TD-LTE网络中的多天线技术
TD-LTE天线基础-天线原理及参数
波长
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天线原理
• 什么是天线？ • 把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…... • 收集无线电波并产生电信号 • 无线通讯系统的关键组成部分之一，选择天线性能直接影响 整个通讯系统的运行状态。
后向功率
前向功率
F/B = 10 log(前向功率/后向功率） typically ： 25dB
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天线电参数-集束天线、多频天线
集束天线
多频天线
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天线电参数-集束天线、多频天线
• 3G在实施过程中,寻找新的 基站将会较2G更加困难,且 租金日益昂贵
• 由于环保意识的加强,居民 和团体更加不愿看到更多 的天线架设在其周边环境
• 当天线下倾角超过10度时,天线方向图会严重变 形,此时宜选用带电调下倾的天线
无下倾
电调下倾
机械下倾
城区天线常选用(固定)电子下倾+机械下倾的下倾方式
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天线电参数-下倾方式
• 下倾技术的主要目的是倾斜主波束以降低朝邻 覆盖区域的辐射电平。在这种情况下，虽然在 区域边缘载波电平降低了，但是干扰电平比载 波电平降低更多。
面Hale Waihona Puke 未来的教育技术企业BeiJing Huatec Information Technology CO.,LTD
天线基础
讲师：张强
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1
课程内容
天线原理及参数
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2
TD-LTE系统中MIMO技术的应用场景与介绍
1 引言日前，上海贝尔股份有限公司参加工业和信息化部和中国移动共同组织的多项实验室和外场验证及测试，并首批成功完成了该测试。作为第一批成功完成该项测试的厂商之一，上海贝尔将为中国移动在上海开展的大规模4G TD-LTE试验网部署项目提供端到端LTE解决方案。大规模外场测试在真实环境下布网，边界条件复杂，与实验室环境有诸多不同。TD-LTE技术采用多天线的发射接收技术，利用不同的传输模式来适配复杂的自然环境从而达到性能最优。在LTE系统的研发过程中，经过几年的摸索与实践，上海贝尔阿尔卡特朗讯公司积累了众多经验。下面以大规模试验网络需要的布网技术角度，对几种MIMO的原理及应用场景进行描述，对波束赋形的天线模式、物理层过程、波束赋形在TD-LTE基站系统中的实现和原理以及几种波束赋形算法的特点和应用场景进行介绍与分析。在LTE(Long Term Evolution，长期演进技术)标准中，被采纳的MIMO技术主要包括发送分集、空分复用、波束赋形等。其中基于用户专用参考信号的下行波束赋形技术能够利用时分复用LTE(TD-LTE)系统中的上/下行信道的互易性，针对单个用户进行动态的波束赋形，从而有效提高传输速率和增强小区边缘覆盖性能。这些都在阿尔卡特朗讯的解决方案中得到了验证。本文对此进行了总结，对真实的网络部署有参考意义。2 TD-LTE MIMO应用场景在本次中国移动大规模外场测试主要选用以下3种MIMO技术适配不同的应用场景。2.1 发射分集(Tx Diversity)LTE的多天线发送分集技术选用SFBC(Space Frequency Block 声所导致的符号错误率。SFBC通过在发射端增加信号的冗余度，使信号在接收端获得分集增益。发射分集方案不能提高数据率。LTE采用的SFBC技术对编码矩阵进行了改进，能保证在有天线损坏的情况下也可以正常传输，传输数据更为简单，图1为SFBC发送端基本框图。 图1 SFBC发送端基本框图对发射信号以发送分集进行传输可以获得额外的分集增益和编码增益，从而可以在信噪比相对较小的无线环境下使用高阶调制方式，但无法获取空间并行信道带来的速率红利。空时编码技术在无线相关性较大的场合也能很好地发挥效能。SFBC可以较普遍地应用于表1所示场景。表1 SFBC应用场景 发送分集发射方式对信道条件要求不高，对SNR，信道相关性，移动速度均不敏感。但是该发射方式无法获取空间并行信道带来的速率红利，发送分集方案不能提高数据率。当信道间相关性大且SNR较低或移动速度过高情况下(对应无线信道条件差)，会考虑切换到发送分集的发射方案，例如信道恶化的场景下。当信道处于理想状态或信道间相关性小时，发射端采用空分复用的发射方案，例如密集城区、室内覆盖高SNR条件等场景。2.2 空分复用技术(Spatial Multiplexing)空分复用技术是在发射端发射相互独立的信号，接收端采用干扰抑制的方法进行解码，此时的理论空口信道容量随着收发端天线对数量的增加而线性增大，从而能够显著提高系统的传输速率。空分复用允许在同一个下行资源块上传输不同的数据流，这些数据流可以来自于一个用户(单用户MIMO/SU-MIMO)，也可以来自多个用户(多用户MIMO/MU-MIMO)。单用户MIMO可以增加一个用户的数据传输速率，多用户MIMO可以增加整个系统的容量(见图2)。 