結(jié)合 系統(tǒng)中

7、不同的信道采用不同的模式 系統(tǒng)中同一信道采用不同模式的疊加空間分集可獲得分集處理增益可獲得分集處理增益提高信噪比提高信噪比易獲得相對穩(wěn)定的信號易獲得相對穩(wěn)定的信號空間空間分集分集發(fā)射發(fā)射分集分集接收接收分集分集空間分集包括發(fā)射分集和接收分集空間分集包括發(fā)射分集和接收分集優(yōu)點優(yōu)點16n空間分集（發(fā)射分集、接收分集和接收發(fā)射分集），使用多根天線進空間分集（發(fā)射分集、接收分集和接收發(fā)射分集），使用多根天線進行發(fā)射和行發(fā)射和/或接收，根據(jù)收發(fā)天線數(shù)又分為發(fā)射分集、接收分集與接收或接收，根據(jù)收發(fā)天線數(shù)又分為發(fā)射分集、接收分集與接收發(fā)射分集發(fā)射分集。n發(fā)射分集：是在發(fā)射端使用多幅發(fā)射天線發(fā)射信息，通過對不

8、同的天發(fā)射分集：是在發(fā)射端使用多幅發(fā)射天線發(fā)射信息，通過對不同的天線發(fā)射的信號進行編碼達到空間分集的目的，接收端獲得比單天線高線發(fā)射的信號進行編碼達到空間分集的目的，接收端獲得比單天線高的信噪比。的信噪比?？諘r發(fā)射分集空時發(fā)射分集STTD 循環(huán)延遲分集循環(huán)延遲分集CDD空頻發(fā)射分集空頻發(fā)射分集SFTD發(fā)射分集17接收分集 多個天線接收來自多個信道的承載同一信息的多個獨立的信號副本。 由于信號不可能同時處于深衰落情況中，因此在任一給定的時刻至少可以保證有一個強度足夠大的信號副本提供給接收機使用，從而提高了接收信號的信噪比。18空間復(fù)用空間復(fù)用：發(fā)射的高速數(shù)據(jù)被分成幾個并行的低速數(shù)據(jù)流，在同一頻帶

9、從多個天線同時發(fā)射出去。 碼字 層數(shù) 發(fā)射天線數(shù) 不同的數(shù)據(jù)內(nèi)容 提高吞吐量 更復(fù)雜的預(yù)編碼技術(shù) 碼本19波束成形原理圖n在發(fā)射端將待發(fā)射數(shù)據(jù)矢量加權(quán)，形成某種方向圖后到達接收端，在發(fā)射端將待發(fā)射數(shù)據(jù)矢量加權(quán)，形成某種方向圖后到達接收端，接收端再對收到的信號進行上行波束形成，抑制噪聲和干擾。接收端再對收到的信號進行上行波束形成，抑制噪聲和干擾。20波束成形的分類按照信號的發(fā)射方式 傳統(tǒng)波束形成：當信道特征值只有一個或只有一個接收天線時，沿特征向量發(fā)射所有的功率實現(xiàn)波束形成； 特征波束形成：對信道矩陣進行特征值分解，信道將轉(zhuǎn)化為多個并行的信道，在每個信道上獨立傳輸數(shù)據(jù)。按反饋的信道信息 瞬時信道

10、信息反饋 信道均值信息反饋 信道協(xié)方差矩陣反饋21課程內(nèi)容 MIMO技術(shù)簡介 MIMO基本原理 MIMO在在LTE中的應(yīng)用中的應(yīng)用22LTE中7種MIMO模式6Mode 6 碼本波束成形碼本波束成形 提供發(fā)射分集對抗衰落提供發(fā)射分集對抗衰落提高峰值速率提高峰值速率提高系統(tǒng)容量提高系統(tǒng)容量1 Mode 1 單天線端口單天線端口2Mode 2 發(fā)射分集發(fā)射分集3Mode 3 開環(huán)空間復(fù)用開環(huán)空間復(fù)用457Mode 4 閉環(huán)空間復(fù)用閉環(huán)空間復(fù)用Mode 5 多用戶多用戶MIMO Mode 7 非碼本波束成形非碼本波束成形適用于高速移動環(huán)境適用于高速移動環(huán)境適用于單天線端口適用于單天線端口提高小區(qū)覆蓋

11、，抑制干擾提高小區(qū)覆蓋，抑制干擾23LTE傳輸模式-概述Mode傳輸模式技術(shù)描述應(yīng)用場景1單天線傳輸信息通過單天線進行發(fā)送無法布放雙通道室分系統(tǒng)的室內(nèi)站2發(fā)射分集同一信息的多個信號副本分別通過多個衰落特性相互獨立的信道進行發(fā)送信道質(zhì)量不好時，如小區(qū)邊緣3開環(huán)空間復(fù)用 終端不反饋信道信息，發(fā)射端根據(jù)預(yù)定義的信道信息來確定發(fā)射信號信道質(zhì)量高且空間獨立性強時4閉環(huán)空間復(fù)用 需要終端反饋信道信息，發(fā)射端采用該信息進行信號預(yù)處理以產(chǎn)生空間獨立性信道質(zhì)量高且空間獨立性強時。終端靜止時性能好5多用戶MIMO 基站使用相同時頻資源將多個數(shù)據(jù)流發(fā)送給不同用戶，接收端利用多根天線對干擾數(shù)據(jù)流進行取消和零陷。6單層

12、閉環(huán)空間復(fù)用 終端反饋RI=1時，發(fā)射端采用單層預(yù)編碼，使其適應(yīng)當前的信道7單流Beamforming發(fā)射端利用上行信號來估計下行信道的特征，在下行信號發(fā)送時，每根天線上乘以相應(yīng)的特征權(quán)值，使其天線陣發(fā)射信號具有波束賦形效果信道質(zhì)量不好時，如小區(qū)邊緣 傳輸模式是針對單個終端的。同小區(qū)不同終端可以有不同傳輸模式傳輸模式是針對單個終端的。同小區(qū)不同終端可以有不同傳輸模式 eNB自行決定某一時刻對某一終端采用什么傳輸模式，并通過自行決定某一時刻對某一終端采用什么傳輸模式，并通過RRC信令通知終端信令通知終端 模式模式3到模式到模式8中均含有發(fā)射分集。當信道質(zhì)量快速惡化時，中均含有發(fā)射分集。當信道質(zhì)量快速惡化時，eNB可以快速切換到模式內(nèi)發(fā)射分集模式可以快速切換到模式內(nèi)發(fā)射分集模式MIMO模式的應(yīng)用小區(qū)邊緣小區(qū)邊緣小區(qū)中心小區(qū)中心市區(qū)市區(qū)高速