【LTE基礎(chǔ)知識】MIMO技術(shù)的典型應(yīng)用場景分析

MIMO部署的幾種典型場景如下圖所示：

場景 A：

●     適用于覆蓋范圍廣的地區(qū)，如農(nóng)村或交通公路；

●     簡單的多徑環(huán)境；

●     采用模式6碼本波束成形；

●     保持半波長間距的四根發(fā)射天線；

●     增加約4db鏈路預(yù)算。

場景 B：

●     適用于市區(qū)、郊區(qū)、熱點地區(qū)和多徑環(huán)境；

●     更注重發(fā)射能力，而非覆蓋；

●     2 / 4傳輸交叉極化天線；

●     低流動性：模式4閉環(huán)空間復(fù)用；

●     高流動性：模式3發(fā)射分集。

場景 C：

●     適用于室內(nèi)覆蓋；

●     采用模式5多用戶MIMO；

●     在室內(nèi)覆蓋情況下，多用戶MIMO和SDMA原理類似；

●     由于不同樓層之間的相關(guān)性較低，多個用戶可以在不同樓層使用相同的無線資源。

發(fā)射分集的應(yīng)用場景

MIMO系統(tǒng)的天線選擇方案如下圖所示：

MIMO系統(tǒng)的天線選擇方案：

Case 1：

●     Case1能夠滿足LTE系統(tǒng)的基本要求；

●     適用于大多數(shù)情況，如高/低速移動，高/低相關(guān)性信道衰落；

●     性能較case2低；

●     適用于Mode2/3/4/5。

Case 2：

●     適用于熱點區(qū)域和復(fù)雜的多徑環(huán)境；

●     能夠提高系統(tǒng)容量；

●     安裝難度高，尤其在頻率低于2GHz時；

●     適用于模式4/5。

Case 3

●     適用于所有模式；

●     由于有四個天線端口，同兩天線端口相比，最大的優(yōu)點能夠提高上行覆蓋范圍；

●     安裝占用空間較大。

Case 4

●     適用于模式6；

●     適用于大覆蓋范圍，如農(nóng)村；

●     需要考慮LTE天線類型的選擇；

    綜上，在LTE發(fā)展初期，case1是較好的選擇，它可以在大多數(shù)情況下發(fā)展LTE網(wǎng)絡(luò)。Case2可以用在市區(qū)等數(shù)據(jù)速率要求較高的復(fù)雜多徑環(huán)境下。Case3/4能夠用在LTE網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的第二個階段，尤其在上行鏈路能夠提高LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。

    在簡單的多徑環(huán)境如農(nóng)村，高相關(guān)性天線（case4）通常用來增加小區(qū)半徑。在復(fù)雜的多路徑環(huán)境如市區(qū)，低相關(guān)性天線（case1/2/3）通常用來增加峰值速率。

閉環(huán)空間復(fù)用的應(yīng)用場景

閉環(huán)空間復(fù)用的實現(xiàn)原理如下圖所示：

閉環(huán)空間復(fù)用適用于：

●     低速移動終端；

●     帶寬有限系統(tǒng)（高信噪比，尤其在小區(qū)中心）；

●     UE反饋PMI和RI；

●     復(fù)雜的多徑環(huán)境；

●     天線具有低互相關(guān)性（天線間距10l）。

說明：

    預(yù)編碼矩陣指示（Pre-coding Matrix Indicator；PMI）是指僅在閉環(huán)空間復(fù)用這種發(fā)射模式下，終端（UE）告訴基站（eNode B）應(yīng)使用什么樣的預(yù)編碼矩陣來給該UE的PDSCH信道進行預(yù)編碼。秩指示（Rank Indicator；RI）是指在（開環(huán)、閉環(huán)）空間復(fù)用這2種發(fā)射模式下，關(guān)于信道沖激響應(yīng)（H）的秩（Rank）。即，RI=Rank(H)。

波束成形的應(yīng)用場景

波束成形的應(yīng)用場景如下圖所示：

低互相關(guān)性天線：

●     天線間距較遠且有不同的極化方向;

●     天線權(quán)重包括相位和振幅；

●     對發(fā)送信號進行相位旋轉(zhuǎn)以補償信道相位，并確保接收信號的相位一致；

●     可以為信道條件較好的天線分配更大功率；

●     模式- 7，非碼本波束成形。

高互相關(guān)性天線：

●     天線間距較�。�

●     不同天線端口的天線權(quán)重和信道衰落相同；

●     不同相位反轉(zhuǎn)到終端的方向；

●     適用于大區(qū)域覆蓋；

●     通過增強接收信號強度來對抗信道衰落；

●     模式-6，碼本波束成形。

波束成形是在發(fā)射端將待發(fā)射數(shù)據(jù)矢量加權(quán)，形成某種方向圖后發(fā)送到接收端。

●     在下行鏈路提供小區(qū)邊緣速率：增加信號發(fā)射功率，同時抑制干擾；

●     無碼本波束成形：基于測量的方向性和上行信道條件，基站計算分配給每個發(fā)射機信號的控制相位和相對振幅；

●     基于碼本的波束成形：該機制和秩=1的MIMO預(yù)編碼相同。UE從碼本中選擇一個合適的預(yù)編碼向量，并上報預(yù)編碼指示矩陣給基站。

波束成形應(yīng)用場景：

●     天線具有高互相關(guān)性；

●     適用于簡單的多徑環(huán)境中，如農(nóng)村；

●     跟空間復(fù)用相比，波束成形適合于干擾較小的環(huán)境。