“原文 Understanding LTE with MATLAB  ,作者Houman Zarrinkoub，本文是對于該書的翻譯，書中的專業(yè)性詞匯給出了英文原文，圖和表的排版都是參考原文，翻譯不準(zhǔn)確的地方請讀者多多包涵。

本文僅限于個(gè)人學(xué)習(xí)，研究，交流，不得用于其他商業(yè)用途！”

2.15 MIMO模式

表2.10總結(jié)了LTE傳輸模式和相關(guān)的多天線傳輸方案。模式1使用接收分集，模式2基于發(fā)射分集。模式3和模式4分別是基于開環(huán)和閉環(huán)預(yù)編碼的空間復(fù)用的單用戶實(shí)現(xiàn)。模式3還使用CDD（前面討論）。

基于模式4并且層數(shù)最多為1，模式5指定了一個(gè)非常簡單的多用戶MIMO開機(jī)啟動模式。模式6具有波束形成和模式4的特殊情況，其中層的數(shù)目設(shè)置為兩個(gè)。LTE模式7-9實(shí)現(xiàn)了不使用碼本的空間復(fù)用版本，其層數(shù)分別為1、最多2和4-8。LTE-Advanced（版本10）通過引入模式8和9引入下行鏈路MU-MIMO的主要增強(qiáng)。例如，模式9支持八個(gè)發(fā)射天線，用于多達(dá)八層的傳輸。這些進(jìn)展直接源于引入新的參考信號(CSI-RS和DM-RS)，使得能夠進(jìn)行基于非碼本的預(yù)編碼，從而采用低開銷的雙碼本結(jié)構(gòu)[4]。

2.16 物理層處理

為了理解LTE PHY，我們必須指定以下操作順序。首先，描述導(dǎo)致調(diào)制符號的信道編碼、加擾和調(diào)制，然后描述將調(diào)制信號映射到資源網(wǎng)格的步驟，包括映射用戶數(shù)據(jù)、參考信號和控制數(shù)據(jù)。然后，指定允許多天線傳輸?shù)腗IMO模式。不同的MIMO算法包括指定層映射，該層映射描述每幀使用多少個(gè)發(fā)射天線以及在調(diào)制比特被映射到所有發(fā)射天線的資源網(wǎng)格之前對它們應(yīng)用什么預(yù)編碼變換。

2.17 下行鏈路處理

在發(fā)射機(jī)中執(zhí)行的信號處理操作鏈可以概括為傳輸塊處理和物理信道處理的組合。處理?xiàng)Ｔ诿枋鰪?fù)用和信道編碼[5]以及物理信道和調(diào)制的3GPP文檔中完全指定。應(yīng)用于DLSCH和PDSCH組合的基帶信號處理鏈可以概括如下：

• 傳輸塊CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）附件；

• 代碼塊分割和代碼塊CRC附件；
  

• 基于三分之一速率的Turbo碼；
  

• 速率匹配以處理任何請求的編碼率；
  

• 代碼塊級聯(lián)生成碼字；
  

• 在物理信道上傳輸?shù)拿總�(gè)碼字中的編碼比特的加擾；
  

• 調(diào)制置亂比特以產(chǎn)生復(fù)值調(diào)制符號；
  

• 將復(fù)值調(diào)制符號映射到一個(gè)或多個(gè)傳輸層；
  

• 在每個(gè)層上對復(fù)值調(diào)制符號進(jìn)行預(yù)編碼，以便在天線端口上傳輸；
  

• 將每個(gè)天線端口的復(fù)數(shù)調(diào)制符號映射到資源元素；
  

• 為每個(gè)天線端口生成復(fù)值時(shí)域OFDM信號。

• 
  

圖2.16示出了應(yīng)用于從MAC層傳送到PHY的傳輸塊的信號處理的組合，直到OFDM信號被傳送到天線以進(jìn)行傳輸。

LTE下行鏈路傳輸中的每個(gè)部分將分別在章節(jié)4–7中描述的詳細(xì)描述。在第四章中，我們將精心安排的在線DLSCH處理和在線加擾調(diào)制映射器的功能。在第五章中，我們將詳細(xì)的OFDM傳輸方案中使用的多載波傳輸技術(shù)。第六章中，我們將回顧不同的細(xì)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)多輸入多輸出（MIMO）的標(biāo)準(zhǔn)。第七章中，我們將描述使用不同的鏈路適配功能，根據(jù)信道條件動態(tài)調(diào)度資源的控制通道。