图2 空间复用基本框图空分复用能最大化MIMO系统的平均发射速率，但只能获得有限的分集增益，在信噪比较小时使用可能无法使用高阶调制方式。无线信号在密集城区、室内覆盖等环境中会频繁反射，使得多个空间信道之间的衰落特性更加独立，从而使得空分复用的效果更加明显。无线信号在市郊、农村地区多径分量少，各空间信道之间的相关性较大，因此空分复用的效果要差许多。无线信号在密集城区、室内覆盖等环境中会频繁反射，使得多个空间信道之间的衰落特性更加独立，从而使得空分复用的效果更加明显。对于适用于密集城区地区的MIMO应用，可以用OpenLoop MIMO和CloseLoop MIMO两种MIMO模式选择，其中CloseLoop MIMO对环境要求较高，由于拥有PMI/RI的反馈调整，其数据可靠性较强，对于OpenLoop MIMO，其健壮性较强，对SNR要求和信道相关性要求不如前者严格(见表2，表3)。无线信号在市郊、农村地区多径分量少，各空间信道之间的相关性较大，因此空间复用的效果要差许多。表2 CL-MIMO应用场景 表3 OL-MIMO应用场景 2.3 波束赋形(Beam Forming)波束成型技术又称为智能天线，通过对多根天线输出信号的相关性进行相位加权，使信号在某个方向形成同相叠加，在其他方向形成相位抵消，从而实现信号的增益。系统发射端能够获取信道状态信息时(例如TDD系统)，系统会根据信道状态调整每根天线发射信号的相位(数据相同)，以保证在目标方向达到最大的增益；当系统发射端不知道信道状态时，可以采用随机波束成形的方法实现多用户分集(见图3)。图3 定向智能天线的信号仿真效果系统发射端能够获取信道状态信息时(例如TDD系统)，系统会根据信道状态调整每根天线发射信号的相位，以保证在目标方向达到最大的增益。波束成型技术在能够获取信道状态信息时，可以实现较好的信号增益及干扰抑制使的小区边缘性能提升(见表4)。波束成型技术不适合密集城区、室内覆盖等环境，由于反射的原因，接收端会收到太多路径的信号，导致相位叠加的效果不佳。表4 波束成型应用场景 波束赋形技术对环境要求严格，不适用于密集城区。在阿尔卡特朗讯的LTE-TDD的系统方案中，针对波束赋形技术能够适配的场景的无线信道情况不同，应用不同的波束赋形算法，从而获得最大的增益与健壮性，达到性能最优。下面对阿尔卡特方案中的几种典型的算法做简单的介绍。(1)per-RB-MRT(窄带加权)per-RB-MRT是基于EBB(Eigen Beam Forming，SEBB)波束赋形算法的一个子类；利用对每个子载波/资源块瞬时信道状态信息的特征值分解成对应的下行波束加权向量。可适用于角度扩展比较大的应用场合(如城区微小区覆盖、基站天线架设不太高的场合)；复杂度高；在信道移动性较低，信道估计质量较好的情况下，可以获得最优的波束赋形增益；在移动性较高，信道估计交差的情况下，性能不是很健壮。(2)Full-BW-EBB算法(宽带加权)Full-BW-EBB是基于EBB波束赋形算法的另一个子类，利用对每个子载波/资源块的瞬时信道状态信息“统计特性”的特征值分解形成对应的下行波束赋形的加权向量。可适用于角度扩展较大的应用场合；复杂度低于基于MRT的波束成形；在信道移动性较低，信道估计质量较好的情况下，相对于基于MRT的波束成形可获得的波束赋形增益较低；在信道移动性较高、信道估计质量较差的情况下，性能比较健壮。(3)DOA算法(基于到达方向估计)DOA基于对用户信号到达方向的估计形成下行波束赋形的加权向量。适用于具有视距路径(Line Of Sight，LOS)或角度扩展(Angle Spread，AS)较小的应用场合(如郊区宏小区覆盖、基站天线架设较高的场合)，获得高的波束赋形增益；复杂度较低；对于角度扩展较大的应用场合，有效性不高。2.4 应用场景大规模外场测试中无线通信环境边界条件复杂，布网期间众多因素均可导致网络性能的差异，应该依照不同的边界环境具体权衡与选择(见图4)。阿尔卡特朗讯也做了大量的针对各种场景的仿真与测试工作，力求提高其健壮性以适应复杂场景。 图4 MIMO多种模式的切换门限考虑MIMO的几种模式分别适用于不同的场景，按照切换的边界件来分，从离城市中心到郊区以及小区边缘，分别可以用如下传输方式布网：离基站比较近、信号较强、靠近市中心、多径衰落较强的城市中心地区，可以使用传输模式4(CL-MIMO)，由于有闭环的RI/PMI反馈，其速率稳定、误码率较低，可以获得多天线增益，但是对边界条件要求比较严格；如果环境较为恶劣，SNR较低，信道相关性稍低，可以适应传输模式3(OL-MIMO)方式；在城市郊区较为开阔、信道相关性较高的郊区地区，依照速度的不同，选择对应算法的Beam Forming算法(传输模式7)。以上各种模式均可切换成发射分集模式，发射分集模式的健壮性强，对速度、信道环境与SNR要求均不高，但是无法产生多天线速率增益，只可以享受由于多天线并行传输带来的分集增益。LTE-TDD外场大规模布网，信道边界条件复杂，使用不同的传输技术以适配不同的应用场景尤为重要。如果选择不当，不仅不能达到网络性能最优，而且会造成网络干扰加大等恶劣影响。阿尔卡特朗讯在长期的研发与测试过程中，通过多种技术来适配各种不同的无线应用场景，每种技术在相应的场景下能有效地提高其数据健壮与性能增益，波束赋形技术更可以利用时TD-LTE系统中上/下行信道互易性，针对单个用户动态地进行波束赋形，从而有效提高传输速率和增强小区边缘的覆盖性能。
TD-LTE的TM8传输模式分析
