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LTE中单用户多天线方案分析 马敏 摘要：MIMO系统作为多天线发展的飞跃，而LTE的突破在于其系统中选择了MIMO设计。在文中介绍了单用户多天线理论在LTE中的应用及关键要素，并对LTE中所采用的实际方法进行描述，并分析选择的原因。 关键词：LTE；发射分集；波束成形；空分复用 1引言 多天线作为增强通信系统传输性能的技术，在无线通信方面早期已经得到验证。随着信号与信息论的发展，多天线潜力在近二十年得到了科学的飞跃，其中20世纪90年代中期提出的多输入多输出（MIMO）系统成为多天线发展过程中的里程碑。MIMO技术首次在蜂窝移动网络标准，即HSDPA R7版本中应用；随后LTE的发展取得了新突破，体现在其作为第一个从一开始就将MIMO设计作为一个重要部分的全球移动蜂窝系统上。 根据现有的发射机、接收机上的天线技术，可分为SIMO、MISO或MIMO。在具有带多天线基站与但单天线UE间通信的情况下，上行链路和下行链路被分别称为SIMO和MISO。基站与一个UE间的点对点天线链路称为SU—MIMO（Single-User MIMO，单用户MIMO），模型如图1所示。下面将论述LTE SU-MIMO所采用的解决方案。 图1单小区SU—MIMO 2发射分集方案 在LTE中发射分集只为2根和4根发射天线以及一个数据流。每个数据流使用一个传输块CRC，LTE中的一个数据流为一个码字。SFBC（Space-Frequency Block Codes，空频分组码）发射分集技术和FSTD（Frequency Switch Transmit Diversity，频率切换发送分集）可使用在LTE中PBCH和PDCCH上。 2.1空频分组码（SFBC） 在LTE的物理信道为使用2根eNode B天线的发射分集操作而配置时，可使用SFBC。由于LTE子帧中现有的OFDM符号通常是奇数，在使用STBC时需调整OFDM中的多个子载波以适应SFBC应用。 LTE中SFBC的传输，每对相邻子载波上来自2个eNode B天线端口的发送符号可以定义为 （1） 其中表示第i个子载波上来自天线端口m上发射的符号。 由于天线配置超过2*2阶时不存在正交码，当LTE中在4根天线情况下使用SFBC时，通过将SFBC与FSTD结合来实现。 2.2频率切换发送分集（FSTD） FSTD方案发送符号来自不同子载波子集上的每根天线。在LTE中FSTD只与SFBC在4根天线情况下结合使用，为在没有正交码率为1的分组码存在情况下，提供合适的额分集方案。LTE干干实际上是2个2*2 SFBC方案的结合映射到独立的子载波上，即 （2） 在此方案中由于在第3个和第4个天线端口上RS密度是第1个和第2个天线端口上RS密度的一半，因此信道估计的准确度可能在第3个和第4个天线端口上较低。所以这种放松分集方案的设计避免在其中一个SFBC码上集中估计所示，可略微提高编码增益。 3波束成形方案 在LTE中，对支持PDSCH波束成形有两种传输模式：闭环秩为1预编码和UE专用RS。前者相当与波束成形，也可看作为SU-MIMO空分复用的特例；后者是通过将eNode B 功率集中在UE位置的方向上来扩展小区覆盖的一种主要机制。其特性为： （1）可通过应用空间像个很近的天线单元实现传输方向性。对来自不同天线单元的信号进行适当调整，使得它们在UE位置有效叠加。 （2）eNode B 负责确保波束指向正确，因为UE没有明确的表示对波束方向/选择的倾向性。 （3）除了使用UE专用RS作为相位参考，UE实际上没有意识到它正在接受方向性传输，而不是全小区范围传输。对UE而言，天线端口的翔空阵列“似乎”只有一根天线。 基于UE专用RS使用波束成形的负作用是UE经历的信道质量通常不同于小区专用RS的信道质量。对应用波束成形传输模式，由于在特殊RB中才能提供UE专用RS，eNode B 不能依赖UE从UE专用RS中得到CQI（信道质量指示），因此LTE中具体规定对配置UE专用RS的UE使用小区专用RS来得到CQI反馈（假设存在多于一个公共天线端口的发送分集）。 由于在LTE中采用波束成形时，仅应用于PDSCH，不能应用于控制信道。通常PDSCH的范围可由波束成形来扩展，但小区总范围仍受到控制信道的限制，控制信道的误码率可能降低。 波束成形对相邻小区的影响，如波束成形是间断的，它会产生“闪电效果”的问题，其强烈的间断干扰可以破坏相邻小区内UE的CQI上报准确性。这种效果可能会减小HSDPA吞吐量，LTE中OFDMA可能