2.18 上行處理

應(yīng)用于ULSH和PUSCH的組合的信號處理操作的鏈概括如下：

• 傳輸塊CRC附件；

• 代碼塊分割和代碼塊CRC附件；
  

• 基于三分之一速率的Turbo；
  

• 速率匹配以處理任何請求的編碼率；
  

• 代碼塊級聯(lián)生成碼字；
  

• 加擾；
  

• 調(diào)制置亂比特以產(chǎn)生復(fù)數(shù)符號；
  

• 將調(diào)制符號映射到一個(gè)或多個(gè)傳輸層；
  

• DCT變換預(yù)編碼以生成復(fù)值符號；
  

• 復(fù)值符號的預(yù)編碼；
  

• 預(yù)編碼符號到資源元素的映射；
  

• 生成每個(gè)天線端口的時(shí)域SC-FDM信號。

  
  

圖2.17示出了應(yīng)用于傳送到PHY的傳輸塊的信號處理的組合，直到SC-FDM信號被傳送到天線以進(jìn)行傳輸。在描述復(fù)用和信道編碼[5]以及物理信道和調(diào)制[3]的3GPP文檔中也完全指定了處理?xiàng)！?/p>

在本節(jié)中，我們將描述上行鏈路傳輸?shù)膬蓚�(gè)不同部分：基于DFT預(yù)編碼OFDM的SC-FDM和MU-MIMO。

2.18.1 SC-FDM技術(shù)

在LTE中，利用DFT對調(diào)制符號進(jìn)行特殊預(yù)編碼，在頻域內(nèi)產(chǎn)生SC-FDM信號。注意，SC-FDM信號生成與OFDM信號生成幾乎相同，只是引入了附加的M點(diǎn)DFT。通常，計(jì)算DFT比計(jì)算FFT的計(jì)算效率低。然而，我們可以找到有效的實(shí)現(xiàn)為某些DFT的大小是素?cái)?shù)。這就是LTE將M點(diǎn)DFT大小指定為兩個(gè)、三個(gè)或五個(gè)倍數(shù)（所有素?cái)?shù)）的原因。

在上行鏈路傳輸中，在編碼、加擾和調(diào)制之后，并且在資源元素映射之前，基于DFT的預(yù)編碼器被應(yīng)用于每一層的調(diào)制符號。然后，在IFFT操作和循環(huán)前綴插入之前，將DFT變換的符號映射到頻率子載波，這最終導(dǎo)致SC-FDM信號生成。作為SC-FDM符號傳輸?shù)娜魏螁蝹�(gè)用戶的數(shù)據(jù)符號必須在資源網(wǎng)格中是連續(xù)的或均勻間隔的。

DF預(yù)編碼符號在資源網(wǎng)格內(nèi)的局部映射意味著整個(gè)分配在頻率上是連續(xù)的。這導(dǎo)致可接受的信道估計(jì)性能，因?yàn)閷?dǎo)頻是連續(xù)的，并且簡單的內(nèi)插技術(shù)可用于信道估計(jì)。此外，基于連續(xù)資源塊模式的頻譜中不同用戶的復(fù)用是相當(dāng)容易的。另一方面，分布式映射意味著所分配的帶寬在頻率上均勻分布。這種類型的映射提供了頻率分集的良好度量。然而，由于它還分配導(dǎo)頻，因此所得到的信道估計(jì)性能將受到影響。在分布式映射中復(fù)用所有用戶在頻譜中也將更加困難。因此，分布式或局部頻率分配代表頻率分集和性能之間的典型折衷。