TD-LTE TM8传输模式分析1 引言TD-LTE在R9阶段新增了双流波束赋形技术，共八种传输模式，每种模式对应了不同的MIMO （Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出）传输形式，其中模式7、模式8又是针对TDD系统所特有的波束赋形技术[1]，模式7的波束赋形技术在一阶段测试时，已经较为充分地验证了其性能的优越性。
针对边缘用户以及无线环境不理想的情况下，TM7（单流波束赋形）对于改善无线环境、提高用户感知、提升小区的整体吞吐量有着较为重要的作用。
TM3（开环空间复用）目前采用的2*2MIMO，可以针对同一个用户传输双流，理论上翻倍地提高了单用户的峰值吞吐量，直接体现了TD-LTE系统的性能优越性[2]。
正是基于此，TM8（双流波束赋形）同时取纳了开环空间复用与单流波束赋形的优点，将空间复用与波束赋形有机地结合起来，这样在改善无线环境的同时又能尽量合理地提高用户的吞吐量。
2 TM8原理简介双流波束赋形技术应用于信号散射体比较充分的条件下，是智能天线波束赋形技术和MIMO空间复用技术的有效结合，在TD-LTE系统中，利用TDD信道的对称性，同时传输两个赋形数据流来实现空间复用，并且能够保持传统单流波束赋形技术广覆盖、提高小区容量和减少干扰的特性，既可以提高边缘用户的可靠性，还能有效提升小区中心用户的吞吐量[3]。
根据多天线理论可知，接收天线数不能小于空间复用的数据流数。
8天线双流波束赋形技术的使用，接收端至少需要有2根天线。
根据调度用户的情况不同，双流波束赋形技术可以分为单用户双流波束赋形技术和多用户双流波束赋形技术。
2.1 单用户单用户双流波束赋形技术：由基站测量上行信道，得到上行信道状态信息后，基站根据上行信道信息计算两个赋形矢量，利用该赋形矢量对要发射的两个数据流进行下行赋形。
采用单用户双流波束赋形技术，使得单个用户在某一时刻可以进行两个数据流传输，同时获得赋形增益和空间复用增益，可以获得比单流波束赋形技术更大的传输速率，进而提高系统容量。
4G(TD-LTE)组网技术
Subframe #0 One subframe, 30720Ts DwPTS GP
UpPTS
DwPTS
GP
UpPTS
TD-LTE基本原理及与其它制式对比_FDD/TDD
对比
FDD
Frame Configuration 特殊时隙 FS1 无 GP DwPTS UpPTS
TDD
FS2 无 UE提前发送20 P-SCH在DwPTS中的第3个符号 控制信道只占前两个符号 短RACH方式
计算功率需求 N
功率匹配
功率是否匹 配 Y
覆盖估算结束
TD-LTE网络规划方法_室内链路预算（二）
2
覆盖指标确定
LTE可以提供多种业务，不同的区域类型要求提供不同的业务，不同的业务，其室内覆盖指标 要求不一样，因此，要确定室内覆盖指标，首先要划分不同的业务覆盖区域类型，按对网络 质量的要求，通常分为三类区域，详细如下表所示： 室内覆盖边缘场强的确定需要同时考虑两个方面：
_ PL
Ga_BS
链路预算：
通过对系统中前反向
信号传播途径中各种 影响因素进行考察， 对系统的覆盖能力进
RX
UL
行估计，获得保持一
定通信质量下链路所
Ga_UE UE TX Pout_UE Ò Ó õ °Ë ¥ Â ä à Á Ó ¿ Mf
允许的最大传播损耗。
Ï Â º ·Ë « ¹ ¤Æ ÷ Ë Ì È å Ë ð º Ä Lb RX ½ Ö ¨ þ Î ï ´ Í © ¸ Ë ð º Ä Lp
CDMA2000
WLAN
54Mbps（802.11a）、11Mbps（802.11b） 0.9bps/HZ
20MHZ
2.4GHZ、5GHZ
移动TD-LTE天线技术要求-电气
T D -L T E 系统双极化天线技术要求中国移动通信企业标准 T D -L T E D u a l -p o l a r i z e d A n t e n n a D e v i c e S p e c i f i c a t i o n版本号： 4.0.0 中国移动通信集团公司 发布╳╳╳╳-╳╳-╳╳发布 ╳╳╳╳-╳╳-╳╳实施QB-╳╳-╳╳╳-╳╳╳╳前言本标准旨在明确中国移动通信集团公司对TD-LTE系统双极化天线设备的技术要求，并为相关设备的集中采购和网络建设提供技术参考。
TD-LTE天线工作频段涵盖F频段（1880～1920MHz）、A频段（2010～2025MHz）以及D 频段（2575～2635MHz）。
天线类型包括FAD宽频智能天线、单D频段智能天线、FAD小型化智能天线、FAD可独立电调智能天线、单D频段电调智能天线以及FAD双通道天线。
TD-SCDMA天线工作频段为F频段（1880～1920MHz）和A频段（2010～2025MHz）。
天线类型包括FA窄带智能天线、FA电调智能天线以及FA双通道天线。
其指标皆可对应TD-LTE 天线指标相应列。
本标准主要起草人：马欣、王安娜、曹景阳、许灵军、金磊、程广辉、丁海煜、高峰、苏健、张晟※浅蓝色部分大多为概念、原理性的东西，可以加深对天线的了解※红色部分为重要的表格和信息，要熟练掌握。
※黄色部分为关键的尺寸要求，要牢记于心1范围本标准规定了移动通信基站天线的常用术语、定义、电气性能、机械性能、环境条件、可靠性、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输和贮存要求。
本标准主要适用于工作频段为TD-LTE系统。
