MIMO原理及测试(二)

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3 无线通信系统中的MIMO技术

目前，MIMO已经成为未来移动通信技术的必选项目，都会采用相应的分集和复用技术。以下简单介绍不同标准中对应MIMO的不同表现形式。

3.1 3GPP UMTS

作为主流的移动通信标准，3GPP标准已经有了长足的发展。从WCDMA开始，已经引入了很多提高传输速率的方法，包括HSDPA和HSUPA。最新版本包括HSPA+和LTE。

3.1.1 HSPA+(3GPP R7/R8)

R99（WCDMA）已经引入了发射分集的概念，为了比R6版本的HSDPA可以得到更高的传输速率，R7版本的HSPA+采用了MIMO的技术。在下行链路中，可以采用MIMO或64QAM的调制方式，对应的峰值速率可以达到28Mbit/s，但在R7版本MIMO和64QAM不能同时使用。而在R8的标准中，MIMO和64QAM可以同时使用，峰值速率最高可达42Mbit/s，不支持上行MIMO。
对于高速下行共享信道，MIMO使用两个发射天线阵列，实现方式如图11所示。

图11 PA+MIMO示意图

使用两个发射天线阵列，两个独立的数据流同时在无线信道内传输，可以采用和WCDMA一样的信道化码。在扩频和加扰后，为了更好地在无线信道中传输，对其进行相应的加权预编码。此时需要得到4个ω1~ω4的加权因子。第一个数据流用加权因子ω1和ω2相乘，第二个数据流用加权因子ω3和ω4相乘，加权因子由公式（5）决定。

此时，ω1是固定的，ω2根据基站进行选择。为了保证正交，加权因子ω3和ω4根据ω1和ω2得到。基站根据上行终端选择最优的加权因子。

除了在HS-DSCH中使用MIMO，加权的相关信息必须通过HS-SCCH控制信道传送给终端UE。尽管在上行中不使用MIMO，但是和MIMO相关的信息仍然必须在上行链路中传输。终端UE在HS-DPCCH信道中发送相应的预编码控制指示和信道质量指示，这样可以让基站根据信道情况来调整调制、编码方式和预编码的加权因子。关于HSPA+的更多细节，请参阅参考文献。

3.1.2 LTE(3GPP R8)

3GPP R8版本中定义的LTE，采用降低延时和分组交换技术可以达到更高的传输速率。LTE的多址方式下行采用OFDM，上行采用SC-OFDM，同时MIMO技术也是LTE的重要组成部分。LTE规定的调制方式包括QPSK，16QAM和64QAM。下行的峰值速率最高可达300Mbit/s(4×4MIMO)和150Mbit/s(2×2MIMO)，上行最高可达75Mbit/s。

LTE的下行链路如图12所示。在LTE的下行传输中，LTE包括：单天线传输，没有MIMO；发射分集；开环空分复用，无需UE反馈信号；闭环空分复用，需要UE反馈；多用户MIMO（在指定的相同RB上有多个UE）；闭环预编码；波束形成等几种传输模式。

图12 LTE下行链路示意图

在LTE系统中，1个或2个码字可以映射到多个空间复用的传输层（图12中的Layer Mapper模块）。在空间复用之前，首先经过一个预编码的过程（图12中的Precoding模块），也就是与根据码本定义的预编码矩阵W相乘，预编码后的数据发送到各个天线。在收发天线两端都要经过相同的预编码过程。根据不同的天线数目以及空间复用和发射分集的方式，规范定义了不同的码本。图13为2天线情况下空分复用的预编码矩阵形式。