LTEMIMO基本原理介紹課程目標了解LTE系統中的MIMO模型了解MIMO技術的優勢理解MIMO傳輸模式了解MIMO技術的典型應用課程內容MIMO技術簡介MIMO基本原理MIMO在LTE中的應用MIMO性能分析幾種傳輸模型單輸入單輸出系統多輸入單輸出系統單輸入多輸出系統多輸入多輸出系統什么是MIMO？MIMO(MultipleInputMultipleoutput：多輸入多輸出)系統，其基本思想是在收發兩端采用多根天線，分別同時發射與接收無線信號。SU-MIMO（單用戶MIMO）：指在同一時頻單元上一個用戶獨占所有空間資源，這時的預編碼考慮的是單個收發鏈路的性能；MU-MIMO（多用戶MIMO）：指在同一時頻單元上多個用戶共享所有的空間資源，相當于一種空分多址技術，這時的預編碼還要和多用戶調度結合起來，評估系統的性能。LTE中的MIMO模型多輸入單輸出（MISO）系統：MIMO系統容量多輸入多輸出（MIMO）系統：單輸入多輸出（SIMO）系統：MIMO系統中，系統容量隨著天線數目的增加成線性增加。單輸入單輸出（SISO）系統：為什么選擇MIMO技術？MIMO為無線資源增加了空間維的自由度。MIMO通過空時處理技術，充分利用空間資源，在無需增加頻譜資源和發射功率的情況下，成倍地提升通信系統的容量與可靠性，提高頻譜利用率。MIMO能夠獲得比單入單出（SISO），單入多出（SIMO）和多入單出（MISO）更高的信道容量。課程內容MIMO技術簡介MIMO基本原理MIMO在LTE中的應用MIMO性能分析MIMO系統模型圖MIMO系統信號模型表達式MIMO系統模型圖MIMO原理接收機數據流編碼編碼信道交織信道交織QPSK16QAM調制QPSK16QAM調制DetectorDetector復用數據流v12v21v11v22發射機解復用空間復用和空間分集技術能夠提高速率。MIMO關鍵技術：空間復用，空間分集，波束成形，層映射和預編碼。

空間復用空間復用：發射的高速數據被分成幾個并行的低速數據流，在同一頻帶從多個天線同時發射出去。

碼字≤層數≤發射天線數不同的數據內容——提高吞吐量更復雜的預編碼技術——碼本空間分集（發射分集、接收分集和接收發射分集），使用多根天線進行發射和/或接收，根據收發天線數又分為發射分集、接收分集與接收發射分集。發射分集：是在發射端使用多幅發射天線發射信息，通過對不同的天線發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。空時發射分集STTD

循環延遲分集CDD空頻發射分集SFTD發射分集通過對不同的天線發射的信號進行空時編碼達到時間和空間分集的目的；在發射端對數據流進行聯合編碼以減小由于信道衰落和噪聲導致的符號錯誤概率；空時編碼通過在發射端的聯合編碼增加信號的冗余度，從而使得信號在接收端獲得時間和空間分集增益。可以利用額外的分集增益提高通信鏈路的可靠性，也可在同樣可靠性下利用高階調制提高數據率和頻譜利用率。空時發射分集空頻發射分集與空時發射分集類似，不同的是SFTD是對發送的符號進行頻域和空域編碼將同一組數據承載在不同的子載波上面獲得頻率分集增益空頻發射分集在不同的發射天線上發送具有不同相對延時的同一個信號,人為地制造時間彌散，能夠獲得分集增益。且循環延時分集采用的是循環延時而不是線性延時，延遲是通過固定步長的移相（CyclicShift，循環移相）來等效實現延遲。循環延遲發射分集（CDD）兩天線發射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。接收分集MIMO關鍵技術-層映射和預編碼空間復用空間復用方式下層映射空間復用方式下預編碼閉環空間復用預編碼開環空間復用預編碼發射分集發射分集方式下的層映射發射分集方式下預編碼發射分集兩天線預編碼空間復用方式下層映射層映射 根據協議36.211，層數V≤P，P表示物理信道用于發射的天線端口數，且碼字流的個數最多為2。 協議規定：碼字到層的映射可有1：1，1：2，2：2，2：3，2：4。

且1：2的情況只發生在P=4的條件下。空間復用方式下預編碼預編碼：克服無線信道的相關性。當多路徑信道在一個或多個MIMO接收機上無法提供足夠的SINR（信噪比）時，預編碼技術可以極大地提高系統性能。閉環空間復用預編碼無CDD時的預編碼W是階數為P*V的預編碼矩陣。閉環空間復用