2术语、定义和缩略语下列术语、定义和缩略语适用于本标准：3双极化智能天线阵列的结构、原理3.1双极化智能天线的结构双极化智能天线是用一组双极化辐射单元代替原有单极化辐射单元，并且阵列数量减少为原来的一半，以达到在保持端口总数不变的前提下，减小天线宽度的目的。
LTE试题—简答题
四，问答题请简述TD-LTE帧结构。
"无论是正常子帧还是特殊子帧，长度均为1ms。
FDD子帧长度也是1ms。
一个无线帧分为两个5ms半帧，帧长10ms。
和FDD LTE的帧长一样。
特殊子帧 DwPTS + GP + UpPTS = 1ms"请简述PCI的配置原则。
1) 避免相同的PCI分配给邻区2) 避免模3相同的PCI分配给邻区，规避相邻小区的PSS序列相同3) 避免模6相同的PCI分配给邻区，规避相邻小区RS信号的频域位置相同4)避免模30相同的PCI分配给邻区，规避相邻小区的PCFICH频域位置相同3 LTE有哪些关键技术，请做简单说明。
1)OFDM：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。
2)MIMO:不相关的各个天线上分别发送多个数据流，利用多径衰落，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，提高信道及频谱利用率，下行数据的传输质量。
3) 高阶调制：16QAM、64QAM4) HARQ:下行：异步自适应HARQ 上行：同步HARQ5) AMC：TD-LTE支持根据上下行信道互易性进行AMC调整4 请简述随机接入信令流程（4条信令流程即可）。
1) UE在RACH上发送随机接入前缀；2) ENb的MAC层产生随机接入响应，并在DL-SCH上发送；3) UE的RRC层产生RRC Connection Request 并在映射到UL –SCH上的CCCH逻辑信道上发送；4) RRC Contention Resolution 由ENb的RRC层产生，并在映射到DL –SCH上的CCCH or DCCH(FFS)逻辑信道上发送。
5 请简述TD-LTE和TD-SCDMA帧结构的主要区别。
1）.时隙长度不同。
TD-LTE的子帧（相当于TD-S的时隙概念）长度和FDD LTE保持一致，有利于产品实现以及借助FDD的产业链2）.TD-LTE的特殊时隙有多种配置方式，DwPTS,GP,UpPTS可以改变长度，以适应覆盖、容量、干扰等不同场景的需要。
LTE关键技术
吞吐量
UE1
UE2
公平性
正比公平法PF
比例公平算法的初衷是既要考虑到用户所处的C/I，保证一些优质用户的 网速，同时又要兼顾分配的公平，保证人人都有RB分
U 代表这个用户的权重，T 代表这个用户的吞吐量，β是我自己添加的， 代表了用户的Qos 等级。也就是说这个用户的权重和C/I 成正比，和一定 时期内的历史吞吐量成反比
RR算法具有公平性的上 界和算法性能的下界
最大C/I算法
对所有待服务移动台依据其接收信号C/I预测值进行排序，并按照从大到小 的顺序进行发送 • 优点：整体小区吞吐量最大，效率最高，特别适用于服务用户集中在 NodeB附近的场景 • 缺点：处于小区边缘的用户的由于C/I较低，将得不到服务机会，甚至 出现所谓“饿死现象”
HARQ混合自动重传请求
混合自动重传请求（Hybrid Automatic Repeat reQuest，HARQ），是一 种将前向纠错编码（FEC）和自动重传请求（ARQ）相结合而形成的技术。
HARQ的关键词是存储、请求重传、合并解调。接收方在解码失败的情况下， 保存接收到的数据，并要求发送方重传数据，接收方将重传的数据和先前 接收到的数据进行合并后再解码。这里面就有一定的分集增益，减少了重传 次数，进而减少了时延。而传统的ARQ技术简单地抛弃错误的数据，不做 存储，也就不存在合并的过程，自然没有分集增益，往往需要• 最大载干比算法 (Max C/I)：
“强者更强”
• 正比公平算法 Proportional Fair (PF)：“和谐社会”
调度分类
• 持续调度 • 半持续调度 • 动态调度
常用的三种调度方法都是动态调度的细分。 调度根据时间分配上还分为持续调度和半持续调度。 其中持续调度是电路域的思想，将资源一直给一个用户，在LTE 里是不用的。而 半持续调度在LTE 里是使用的，就是将一段很长时间的RB 都分给一个用户，比较 典型的业务就是VOIP，至少要保证通话这段时间我的RB 分配。
LTE移动终端天线技术及测试
LTE移动终端天线技术及测试1引⾔近年，伴随着⽆线通讯技术的发展和⽆线移动终端的普及应⽤，新通讯系统不断追求更⾼的数据传输速率和更⼤的信道容量。
在全球范围内，以WCDMA、TD-SCDMA和CDMA为代表的3G技术向长期演进技术（Long Term Evolution，LTE）及LTE-Advanced为代表的4G技术演进。
2013年底中国政府正式向中国移动、中国联通和中国电信发布TD-LTE牌照，开启了中国LTE商⽤的新纪元。
LTE系统在物理层采⽤正交频分复⽤（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）和多输⼊多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）天线等作为关键技术，具有更⾼的数据速率。
传输信道理论峰值速率可达上⾏75Mbit/s、下⾏300Mbit/s。
⽽LTE-Advanced进⼀步采⽤了载波聚合（Carrier Aggregation，CA）、多层空间复⽤（Multi-layer Spatial Multiplexing）等技术，理论峰值传输速率得到提升，可达上⾏1.5Gbit/s、下⾏3Gbit/s。
