增強的多輸入多輸出技術

增強的多輸入多輸出技術是LTE-A中的關鍵技術。

隨著LTE網路的部署和發展，在實際套用時需要考慮不同的場景，使用不同的基站進行覆蓋，如宏基站、微基站和家庭基站。宏基站可以提供基本的覆蓋要求，微基站可以用於提供大容量數據業務的支持。所以，未來網路構成是由多種制式、多種功率等級的基站構成的異構網路（Heterogeneous Network，HetNet）。在異構網路中，各種功率的基站間必然會存在干擾問題。傳統的ICIC技術是解決LTE系統中干擾的一種方法，通過如軟頻率復用、控制下行發射功率等方式可以緩解同頻宏網路部署時小區間干擾問題，但是它不能解決異構網路下的干擾問題。因此在LTE-Advanced系統中，增強的干擾協調技術（Enhanced ICIC，eICIC）被提出來進行廣泛的研究，目的是解決異構網路場景下的各種複雜干擾問題。

基本介紹

• 中文名：增強的多輸出多輸出技術
• 外文名：enhanced multiple input multiple output
• 套用學科：通信

簡介

要達到LTE-A提出的目標數據傳輸速率，需要通過增加天線數量以提高峰值頻譜效率，即多天線技術，包括波束賦形和空間復用等。多天線技術是一種有效的提高系統容量和頻譜利用率的方法。目前這方面最直接的方法是在基站站點上增加天線，即採用更高階的MIMO技術。

在LTE階段可以做到在基站側設定4個天線，終端側設定4個接收天線和1個發射天線，這樣只能做到下行4×4、上行1×4。

為了進一步提高峰值頻譜效率，LTE-A中的空間維度進一步擴展，並且對下行多用戶MIMO進一步增強。具體來說，基站側將增加到8個天線，終端側增加到8個接收天線和4個發射天線，這樣就可以做到下行8×8、上行4×8，從而進一步提高了下行傳輸的吞吐量和頻譜效率。此外，LTE-A下行支持單用戶MIMO和多用戶MIMO的動態切換，同時通過增強型信道狀態信息反饋和新的碼本設計進一步增強了下行多用戶MIMO的性能，如圖12-5所示。

圖12-5 LTE-A MIMO技術示意圖

MIMO（多入多出技術）

多輸入多輸出MIMO(Multiple-InputMultiple-Output)系統是一項運用於802.11n的核心技術，用來描述多天線無線通信系統的抽象數學模型，能利用發射端的多個天線各自獨立傳送信號，同時在接收端用多個天線接收並恢復原信息。

802.11n是IEEE繼802.11b\a\g後全新的無線區域網路技術，速度可達600Mbps。專有MIMO技術可改進已有802.11a/b/g網路的性能。該技術最早是由馬可尼於1908年提出的，他利用多天線來抑制信道衰落（fading）。根據收發兩端天線數量，相對於普通的單輸入單輸出系統（Single-InputSingle-Output，SISO），MIMO此類多天線技術尚包含早期所謂的“智慧型型天線”，亦即單輸入多輸出系統（Single-InputMulti-Output，SIMO）和多輸入單輸出系統（Multiple-InputSingle-Output，MISO）。

由於MIMO可以在不需要增加頻寬或總傳送功率耗損（transmitpowerexpenditure）的情況下大幅地增加系統的數據吞吐量（throughput）及傳送距離，使得此技術於近幾年受到許多矚目。MIMO的核心概念為利用多根發射天線與多根接收天線所提供之空間自由度來有效提升無線通信系統之頻譜效率，以提升傳輸速率並改善通信質量。

LTE-A

3GPPR8/R9版本LTE技術的標準化工作早已完成，目前版本已經非常穩定。從2009年開始，LTE技術正式進入了商用階段。為了適應寬頻移動通信的飛速發展，ITU提出了IMT-Advanced系統的概念，可以為用戶在高速移動狀態下提供100Mbit/s和低速移動狀態下提供1Gbit/s的峰值速率，同IMT-2000系統相比性能大幅提升，IMT-Advanced系統也就是所謂的4G系統。ITU隨後向全球徵集4G的候選方案。3GPP於2009年正式開始了一項研究工作，提出了LTE技術的增強版本R10LTE，也就是所謂的LTE-Advanced技術，通過自評估研究過程，最終於2009年9月向ITU提交了LTE-Advanced技術的自評估報告，希望該技術可以正式成為IMT-Advanced的候選技術。通過ITU的評估工作，LTE-Advanced技術正式成為4G技術的標準之一。

為滿足ITU的要求，LTE-Advanced系統引入了較多的增強技術，使性能指標得到了大幅提升。

LTE

LTE概念

LTE（LongTermEvolution，長期演進)，又稱E-UTRA/E-UTRAN，和3GPP2UMB合稱E3G（Evolved3G）

LTE是由3GPP（The3rdGenerationPartnershipProject，第三代合作夥伴計畫）組織制定的UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem，通用移動通信系統）技術標準的長期演進，於2004年12月在3GPP多倫多TSGRAN#26會議上正式立項並啟動。LTE系統引入了OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交頻分復用）和MIMO（Multi-Input&Multi-Output，多輸入多輸出）等關鍵傳輸技術，顯著增加了頻譜效率和數據傳輸速率（20M頻寬2X2MIMO在64QAM情況下，理論下行最大傳輸速率為201Mbps，除去信令開銷後大概為140Mbps，但根據實際組網以及終端能力限制，一般認為下行峰值速率為100Mbps，上行為50Mbps），並支持多種頻寬分配：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz等，且支持全球主流2G/3G頻段和一些新增頻段，因而頻譜分配更加靈活，系統容量和覆蓋也顯著提升。LTE系統網路架構更加扁平化簡單化，減少了網路節點和系統複雜度，從而減小了系統時延，也降低了網路部署和維護成本。LTE系統支持與其他3GPP系統互操作。LTE系統有兩種制式：FDD-LTE和TDD-LTE，即頻分雙工LTE系統和時分雙工LTE系統，二者技術的主要區別在於空中接口的物理層上（像幀結構、時分設計、同步等）。FDD-LTE系統空口上下行傳輸採用一對對稱的頻段接收和傳送數據，而TDD-LTE系統上下行則使用相同的頻段在不同的時隙上傳輸，相對於FDD雙工方式，TDD有著較高的頻譜利用率。

LTE/EPC的網路架構如圖2所示。

圖2 3GPP接入的非漫遊架構

LTE系統結構

LTE採用由eNB構成的單層結構，這種結構有利於簡化網路和減小延遲，實現低時延、低複雜度和低成本的要求。與3G接入網相比，LTE減少了RNC節點。名義上LTE是對3G的演進，但事實上它對3GPP的整個體系架構作了革命性的改變，逐步趨近於典型的IP寬頻網路結構。

LTE的架構也叫E-UTRAN架構，如圖3所示。E-UTRAN主要由eNB構成。同UTRAN網路相比，eNB不僅具有NodeB的功能，還能完成RNC的大部分功能，包括物理層、MAC層、RRC、調度、接入控制、承載控制、接入移動性管理和Inter-cellRRM等。eNodeB和eNodeB之間採用X2接口方式直接互連，eNB通過S1接口連線到EPC。具體地講，eNB通過S1-MME連線到MME，通過S1-U連線到S-GW。S1接口支持MME/S-GW和eNB之間的多對多連線，即一個eNB可以和多個MME/S-GW連線，多個eNB也可以同時連線到同一個MME/S-GW。

圖3 LTE整體結構