LTE中的多天线系统
TD-LTE网络中的多天线技术
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
LTE中多天线
５ 空间复用
ＬＴＥ系统中多天线技术领域的一个主要应用是空间复
用，利用空域提高信号传输速率。空间复用是在发送端的不
同天线上发送多个编码的数据流，增大容量，其带宽利用率 增加。
ＬＴＥ系统中空间复用技术分为开环空间复用和闭环空
间复用，其中开环空间复用不要求事先知道信道的状态信
息．闭环空间复用技术则要求事先知道信道的状态信息。 （１）开环空间复用
闭环模式需跟踪信道Ｈ的瞬时变化．要求很高的反 馈速度。量化损失和控制延迟是闭环反馈模式中主要的误 差来源．快衰落信道下反馈延迟会恶化闭环模式的工作性 能。如果信道变化慢，进行闭环空间复用预编码可提高链 路性能。
６ 波束赋形
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ＬＴＥ标准支持波束赋形技术．该技术是针对基站使 用小间距的天线阵列，为用户形成特定指向的波束。当天 线之间高度相关时，信道具有结构性．在结构化的信道中 有一个很强的主特征值，其他大部分的特征值都几乎为 零，主特征值对应集中了大部分的信道能量，此时，最佳 的方法是在主特征值方向发射一个数据流．终端收到的 信号有最大的接收功率，并降低对其他方向的干扰，如 图４所示。
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TD-LTE多天线技术应用
通信技术• Communications Technology28 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】TD-LTE 系统 多天线技术 应用研究LTE 是一种移动宽带网络标准，它是在3GPP 定义下产生的。
多天线（MIMO ）技术最早由国外学者Marconi 于1908年提出，该技术能够通过利用多天线对信道衰弱进行相应的抑制，其中信道的容量与天线的数量成正比。
无线通信相关技术不断发展，多天线技术在TD-LTE 系统中得到广泛应用。
多天线（MIMO ）技术有丰富的传输模式，对系统容量和小区的峰值速率能有效提高。
MIMO 系统能加倍增加信道的容量，保障信号传输的稳定性，并极大提高频谱的利用率。
针对LTE 存在的高传输速率特点，多天线技术在LTE 网络系统的建设中会发挥出重要的作用。
1 TD-LTE多天线（MIMO）技术概念和相应原理1.1 TD-LTE多天线（MIMO）技术相关概念对于LTE 系统而言，其能够改善小区边缘用户系统的相关性能，将多天线技术应用到LTE 系统中，空间维度资源能够得到充分的利用，相关发射功率和带宽在不受到改变的情况下，无线通信系统的传输容量可以得到成倍的提高。
对于多天线技术而言，其包含了天线分集、空间复用和波束赋型等三种应用技术，通过在无线通信系统中使用大规模的多天线（MIMO ）技术，可以有效提高空间的分辨率，能够对各类资源进行深度挖掘，涉及维度更加广泛。
同时，多天线技术能够有效提高天线接收端的信噪比，从而达到更好的网络覆盖效果，天线分集和波束赋型技术发挥了重要的作用。
通过使用多天线技术中的空间复用技术，还能够有效提高小区的吞吐率和峰值速率，在特定的环境下空间复用技术还能够提高数据的速率。
通过将多天线（MIMO ）技术应用到LTE 通信系统中，能够有效保证LTE 系统的高峰值速率和高频谱效率。
TD-LTE多天线技术介绍
TX
MIMO
y21
y22
RX
H=sqrt(|h11|2+|H12|2+|h21|2+|h22|2)
x2 x1
TX
更稳健的等效SISO RX
0
-1 0
x
o k j_
y1
a i j ng
y2
i e nw
h11 h12 v1 * * − h x h 12 v2 11 1 = ⋅ + h h x v 22 21 2 3 * * h − h v 22 21 4 | h11 | 2 + | h12 | 2 + | h 21 | 2 + | h 22 | 2 ⋅ x i , i = 1, 2
LTE多天线方案介绍
方案一 8天线 Beamforming
n n n
eNB采用双极化8天线阵列
下行UE 2天线接收，上行轮流发射 上行eNB 8天线接收，下行采用EBB算 法实现波束赋形
n n nxj来自o k _a i j ng
n
方案二 8天线 2x2 MIMO
同极化的4天线组成某一子阵，即Ant1~Ant4 和Ant5~Ant8分别构成两个子阵 子阵内采用广播波束赋形 两个子阵间实现MIMO 双流
空间复用技术分类
n 在发射端和接收端同 时 采 用多天线， 可以 进 一步提 高 信 噪比和/或获得分集增益。灵活实现空间复用和空间分集 /波束赋形的切换和整合，需采用自适应MIMO方法。
Ø开环（Open-Loop）空间复用
•不管信道条件，采用固定的复用流数。 •由于MIMO信道的相关性有各种差异，开环 空间复用的流间串扰有时很难消除，可能造 成多流并行传输的性能比单天线传输还差。
(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。
浅析LTE 系统的多天线技术
浅析LTE 系统的多天线技术摘要：多天线技术能够在不增加带宽的条件下，大幅提高系统容量和链路可靠性，因而成为LTE 的关键技术之一。