作为商⽤的LTE移动终端，必须满⾜多模多频的需求，⽽天线必须兼顾宽带化⼩型化的要求。
LTE移动终端⼀般要求内置天线，⾄少两个以上的接收天线，多通道RF接收信号处理能⼒，可⽀持LTE、GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA等多种制式，并实现多种模式之间/语⾳和数据业务之间的切换。
从天线设计层⾯，LTE终端产品频率覆盖范围更宽（从700MHz到2.7GHz）。
⼀⽅⾯市场要求⼩巧精致的ID设计、⾼质量的⽤户体验；另⼀⽅⾯频率较低的700MHz频段需要较⼤的天线尺⼨，MIMO天线系统的双天线以及射频⾼性能指标（⾼隔离度、低相关性系数等）的要求导致产品尺⼨增加，这两⽅⾯的⽭盾使终端天线设计和测试成为LTE移动终端的⼀个关键技术难点。
(完整版)LTE多天线技术
个人也是学习中，算不上高手，说下我的理解：1、最早的多天线技术出现在接收端多天线接收，由于在接收端有多天线，可以形成多条接收通道,从而可以对抗无线信道的深度衰落，显然嘛：多条接收通道同时处于深度衰落的可能性肯定是小于单条接收通道处于深度衰落的可能性，这样就能改善传输质量，提高无线传输的可靠性。
这种技术又叫“收分集”技术，可以应用在基站或手机侧，而且显然由于不涉及到互操作，所以也不用标准化。
从而最先在无线系统中使用。
因为不用标准化，所以在LTE中我们就没有看到这方面的内容。
2、“收分集”技术的应用又给了人们启发：如果手机接收端部署多天线，显然对手机的成本和复杂度是有提高的。
能否把多天线部署在发射端来提高接收端的信道可靠性呢？这样一来：手机只用单个天线，复杂度和成本都在基站一侧，由系统侧承担，岂不乐哉?然而问题随之而来：如果发射端单纯的用多天线发射相同的数据流，它们实际上是相互干扰的，不但起不了分集的作用，而且可能会相互抵消！要多天线发射起到提供增益，而不相互打架，就需要特别的信号处理技术。
(以下都两天线发射为例，H表示复数的共轭,exp()表示一个复数，）牛人1: Alamouti天线1发射{x1, x2, .......}天线2发射{-H(x2),H(x1), .......}这种发射编码方案相当于在形成2个正交的信道(为啥？)，从而可以提高传输可靠性这种发射编码方案被用在LTE中就是Mode 2“发射分集”方案牛人2: 无名天线1发射{x1, x2, .......}天线2发射{x1*exp(b1),x2*exp(b2), .......}这种发射编码方案天线1正常发射，天线2把数据加上一个大的相位偏移后再发射相当于在信道中人为造成多径效应(为啥？)，从而可以提高传输可靠性这种发射编码方案被用在LTE中就是CDD“分集”方案，LTE中CDD不单独使用，只和空间复用技术结合在一起使用。
牛人3: 无名天线1发射{x1, x2, .......}天线2发射{x1*exp(B1),x2*exp(B2), .......}这种发射编码方案天线1正常发射，天线2把数据加上一个相位偏移后再发射。
4G5G 移动通信技术-MIMO多天线技术
C log2(1 | h |2) b / s / Hz
M
C log2 (1 | hi |2 ) b / s / Hz
i 1
C
log2 (1
N
N
| hi |2 )
i 1
b / s / Hz
CEP
log2[det( I M
N
HH * )]
m
log2 பைடு நூலகம்1
i 1
N
i )
MIMO系统中，系统容量随着天线数目的增加成线性增加。
常用 MIMO 方案名称 接收分集 多用户虚拟 MIMO 开环发射分集 闭环发射分集 开环空间复用 闭环空间复用
第3章 MIMO多天线技术
3.3 MIMO工作模式
MIMO系统数据流并行传输
MIMO系统就是多个信号流在空中的并行传输。在发射端输入的数据流变成几路并行的 符号流，分别从Pt个天线同时发射出去；接收端从Pr个接收天线将信号接收下来，恢复 原始信号。
传统的多址技术可以分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA） 和空分多址（SDMA），4种方式都以频分多路复用（Frequency-division multiplexing，FDM） 技术为基础，蜂窝移动通信系统中一般采用这4种方式之一或混合方式。
✓ LTE上行方向采用基于循环前缀的SC-FDMA（Single Carrier - Frequency Division Multiplexing Access）单载波频分多址技术。
1. 分集技术
1)接收分集 所谓接收分集，就是接收机利用多条不相干传播路径，同时接收这些路径上的信号，并加 以合成的技术。 2)发射分集 所谓发射分集，就是发射机创造多条不相干传播路径，同时在这些路径上发射信号，为接 收机多路接收提供可能。
TD-LTE系列有源天线简介分解
TD-LTE系列有源天线简介V0.1第一章系统概述摘要本章主要从系统角度，对本系列产品作一般介绍，包括应用范围、基本工作原理、产品特点及主要技术指标等内容。
1.1 概述TD-LTE系列有源天线是一种利用单根馈线实现双流MIMO的TD-LTE的室内覆盖设备，简化了LTE的双流信号覆盖时的大量的馈线安装工作，并可兼容借用原有室内覆盖布线进行覆盖，大大节省工程施工成本。
1.2 工作原理简介TD-LTE系列有源天线分布系统主要由三部分组成：有源合路器（MU）、有源双极化天线（RU）、同轴远程馈电电源组成。
