LTE关键技术之二：多天线技术
LTE多天线技术
多天线技术在LTE中得到了充分的应用。目前多天线技术可以用各种方式实现，主要基于3个基本原则：
1. 分集增益：利用多天线提供的空间分集来改善多径衰落情况下传输的健壮性。
2. 阵列增益：通过预编码或波束成形使能量集中在一个或多个特定方向。也可以为在不同方向的多个用户同时提供业务(所谓的多用户MIMO)。
3. 空间复用增益：在可用天线组合所建立的多重空间层上，将多个信号流传输给单个用户。
LTE中使用了这3种基本原则，LTE中配置多天线技术的传输模式通常有如下传输模式：
TM1：eNodeB单天线端口的传输
TM2：发射分集
TM3：开环空间分集
TM4：闭环空间分集
TM5：MU-MIMO
TM6：闭环秩为1预编码
TM7：使用UE专用参考信号的传输，具有单个空间层
TM8：使用UE专用参考信号的传输，具有2个空间层
TM9：使用UE专用参考信号的传输，具有8个空间层
下面分别按单用户MIMO方案和多用户MIMO方案来描述。
1 单用户MIMO方案
1.1 发射分集方案
LTE中定义了两种主要发送分集技术，即SFBC(Space-FrequenceBlock Codes, 空频分组码)和FSTD(FrequenceSwitched Transmit Diversity, 频率切换发送分集)。这些发射分集方案可使用在LTE中的PBCH和PDCCH上，还可以用于PDSCH上。在LTE中，发射分集只为两根和四根发射天线以及一个数据流定义。对应于TM1,TM2。
1. 空频分组码 SFBC
如果LTE的物理信道为使用两根enodeb天线的发射分集操作而配置，可使用纯SFBC。对于SFBC的理解，假设输入SFBC编码器的符号流为c1，c2，…，则天线1与天线2的第一个子载波上分别传输c1与c2，而天线1与天线2的第二个子载波上分别传输-c2*与c1*。
2. 频率切换发送分集FSTD 和SFBC的结合
如果使用的是四根天线，则使用SFBC与FSTD结合来实现。FSTD是指，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。
1.2 空间复用方案
先解释一下空间复用的3个术语：
空间“层”：层可以描述为符号到发送天线端口的映射。每一层通过等价于发射天线端口数的向量长度（预编码）来识别。LTER8与R9下行传输最多能支持4层的空间并行传输，实际能够支持的层要取决与下行信道条件。
传输的“秩”：发送的层数。
“码字”：独立的编码数据块，对应于MAC层到物理层传递的单个数据块TB，用CRC进行保护。对于秩大于1，发送两个码字。值得注意的是码字数总是小于或等于层数，即总是小于或等于天线端口数。
一个码字数据块可以包含多个并行传输数据流。例如，对于一个4天线的基站，最多可以传输的并行数据流为4，但每两个数据流的数据块进行统一编码，形成一个数据块编码码字后，被分到两个空间并行的数据流上进行传输。
对LTE而言，SU-MIMO空间复用方案选择最多使用两个码字，即使可有4层发送的情况也这样。码字到层的映射是静态的，如下图。对应于TM3,TM4, TM6。
开环空间复用和闭环空间复用的PDSCH传输模式，使用预先定义的“码本”进行预编码以形成传输层。LTE中形成传输层的方式有两种，下面分别描述：
1. 预编码
在闭环空间复用情况下，UE从预定义的码本中得到的最期望值的码本反馈给enodeb。
2. 循环延时分集CDD
在“开环”空间复用情况下，UE反馈仅仅指示信道秩，不是期望的预编码矩阵。在此模式下，如果使用与PDSCH传输的秩大于1，即发送多于一层，LTE可以使用CDD。CDD包括从多发射天线发送同一组OFDM子载波上的同一组OFDM符号，每个天线具有不同的延时。原理如下图。
3. 波束成形方案
LTE对支持波束成形的两种传输模式进行了区分：
1. 闭环秩为1预编码。对应TM6，尽管这相当于波束成形，但也可以看作为SU-MIMO空间复用的特例。
2. UE 专用RS。在这种模式下，MIMO预编码不会限制到预定义的码本，因此UE不能用小区专用RS来解调，需要经过预编码的UE专用导频。对应TM7,TM8。这种模式是通过将enodeb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。
对于TM8，UE并不反馈任何预编码信息，enodeb从上行链路中推导这些信息。对于TM9，UE帮助enodeb导出波束成形预编码权值。
2 多用户MIMO方案
LTE中有两种多用户MIMO方案。
1. TM5。这是在R8中使用的方式，该方案基于同SU-MIMO相同的码本，同时也使用了同样的“隐式”反馈计算机制，据此UE做一些预编码器的假设，enodeb使用他们在PDSCH上传输，并且UE上报响应于最优假设的所推荐的PMI--隐含代表CSI。使用这种方案的UE假定enodeb在PDSCH上仅传输一层，即每个所调度的UE仅有一个码字。
2. TM8。这是在R9中使用的方式，即使用双流波束成形，并和预编码UE专用导频一起使用。