需要UE反饋PMI(預編碼矩陣指示),RI(秩指示)。大CDD時的預編碼（開環空間復用）W是階數為P*V的預編碼矩陣，D,U為矩陣。加入CDD之后能夠人為的制造多徑效應，以獲得更大的增益。開環空間復用需要UE反饋RI(秩指示)，且當RI=1時為發射分集。兩天線時Codebook的索引號為0，四天線時Codebook的索引號為12-15。開環空間復用預編碼層映射根據協議，只允許對一個碼字進行層映射，層數V和物理信道用于發射的天線端口數P相等。碼字到層的映射只允許有1：2和1：4，即一碼字流映射至兩層或四層。發射分集方式下的層映射發射分集方式的層映射要求映射層數和天線口數目相等，且層映射只有1：2和1：4，故預編碼模塊輸入的層數也是2層或4層。發射分集2天線預編碼

發射分集方式下預編碼LTE整個下行過程課程內容MIMO技術簡介MIMO基本原理MIMO在LTE中的應用MIMO性能分析LTE中7種MIMO模式6Mode6

碼本波束成形

提供發射分集對抗衰落提高峰值速率提高系統容量1Mode1單天線端口2Mode2發射分集3Mode3開環空間復用457Mode4閉環空間復用Mode5多用戶MIMO

Mode7非碼本波束成形適用于高速移動環境適用于單天線端口提高小區覆蓋，抑制干擾MIMO模式在下行物理信道的應用物理信道Mode1Mode2Mode3–Mode7PDSCHPBCHPCFICHPDCCHPHICHSCHMIMO模式的應用小區邊緣小區中心市區高速移動DoubleStreamMIMO小區邊緣TransmitDiversityNoncodebookandcodebookBeam-formingTransmitDiversity低速移動（室內）MU-MIMOandDoublestreamPrecodingOpenLoopSM中速移動手機自適應MIMO模式2發射分集3開環空間復用457閉環空間復用多用戶MIMO非碼本波束成形

6碼本波束成形移動速率改變秩改變與小區的相對位置改變MIMO的部署場景A場景B

場景C線性天線交叉極化1~3F4~6F7~9F10~12F13~15F16~18F19~21F22~24F25~27F28~30F31~33F34~36F37~39F40~42F43~45F46~48FMIMO模式總結傳輸方案秩信道相關性移動性數據速率在小區中的位置發射分集(SFBC)1低高/中速移動地小區邊緣開環空間復用2/4低高/中速移動中/低小區中心/邊緣雙流預編碼2/4低低速移動高小區中心多用戶MIMO2/4低低速移動高小區中心碼本波束成形1高低速移動低小區邊緣非碼本波束成形1高低速移動低小區邊緣發射分集的應用場景2天線eNB4天線eNBCase2:LowCorrelation(10)

適用于2GHz以上頻率Ant1Ant2Case3:LowCorrelation(兩對天線間距4

or10)Ant1Ant2Ant3Ant4Case4:Highcorrelation(0.5)

Ant1Ant2Ant3Ant4Case1:MediumCorrelation(4)

Ant1Ant2閉環空間復用的應用場景注意:支持天線端口2/4;支持1個碼字和2個碼字;要求終端反饋RI和PMI;秩RANK=1對應于1個碼字;秩RANK>=2對應于兩個碼字;一個碼字的情況被稱為碼本波束成形;適用于小區中心的高信噪比用戶波束成形的應用場景低相關性天線高相關性天線課程內容MIMO技術簡介MIMO基本原理MIMO在LTE中的應用MIMO性能分析MIMO仿真結果-Case1小區頻譜效率小區邊緣頻譜效率(5%CDF)eNodeBUE0.0450.0470.0541T2R00.40.81.01.41.82.21.340.0450.0470.0541T2R00.010.020.030.040.050.060.042MIMO仿真結果-Case2小區頻譜效率小區邊緣頻譜效率(5%CDF)0.0450.0470.0542T2R00.40.81.01.41.82.21.67630.0450.0470.0542T2R00.010.020.030.040.050.060.0437秩eNodeBUEMIMO仿真結果-Case3小區頻譜效率小區邊緣頻譜效率(5%CDF)0.0450.0470.0544T2R00.40.81.01.41.82.21.74880.0450.0474T2R00.010.020.030.040.050.060.0495秩eNodeBUEMIMO仿真結果-Case4小區頻譜效率

0.0450.0470.0544T2R00.40.81.01.41.82.21.7484T2R00.010.020.030.040.050.060.04951.67632T2R1.341T2R0.04372T2R0.0421T2R25%30%4%18%小區邊緣頻譜效率(5%CDF)

MIMO模式的仿真結果匯總

仿真條件頻率復用系數小區平均吞吐量頻譜效率小區邊緣速率小區邊緣頻譜效率Case143dBm/AntennaMacroISD

=500m,10,2*2MIMO,Rank

Adaptive,20dB,3km/h18.56311.57740.27510.0507Case233dBm/AntennaMacroISD

=500m,4TxBF,Single

Stream,20dB,3km/h113.97732.57470.91950.1694Case333dBm/AntennaMacroISD

500m,4TxBFprecoding,

DualStream,20dB,3km/h113.43082.47410.89350.1646Case143dBm/AntennaMacroISD=500m,2*2MIMO