利用原有的射频分布系统实现TD-LTE信号的双流MIMO，如图1-1所示。
图1-1有源合路器通过获取来自TD-LTE设备RRU的2*2的MIMO信号，其中一路TD-LTE信号接入到有源天线系统近端机（有源合路器），经过近端机放大、变频后接入多合路器系统与基站另一路TD-LTE信号合路；合路后RRU的2*2的MIMO信号通过射频分布系统馈线传输，最后在远端机（有源双极化天线）通过分频器将两路信号分开，并将在近端变频的一路TD-LTE的信号进行再次变频，恢复成原始的TD-LTE的射频信号，通过有源天线有源支路端覆盖，另一路未经变频的信号经过滤波后进入有源天线的无源旁路端覆盖。
有源天线分别接收TD-LTE覆盖区终端的上行信号，其中一路在经过有源天线端通过低噪声放大之后做变频处理后，与另外一路上行信号进行合路，并在射频分布系统馈线传输，最后通过在有源天线系统近端机（有源合路器端）进行反变频恢复信号，分别输出给不同的RRU。
其他非TD-LTE制式信号，可直接合路接入有源天线系统近端机（有源合路器端）旁路端口，合路后的信号经过多合路器后进入射频分布系统馈线传输，最后进入有源天线的无源旁路端覆盖。
图1-2 系统安装示意图1.3 技术特点●良好的系统性能，支持多种制式接入覆盖，减低建设成本。
●全部采用模块化结构，可靠性高，易于维修●采用TCP/IP及MODEM接口，为产品提供了两种远程监控通道●采用远程馈电技术，解决远端取电难题。
LTEMIMO（TM发射模式）
MIMO 学习LTE的7个传输模式中6 个分别应用了四种MIMO技术方案：传输分集（TD），波束赋型（Beamforming），空间复用（SM），多用户MIMO（MU-MIMO）：1. 为普通单天线传输模式。
2. TransmitDiversity 模式：分2发送天线的SFBC，和4发送天线的SFBC+FSTD两种方案。
2发送天线的SFBC : SFBC是由STBC（Space Time Block Code）演变而来，由于OFDM一个slot 的符号数为奇数，因此不适于使用STBC，但频域资源是以RB=12个子载波来分配的，因此可以用连续两个子载波来代替连续两个时域符号，从而组成SFBC。
而当使用4发送天线时，SFBC+FSTD（Frequency Switched Transmit Diversity）被采用。
3. SM-open loop，UE仅仅反馈信道的RI（Rank Indicator）。
此时基站会使用CDD（Cycle Delay Diversity）技术。
4. SM-close loop，UE根据信道估计的结果反馈合适的PMI（Precoding Matrix Indicator）。
(如利用系统容量最大计算合适的PMI)5. MU-MIMO，该方案将相同的时频资源通过空分，分配给不同的用户。
6. close loop rank1——SM or BF，UE反馈信道信息使得基站选择合适的Precoding。
7. UE Special RS——BF，和BeamForming的前一种方式不同，这种方式无需UE反馈信道信息，而是基站通过上行信号进行方向估计，并在下行信号中插入UE Special RS。
基站可以让UE汇报UE Special RS估计出的CQI。
空间复用是为了提高传输数据数量，基于多码字的同时传输，即多个相互独立的数据流通过映射到不同的层，再由不同的天线发送出去。
码字数量与天线数量未必一致。
TD_LTE2天线与8天线对比分析
用信号，并降低干扰；另一方面，2天线利用终端反馈 码本的方式存在码本量化损失，而8天线利用信道互易 性得到的信道进行矩阵分解，得到的预编码向量更加 准确。 图2为2/8天线post-SINR的CDF对比图。8天线的 post-SINR要优于2天线3dB左右，这也是8天线频谱效 率会高于2天线的原因之一。
2.3 2/8天线下行业务信道性能对比
2/8天线SU-MIMO的系统性能对比如表2所示， 仿真基于3GPP Case1-3D场景，2天线采用TM4，8天 线采用TM8，两种模式均属于SU-MIMO，且支持单 双流自适应。具体的仿真假设见表3。需要说明的是， 仿真中并未采用实际产品的天线参数。
表2 2/8 天线 SU-MIMO 性能对比
0.060
0.107
78.3%
由于接收端采用8天线以及基于MMSE（最小均方 误差）的干扰消除接收算法，8天线在平均频谱效率和 边缘频谱效率都有显著的提高。特别是在边缘用户， 可以获得近80%的性能增益。因为8天线具有很好的干 扰消除性能，所以8天线的基站上行引入MU-MIMO 技术可以进一步获得系统性能增益。 根据表6可以看到，8天线下多用户传输相比于单 用户可以得到65%的平均频谱效率增益，边缘也得到 10%左右的性能增益。多用户复用使得用户可以获得 更多的物理资源，如果在用户SINR没有降低的情况 下，可以认为2用户的多用户复用可以达到100%的性 能增益。而多用户的复用必然引入小区内用户间的干 扰，导致用户SINR的降低。而8天线可以很大程度上 消除这部分干扰，从而带来较大的性能增益。
仿真假设
3GPP Case1-3D 500m 32m 15度 46dBm 14dBi
图2
2/8 天线 SU-MIMO 的 post-SINR CDF 对比
【【【【LTE学习笔记】】】】