多天线技术性能不仅取决于空时信号处理，天线本身的指标也很大程度上影响其网络部署。
LTE的多天线技术包含了分集、空间复用和波束赋形技术。
与之相对应，LTE规定了8种传输模式。
文章介绍了多天线技术的分类，对TM3与TM7的切换做了简要分析，探讨了波束赋形与发送分集的性能对比。
关键词：LTE；多天线；传输模式；波束赋形1 LTE多天线技术的分类在下行链路，LTE的多天线发送方式可分为发射分集、空间复用和波束赋形等传输模式。
1.1发射分集发射分集方案有多种实现方法，例如延迟发射分集、循环延迟发射分集、切换发射分集、空时（频）编码等；LTE标准中采用空频编码（SFBC）作为两天线端口的发射分集方案、4天线端口的发射分集方案为SFBC+FSTD（空频编码+频率切换发射分集）。
其中，两天线端口的发射分集方案- 空频编码SFBC：待发送信息经过星座映射后，以两个符号为单位进入空频编码器。
在第一个频率（子载波），天线端口1传输符号c1，天线端口2传输符号c2；在另一个子载波上，天线端口1与天线端口2分别传输符号- c2与c1。
两天线端口的SFBC发射机结构如图1所示。
4天线端口的发射分集方案- SFBC+FSTD：在FSTD中，发射天线按照不同的子载波进行切换，不同的天线支路使用不同的子载波集合进行发送，减小了子载波之间的相关性，使等效信道产生了频率选择性。
SFBC+FSTD方案将待传输的数据符号以4个为一组进行编码操作，记为c1、c2、c3、c4，这4个符号按照表1所示的关系映射到子载波0、1、2、3和天线端口0、1、2、3上。
在子载波0和1上，天线端口0和2传输数据，端口1和3不传输数据；类似的，子载波2和3上，天线端口1和3传输数据，端口0和2不传输数据。
子载波0与1、2与3构成了两个子载波组，天线端口0与2、1与3构成了两个天线组，两个天线组使用不同的子载波，形成FSTD。
(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。
lte工作原理
lte工作原理LTE（Long Term Evolution）是一种移动通信技术，用于实现高速数据传输和宽带无线接入。
它的工作原理是基于多天线技术、OFDM技术和分组交换技术等几个关键技术进行组合实现。
在LTE系统中，用户设备（如手机）和基站之间进行数据传输，下面将详细介绍LTE的工作原理以及相关参考内容。
1. 多天线技术：LTE系统采用了多输入多输出（MIMO）技术，通过多个发射天线和接收天线的组合，可以实现更高的数据传输速率和更好的频谱效率。
MIMO技术的原理是在多条独立的信道上同时传送数据，通过空间上的分集和编码技术，可以提高系统容量和抗干扰能力。
2. OFDM技术：LTE采用了正交频分复用（OFDM）技术，将频谱资源分成多个频域上的子载波，并在时域上实现并行传输。
OFDM技术具有抗多径衰落、高信道容量和灵活性等优点。
LTE系统中，使用的是基于FFT的OFDM技术，通过变换和调制操作将数字数据转换为复数信号，然后在频域上进行并行传输。
3. 分组交换技术：LTE采用了分组交换技术，将数据分为小的数据包进行传输。
与传统的电路交换方式不同，分组交换更加灵活高效。
LTE系统中，用户数据被分割成小的IP数据包，并且与控制信息一起传输。
在传输过程中，数据包可以在不同的链路上分开传输，这样可以充分利用网络资源。
4. LTE协议架构：LTE系统使用了一种分层的协议架构，包含了物理层、数据链路层、网络层和应用层等几个层次。
物理层负责信号的调制、解调、编码和解码等操作；数据链路层负责数据传输的可靠性和适应性等；网络层负责IP数据包的传输和路由等；应用层负责具体的应用程序，如VoIP和视频流的传输等。
5. LTE资源分配：LTE系统中，将无线资源分成时域资源和频域资源两部分。
时域资源包括子帧、时隙和符号等，在时间上进行复用。
频域资源包括RB（资源块），在频率上进行复用。
通过动态分配时域和频域资源，实现对用户设备的灵活调度和调整，提高系统的容量和效率。
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2008年9月28日星期日
LTE 的性能目标
î总体性能目标
–灵活的频谱使用，增强的吞吐能力
Æ吞吐能力:–在20MHz 的带宽下，下行峰值速率达到100Mbit/s (频谱效率约5bit/s/Hz)–在20MHz 的带宽下，上行峰值速率达到50Mbit/s (频谱效率约2.5bit/s/Hz) Æ时延性能:–控制平面减少状态转换时延(100ms)Significant reductions in transition times from idle or dormant states to active state (50-100ms)–用户平面无线接入网络数据传输时延小于5 毫秒Radio access network latency below less than 5 ms in unloaded condition (ie single user with single data stream) for small IP packet B r o a d b a n d E x p e r i e n c e A n y w h e r e
LTE吞吐能力估算
※简单估算（20MHz带宽LTE系统）.
