【LTE基础知识】MIMO关键技术分析（二）

发布: 2014-07-16 14:52 | 作者: MSCBSC | 来源: 移动通信网 | 字体: 小中大

相关专题：通信能力基础知识技术可靠性

波束成形

MIMO中的波束成形方式与智能天线系统中的波束成形类似，在发射端将待发射数据矢量加权，形成某种方向图后到达接收端，接收端再对收到的信号进行上行波束成形，抑制噪声和干扰。

与常规智能天线不同的是，原来的下行波束成形只针对一个天线，现在需要针对多个天线。通过下行波束成形，使得信号在用户方向上得到加强，通过上行波束成形，使得用户具有更强的抗干扰能力和抗噪能力。因此，和发分集类似，可以利用额外的波束成形增益提高通信链路的可靠性，也可在同样可靠性下利用高阶调制提高数据率和频谱利用率。波束成形原理图如下所示：

典型的波束成形可以有以下两种分类方式：

1.按照信号的发射方式分类：

● 传统波束成形：当信道特征值只有一个或只有一个接收天线时，沿特征向量发射所有的功率实现波束成形。

● 特征波束成形（Eigen-beamforming）：对信道矩阵进行特征值分解，信道将转化为多个并行的信道，在每个信道上独立传输数据。

2.按反馈的信道信息分类：

● 瞬时信道信息反馈

● 信道均值信息反馈

● 信道协方差矩阵反馈

上行天线选择

对于FDD模式，存在开环和闭环两种天线选择方案。开环方案即UMTS系统中的时间切换传输分集（TSTD）。在开环方案中，上行共享数据信道在天线间交替发送，这样可以获得空间分集，从而避免共享数据信道的深衰落。在闭环天线选择方案中，UE必须从不同的天线发射参考符号，用于在基站侧提前进行信道质量测量，基站选址可以提供更高接收信号功率的天线，用于后续的共享数据信道传输，被选中的天线信息需要通过下行控制信道反馈给目标UE，最后，UE使用被选中的天线进行上行共享数据信道传输。

对于TDD模式，可以利用上行与下行信道之间的对称性，这样，上行天线选择可以基于下行MIMO信道估计来进行。

一般来讲，最优天线选择准则可分为两种：一种是以最大化多天线提供的分集来提高传输质量；另一种是以最大化多天线提供的容量来提高传输效率。

与传统的单天线传输技术相比，上行天线选择技术可以提供更多的分集增益，同时保持着与单天线传输技术相同的复杂度。从本质上看，该技术是以增加反馈参考信号为代价而取得了信道容量提升。

上行多用户MIMO

对于LTE系统上行链路，在每个用户终端只有一个天线的情况下，如果把两个移动台合起来进行发送，按照一定方式把两个移动台的天线配合成一对，它们之间共享配对的两天线，使用相同的时/频资源，那么这两个移动台和基站之间就可以构成一个虚拟MIMO系统，从而提高上行系统的容量。由于在LTE系统中，用户之间不能互相通信，因此，该方案必须由基站统一调度。

用户配对是上行多用户MIMO的重要而独特的环节，即基站选取两个或多个单天线用户在同样的时/频资源块里传输数据。由于信号来自不同的用户，经过不同的信道，用户间互相干扰的程度不同，因此，只有通过有效的用户配对过程，才能使配对用户之间的干扰最小，进而更好地获得多用户分集增益，保证配对后无线链路传输的可靠性及健壮性。目前已提出的配对策略如下。

● 正交配对：选择两个信道正交性最大的用户进行配对，这种方法可以减少用户之间的配对干扰，但是由于搜寻正交用户计算量大，所以复杂度太大。

● 随机配对：这种配对方法目前使用比较普遍，优点是配对方式简单，配对用户的选择随机生成，复杂度低，计算量小。缺点是对于随机配对的用户，有可能由于信道相关性大而产生比较大的干扰。

● 基于路径损耗和慢衰落排序的配对方法：将用户路径损耗加慢衰落值的和进行排序，对排序后相邻的用户进行配对。这种配对方法简单，复杂度低，在用户移动缓慢、路径损耗和慢衰落变化缓慢的情况下，用户重新配对频率也会降低，而且由于配对用户路径损耗加慢衰落值相近，所以也降低了用户产生“远近”效应的可能性。缺点是配对用户信道相关性可能较大，配对用户之间的干扰可能比较大。

综上，MIMO传输方案的应用可以概括为下表：

传输方案	秩	信道相关性	移动性	数据速率	在小区中的位置
发射分集(SFBC)	1	低	高/中速移动	低	小区边缘
开环空间复用	2/4	低	高/中速移动	中/低	小区中心/边缘
双流预编码	2/4	低	低速移动	高	小区中心
多用户MIMO	2/4	低	低速移动	高	小区中心
码本波束成形	1	高	低速移动	低	小区边缘
非码本波束成形	1	高	低速移动	低	小区边缘