2.18.2多用戶多入多出

在移動系統(tǒng)中，移動終端處的接收天線N的數(shù)量通常小于基站處的發(fā)射天線M的數(shù)量。由于MIMO系統(tǒng)提供的容量增益由參數(shù)min(M,N)縮放，所以SU-MIMO的容量增益受接收機(jī)(N)處接收天線的數(shù)目限制[4]。

在下行鏈路傳輸中，這個(gè)問題用MU-MIMO技術(shù)來解決，作為傳輸模式7—9提供。然而，在上行鏈路中，LTE版本8一次僅支持在移動終端上的一個(gè)發(fā)射天線上的傳輸，盡管可能存在多個(gè)天線。這種選擇的動機(jī)是試圖最小化移動硬件的成本、功率和復(fù)雜性。

天線選擇可用于在任何時(shí)間從多個(gè)發(fā)射天線中選擇一個(gè)。在這種情況下，移動發(fā)射天線的選擇可以由基站處理和信令，或者由移動終端本地管理。上行MU-MIMO可以看作是一個(gè)MIMO系統(tǒng)，其中不同的用戶在相同的資源塊上傳輸他們的流，而每個(gè)用戶在其移動單元中的單個(gè)天線上進(jìn)行傳輸。

圖2.18顯示了這種上行鏈路MU-MIMO場景的框圖。在這個(gè)例子中，我們通過配對移動單元的配對來形成一組MU-MIMO對�；�站在相同的子幀和相同的資源塊上為MU-MIMO對內(nèi)的每個(gè)UE調(diào)度上行鏈路傳輸。根據(jù)系統(tǒng)帶寬中可用的資源塊的數(shù)量，我們可以同時(shí)調(diào)度多個(gè)MU-MIMO對。配對可以基于諸如功率控制、單個(gè)信道質(zhì)量和干擾分布等考慮在時(shí)間上改變。雖然在我們的示例中顯示了兩個(gè)配對用戶，但是LTE-Advanced中的DM-RS和CSI-RS參考信號的組合允許我們在MU-MIMO中共享最多8個(gè)共享相同資源塊的移動終端。有關(guān)MU-MIMO的更多信息，讀者可參閱[4]。

2.19 總結(jié)

在本章中，我們研究了LTE標(biāo)準(zhǔn)的PHY規(guī)范。我們專注于確定足夠的一組元素的PHY模型，需要深入了解這個(gè)問題。首先，我們檢查了標(biāo)準(zhǔn)的空中接口，詳細(xì)描述了它的頻帶、帶寬、時(shí)間幀和時(shí)頻結(jié)構(gòu)。然后，我們闡述了標(biāo)準(zhǔn)的OFDM多載波方案：下行傳輸和上行鏈路傳輸?shù)腟C-FDM。我們確定了OFDM資源網(wǎng)格的組成部分，這是理解PHY建模的基礎(chǔ)。本文還討論了上行鏈路和下行鏈路的幀結(jié)構(gòu)。

然后，我們概述在上行鏈路和下行鏈路傳輸中使用的物理信道和物理信號。我們還介紹了在標(biāo)準(zhǔn)中使用的MIMO方案，它完全指定各種傳輸模式。最后，總結(jié)了下行鏈路和上行鏈路傳輸?shù)牟僮黜樞�。在�?章到第7章中，我們將使用MATLAB工具來對各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)學(xué)建模。

參考文獻(xiàn)

[1] Ghosh, A. and Ratasuk, R. (2011) Essentials of LTE and LTE-A, Cambridge University Press, Cambridge.

[2] Dahlman, E., Parkvall, S. and Sköld, J. (2011) 4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband, Elsevier.

[3] 3GPP (2011) Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA), , Physical Channels and Modulation Version 10.0.0. TS 36.211, January 2011.

[4] C. Lim, T. Yoo, B. Clerckx, B. Lee, B. Shim, Recent trend of multiuser MIMO in LTE-advanced, IEEE Magazine, 51, 3, 127–136, 2013. [5] 3GPP (2011) Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA), Multiplexing and Channel Coding. TS 36.212.

本章完

2018/11/1

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