ÆResource Block (RB) –频域：12个15KHz宽度的子载波时域：1个子帧（1ms）
Æ假设采用64QAM调制，编码比例（Coding Rate）1，则1个符号可传输6个比特
Æ20MHz传输带宽下共100 RB （无线资源块）
Æ采用短CP (Normal CP)，每个子帧共14个符号，假设其中2个符号用于控制信息
Æ理论峰值吞吐能力估算:
SISO: 12 x (14-2) x 6 x 100 x 1000 = 86.4Mbps
MIMO (2x2, 4x2)doubles the rate > 150Mbps
MIMO (4x4)quadruples the rate > 300Mbps
•High class UEs category 5 (With 4 RX antenna) may exceed 300 Mbps
2008年9月28日星期日
2008年9月28日星期日
LTE 中的多天线技术
Æ多天线技术是实现LTE 系统100Mbps 传输能力的重要手段
Æ通用的多天线技术有如下几类：
–发射分集Transmit Diversity (用于控制和数据信道)
–空间复用Spatial Multiplexing (用于数据信道)
–波束赋形Beam Forming (用于数据信道)
ÆUE 侧使用两个接收
天线
MAS –发射分集技术(1)
目的：在下行链路方向，利用多天线来增加发射数据的分集度，从而克服信道衰落，增强数据传输的可靠性
特点：开环技术，多采用非相关天线（Uncorrelated Antennas）
2 Antennas SFBC (采用Alamouti算法的空频块编码)
A stream to 2 / 4 Antennas
2008年9月28日星期日
SFBC
(2 TX Antennas)
SFBC + FSTD
(4 TX Antennas)
MAS –下行小区参考信号结构2008年9月28日星期日
2008年9月28日星期日
MAS –预编码和码本
Æ预编码目的:
u 改善SNR u 减少干扰
Æ反馈内容:
u Channel Quality Indication
Wideband （宽带）Narrowband （窄带）u Precoding Matrix Indicator (PMI)
Æ支持频率选择性调度和频率非选择性调度ÆDL SU-MIMO 的码本数量
u For 2-Tx antennas: 6 and For 4-Tx antennas: 16.
Æ码本方案可适用于不同的天线配置
u 相关天线和非相关天线阵列Correlated and un-correlated.u 交叉极化和线性天线阵列
Cross-polarization and linear array.
2008年9月28日星期日
MAS –
SU-MIMO (DL)
îSU (单用户) –MIMO
–改善单用户速率
–同时传送多个数据流给一个用户
–有效改善信道条件好的用户的数据传输效
果
2008年9月28
日星期日
MAS –专用参考信号的波束赋形
（Beamforming with dedicated RS ）
î闭环波束赋形（使用专用参考信号Closed-loop beamforming with dedicated RS ）
–需要每个波束赋形信道的专用参考信号Dedicated RS.–天线数量增加是可以使用相对更少的参考信号.
–在基站侧需要发射校准（relative Rx to Tx path calibration ）–TDD 系统，可以充分利用上下行传输链路相同的传输特性–需要上行sounding 或其它信息来进行下行发射的波束赋形–适合于天线数量大于4的情况
î闭环空间复用
–每个发射天线使用公共参考信号（Common RS ）.–需要定义对应不同天线数量的码本，终端UE 需要计算和反馈PMI –通常需要快速的PMI 反馈.
–不需要校准.
多天线配置与适合技术
Æ天线数目（Up to 4 antennas versus more than 4 antennas）–Up to 4 antennas, the precoding is defined and the gain is confirmed with both correlated and uncorrelated antennas.
–More than 4 antennas,
Common RS for more than 4 antennas will make the overhead very high
–Agreement on Beamforming with dedicated RS
Æ天线间距（Half lambda spacing versus any antenna spacing）–Precoding based approach is feasible for any antenna spacing.
–Beamforming with dedicated RS is more applicable to correlated antennas.
Æ小结:
–Precoding is more flexible in terms of antenna spacing, polarization and TDD/FDD while the beamforming with dedicated RS is more flexible in terms of number of antennas.
OL Beamforming gain is significant if number of Tx antennas > 4
2008年9月28日星期日
2008年9月28日星期日
上行MIMO 技术
î上行单用户MIMO （Uplink SU-MIMO ）并没有包括在3GPP Rel8中î上行64QAM 包括在UE 的能力中
î上行多用户MIMO （MU-MIMO ）被要求透明支持î规范中增加了上行闭环天线选择方案：
–可选功能
–在负荷不高的网络中有一定增益（Gains tend to be in lightly loaded cells where UEs anyway have good data rates ）–在负荷大的网络中多用户调度对性能增益有一定影响（Multiuser scheduling reduces gains in heavily loaded cases where better UE throughput is most needed
）
多天线技术总结
LTE
2008年9月28日星期日
LTE Live Demo @ MWC。