LTE基础:MIMO技术的典型应用场景分析

MIMO部署的几种典型场景如下图所示：

场景 A：

●     适用于覆盖范围广的地区，如农村或交通公路；

●     简单的多径环境；

●     采用模式6码本波束成形；

●     保持半波长间距的四根发射天线；

●     增加约4db链路预算。

场景 B：

●     适用于市区、郊区、热点地区和多径环境；

●     更注重发射能力，而非覆盖；

●     2 / 4传输交叉极化天线；

●     低流动性：模式4闭环空间复用；

●     高流动性：模式3发射分集。

场景 C：

●     适用于室内覆盖；

●     采用模式5多用户MIMO；

●     在室内覆盖情况下，多用户MIMO和SDMA原理类似；

●     由于不同楼层之间的相关性较低，多个用户可以在不同楼层使用相同的无线资源。

发射分集的应用场景

MIMO系统的天线选择方案如下图所示：

MIMO系统的天线选择方案：

Case 1：

●     Case1能够满足LTE系统的基本要求；

●     适用于大多数情况，如高/低速移动，高/低相关性信道衰落；

●     性能较case2低；

●     适用于Mode2/3/4/5。

Case 2：

●     适用于热点区域和复杂的多径环境；

●     能够提高系统容量；

●     安装难度高，尤其在频率低于2GHz时；

●     适用于模式4/5。

Case 3

●     适用于所有模式；

●     由于有四个天线端口，同两天线端口相比，最大的优点能够提高上行覆盖范围；

●     安装占用空间较大。

Case 4

●     适用于模式6；

●     适用于大覆盖范围，如农村；

●     需要考虑LTE天线类型的选择；

    综上，在LTE发展初期，case1是较好的选择，它可以在大多数情况下发展LTE网络。Case2可以用在市区等数据速率要求较高的复杂多径环境下。Case3/4能够用在LTE网络发展的第二个阶段，尤其在上行链路能够提高LTE网络覆盖范围。

    在简单的多径环境如农村，高相关性天线（case4）通常用来增加小区半径。在复杂的多路径环境如市区，低相关性天线（case1/2/3）通常用来增加峰值速率。

闭环空间复用的应用场景

闭环空间复用的实现原理如下图所示：

闭环空间复用适用于：

●     低速移动终端；

●     带宽有限系统（高信噪比，尤其在小区中心）；

●     UE反馈PMI和RI；

●     复杂的多径环境；

●     天线具有低互相关性（天线间距10l）。

说明：

    预编码矩阵指示（Pre-coding MatrixIndicator；PMI）是指仅在闭环空间复用这种发射模式下，终端（UE）告诉基站（eNode B）应使用什么样的预编码矩阵来给该UE的PDSCH信道进行预编码。秩指示（Rank Indicator；RI）是指在（开环、闭环）空间复用这2种发射模式下，关于信道冲激响应（H）的秩（Rank）。即，RI=Rank(H)。

波束成形的应用场景

波束成形的应用场景如下图所示：

低互相关性天线：

●     天线间距较远且有不同的极化方向;

●     天线权重包括相位和振幅；

●     对发送信号进行相位旋转以补偿信道相位，并确保接收信号的相位一致；

●     可以为信道条件较好的天线分配更大功率；

●     模式- 7，非码本波束成形。

高互相关性天线：

●     天线间距较小；

●     不同天线端口的天线权重和信道衰落相同；

●     不同相位反转到终端的方向；

●     适用于大区域覆盖；

●     通过增强接收信号强度来对抗信道衰落；

●     模式-6，码本波束成形。

波束成形是在发射端将待发射数据矢量加权，形成某种方向图后发送到接收端。

●     在下行链路提供小区边缘速率：增加信号发射功率，同时抑制干扰；

●     无码本波束成形：基于测量的方向性和上行信道条件，基站计算分配给每个发射机信号的控制相位和相对振幅；

●     基于码本的波束成形：该机制和秩=1的MIMO预编码相同。UE从码本中选择一个合适的预编码向量，并上报预编码指示矩阵给基站。

波束成形应用场景：

●     天线具有高互相关性；

●     适用于简单的多径环境中，如农村；

●     跟空间复用相比，波束成形适合于干扰较小的环境。