TD-LTE无线帧结构TD-LTE无线帧特殊时隙TD-LTE上下行配比方式TD-LTE特殊子帧配比LTE物理层过程LTE物理层过程TD-LTE关键技术频域多址技术——OFDMA/SC-FDMALTE多址技术的要求更大的带宽和带宽灵活性●随着带宽的增加，OFDMA信号仍将保持正交，而CDMA 的性能容易受到多径的影响。
●在同一个系统，OFDMA可以灵活处理多种系统带宽。
扁平化架构当分组调度的功能位于基站时，可以利用快速调度、包括频域调度来提高小区容量。
频域调度可通过OFDMA实现，而CDMA无法实现。
便于上行功放的实现SC-FDMA相比较OFDMA可以实现更低的峰均比, 有利于终端采用更高效率的功放。
简化多天线操作OFDMA相比较CDMA实现MIMO容易。
OFDM基本思想OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用，是一种多载波传输方式。
多载波传输，即使用多个载波并行传输数据，是相对于单载波传输而言的。
1.把一串高速数据流分解为若干个低速的子数据流——每个子数据流将具有低得多的速率；2.将子数据流放置在对应的子载波上；3.将多个子载波合成，一起进行传输。
OFDM将频域划分为多个子信道，各相邻子信道相互重叠，但不同子信道相互正交，这样可以最大限度地利用频谱资源。
LTE OFDM时频结构循环前缀（CP）多径效应保护间隔子载波间干扰循环前缀OFDM系统框图加入循环前缀，要牺牲一部分时间资源，降低了各个子载波的符号速率和信道容量，优点就是可以有效的抗击多径效应。
峰均比在时域上，OFDM信号是Ｎ路正交子载波信号的叠加，当这Ｎ路信号按相同极性同时取最大值时，OFDM信号将产生最大的峰值。
该峰值信号的功率与信号的平均功率之比，称为峰值平均功率比，简称峰均比(PAPR)。
在OFDM系统中，PAPR与Ｎ有关，Ｎ越大，PAPR的值越大，Ｎ=1024时，PAPR 可达30dB。
TD-LTE基础知识要点-必看
TD-LTE基础知识要点-必看TD-LTE基础知识要点1. LTE物理层采⽤带有循环前缀的正交频分多址(OFDMA)技术作为下⾏多址⽅式，采⽤具有单载波特性的单载波频分多址(SC-FDMA)技术作为上⾏多址⽅式。
2. E-UTRA的L1是按照资源块(RB)的⽅式来使⽤频率资源的，以适应可变的频谱分配。
⼀个资源块在频域上包含12个宽度为15k Hz的⼦载波。
3. LTE采⽤扁平化⽹络结构，E-UTRAN主要由eNodeB构成。
4. LTE⼩区平均吞吐量反映了⼀定⽹络负荷和⽤户分布情况下的基站承载效率，是⽹络规划重要的容量评价指标。
5. 与下⾏OFDM不同，上⾏SC-FDMA在任⼀调度周期中，⼀个⽤户分得的⼦载波必须是_连续的。
6. LTE⽀持Hard handover only切换⽅式。
7. 在同样的覆盖要求下，采⽤F频段组⽹与采⽤D频段组⽹相⽐，所需要的站点数更少。
8. 为什么⽤符号末端部分复制为循环前缀：保证时域信号连续9. 哪个步骤可以把多个OFDM⼦载波转换成单信号传输：IFFT10. 在MIMO模式，哪个因素对数据流量影响最⼤：发射天线数⽬11. 哪个信道⽤来指⽰PDCCH所⽤的符号数⽬：PCFICH（Control Format Indicatior）12. ⽀持LTE的UE的最⼤带宽是：20 MHz13. 在OFDM中，⼦载波间隔F和符号时间T的关系是：f = 1/t14. 1.4MHz的带宽中，⼀个⼦帧中⽤于承载PDSCH的资源约占：1/215. 哪种RLC模式可以使业务时延最⼩：Transparent Mode (TM)16. 传送主同步信号和辅同步信号需要多⼤带宽：1.08 MHz17. 以下哪些带宽是TDD-LTE⽀持的：20 MHz、15MHz、10MHz、5 MHz、3Hz 、1.4 MHz18. 在LTE中，上⾏链路降低峰均⽐(RAPR)的好处是：增强上⾏覆盖、降低均衡器复杂度、降低UE功率损耗19. LTE规划过程中，影响⼩区覆盖半径的因素有：系统带宽、传播模型、天线模式、⼩区边缘规划速率20. 路测时发现⼩区间天线接反可以从那⼏个部分去排查：核查⼩区PCI（PCI=PSS+3*SSS）参数是否配错、排查BBU-RRU 光纤是否接反、排查⼩区间RRU-天线间的跳线是否接反按PCI规划原则之⼀：同站的三个⼩区属于⼀⼩区个组ID（即0-167），组内ID（0-2）进⾏复⽤。
TD-LTE的传输模式
四、TD-LTE传输模式的MIMO技术方案
LTE的7个传输模式中6 个分别应用了四种MIMO技术方案：传输 分集（TD），波束赋型（Beamforming），空间复用（SM），多 用户MIMO（MU-MIMO）： TM1.为普通单天线传输模式。 TM2.TransmitDiversity 模式：分2发送天线的SFBC，和4发送 天线的SFBC+FSTD两种方案。
TD-LTE R8中定义了7种PDSCH传输模式，TD-LTE R9在此基础上 增加了一种新的传输模式（双流Beamforming），TD-LTEAdvanced R10又增加了一种传输模式TM9（Beamforming和 分集）。每种传输模式中，都包含了两种传输方案，其中一种 传输方式称为回退方式，主要用于信道状态突变或传输模式切 换时的过渡状态。回退方式一般都采用可靠性较高的发射分集 传输。除了回退方式之外，每种传输模式中的另外一种传输方 式称为主要传输方式。
传输分集（TM2）用来提高信号传输的可靠性，主要是针 对小区边缘用户，TM3，TM4主要是针对小区中央的用户，提高 峰值速率。MU-MIMO是为了提高吞吐量，用于小区中的业务密集 区。TM6，TM7是用于增强小区覆盖，也是用于边缘用户。不过6 是针对FDD，7是针对TDD而已。
五、与预编码相关的传输模式
信道质量不好时，如小区边缘
结合复用和智能天线技术，进行多路波束赋形发送， 既提高用户信号强度，又提高用户的峰值和均值速率
信道质量较高且具有一定空间 独立性时（信道质量介于单流 beamforming与空间复用之间）
LTE-A中新增加的一种模式，可以支持最大到8层的 传输，
主要为了提升数据传输速率
二、TD-LTE不同版本的传输模式
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典 型 公 路 环 境 。 虽 然 站 间 距 与 城 区 环
功 率 损 失 的 增强 型 公 共 信道 发 送 方 案 ， 有 效 克 服 了静 态 赋 形 的 功 率损 失 问题 ， 提 升 了 广 播 信 道 的 覆 盖 ，使 ８ 线 公 共 天 信 道 获 得 与 ２ 线 相 当的 覆 盖 能 力 。在 天 深 圳 外 场 测 试 中 ，我 们 看 到 类 似 的 现 象 。 用扫 频 仪 在 相 同环 境 中 测 得 的结 果
ＥＲＩ Ｓ ＣＳ ＯＮ
Ｔ Ｔ 网络中的 Ｅ
马 嫡
爱 立信市 场与 战略发展 部
口 多天线技术简介
在 无 线 通 信 领 域 ，对 多 天 线 技 术 的 研 究 由来 已 久 。 其 中 天 线 分 集 、波 束 赋 形 、 空 分 复 用 （ Ｉ Ｏ ）等 技 术 Ｍ Ｍ 已在 ３ Ｇ和 Ｌ 网 络 中得 到 广 泛 应 用 。 ＴＥ 多 天 线 技 术 给 网 络 带 来 的 增 益 包 括 更 好 的 覆 盖 （ 波 束 赋 形 ）和 更 高 的 速 如 率 （ 空分 复 用 ）。 如 ３ Ｐ 范 Ｒ９ 本 中规 定 了 ８ 传 ＧＰ 规 版 种 输模 式 ，见表 １ 原 则上 ，３ Ｐ 对 天 线 。 ＧＰ
数 目与 所 采 用 的 传 输 模 式 没 有 特 别 的
考 虑 两 种 天 线 配 置 ： ８ 线 波 束 赋 形 天 （ 流 、双 流 ）和 ２ 线 Ｍ Ｉ Ｏ （ 分 单 天 Ｍ 空
复 用 、发 送 分 集 ）。
果 基 本 一 致 。 引入 模 式 内 、 问切 换 后 ８ 天 线 在 小 区 中心 采 用模 式 ３ ，边 缘 则 为
对 于小 区 平均吞 吐速 率 ，在 正 常负 荷
条 件 下 ， 二 者 性 能 相 当 。 在 高 系 统 负
方 案差 ，特别 是在小 区边 缘广 播信道
功率有很大损失。
针 对 这 些 问 题 ， 爱 立 信 提 出 了 无
荷 条件下 ，８ 双流波束 赋形 （ ｂ ） ２ Ｘ ｄ ｆ
如图２ 示。可 以看到 ，２ 所 天线系统中的
８ ８
ｏＮＳ ＴＥＣＨ ｌ Ｇ ， Ｏ１２ ・ ３ ｏＩ ｏ ２
境 相 同 ，但 无 线 传 播 条 件 更 接 近 郊 区
目 多天线性能分析
针对 多天 线技术 的特 点及适 用场
景 ， 目前 中 国市 场 ＴＤ— ＴＥ网 络 主 要 Ｌ
的 特 点 ， 即 空 旷 环 境 较 多 、信 道 相 关
性较强 ，有利于８ 天线波束赋形 技术 。 对 固定模 式 的测试 结果 与上述 仿真 结
如下 。 ・ ８ 单流 波束 赋 形 （ｂ ）在 小 区 ２ Ｘ ｓｆ
线 。 值 得 注 意 的是 ，采 用模 式 ７ 比 例 的 仅 有 ２ ％左 右 ，大 多 数 场 景 采 用 模 式 ０ ３ ，即 与 ２ 线差 别不 大 。 天
２２ 下 行 控 制 信 道 及 覆 盖 能 力 ．
种 发 射 技 术 的 转 换 可 以通 过 传 输 模 式 （ 、间 ）切换 组合 实 现 。 内 上行 目前 主流 终 端 芯片 设 计仍 然 以 单 天 线发 射 为 主 ，３ Ｐ 标 准 对ｅ ｄ Ｂ Ｇ Ｐ Ｎｏ ｅ 多天 线 接 收方 式 没有 明确 要求 。
形 的方 式 将 导 致 广 播 信 道 覆 盖 比 ２ 线 天
对于 ８ 线 广 播 信 道 ，要 实 现 全 小 天
区覆 盖 ，波束赋 形技术 在业 务信 道的 增益 不复 存在 。通常 采用 引入广 播权
值 静 态 赋 形 （ ５ ）的 方 式 发 送 。 根 ６。 据 不 同 天 线 厂 商 提 供 的 广 播 信 道 的 赋
搭 配 要 求 ，但 在 实 际 应 用 中 ２ 线 系 统 天 常 用 模 式 为模 式 ２ ３ 天 线 系 统 常 用 、 ，８
边 缘 的 覆 盖 效 果 （ 缘 用 户 速 率 ） 于 边 好
２ ×２空 分复 用 ，但 小 区平 均 吞吐 速 率低
于 ２ ＭＩ Ｘ２ ＭＯ场 景 。
模式为模 式７ 。 、８
在 实 际 应 用 中 ，不 同 的 天 线 技 术 互 为 补 充 ，应 当根 据 实 际 信 道 的 变
形 权 值 ， 其 广 播 信 道 的 发 射 功 率 只 有
总 可 用 功 率 的 ６ ％ 右 。 因此 ，静 态 赋 ０左
・ ８ 双 流 波 束 赋 形 （ ｂ ）的 边 ×２ ｄｆ
界 速 率 要 略 好 于 ２×２天 线 空 分 复 用 。
化灵 活运 用。在ＴＤ— ＴＥ Ｌ 系统 中 ，这
模 式７ 因此在 小区边 缘优 于２ 线 ， 。 天 小 区 中 心 相 当 ，小 区平 均速 率 高 于 ２ 天
２ １下 行 业 务 信 道 性 能 ．
爱 立 信 对 上 述 传 输 模 式 的 前 期 仿 真结果如图１ 示。 所 在 下 行 链 路 中 ，２ ８ 线 的 业 务 、 天 信 道 在 特 定 传 输 模 式 下 性 能 比 较 归 纳