在密集城區等很多場景下，LTE系統屬於干擾受限系統，小區間的同頻干擾會制約系統的性能，因此如何在不犧牲總頻譜效率的情況下減少甚至消除小區間干擾對於提升LTE系統的性能至關重要。
基本介紹
- 中文名：多天線增強技術
1.概述,2.傳輸模式自適應,3.上行多用戶MIMO,4.下行多用戶MIMO,
在密集城區等很多場景下，LTE系統屬於干擾受限系統，小區間的同頻干擾會制約系統的性能，因此如何在不犧牲總頻譜效率的情況下減少甚至消除小區間干擾對於提升LTE系統的性能至關重要。
1.概述
8天線由於其良好的下行波束賦形能力，可以通過基於特徵值的波束賦形算法（EBB）形成一個窄波束對準目標用戶，在增強有用信號的同時也減小了對周圍其他小區用戶的干擾，因此能改善系統的SINR，提升系統性能。
TD-LTE協定規定了多種多天線傳輸模式（Transmission Mode，TM），3GPP R8協定中定義了用於傳送分集的TM2、用於空分復用的TM3，以及用於單流波束賦形的TM7；進一步的，3GPP在R9協定中增加了雙流波束賦形的多天線傳輸模式——TM8。圍繞TM8傳輸模式，可以進一步引入增強型多天線技術，如TM3/8自適應傳輸模式、下行多用戶MIMO等，進一步提升小區吞吐量性能。
2.傳輸模式自適應
LTE系統定義了多種傳輸模式，具體內容請參考《TD-LTE技術與標準》一書。TM3雙流空分復用傳輸模式適用於高SINR、空間相關性較低的環境，以便於獲取空分復用增益，在信道質量惡化的情況下，TM3也可以進一步退化至TM2子模式；TM7波束賦形模式適用於低SINR、高空間相關性的環境，獲取賦形增益；Rel-9提出的TM8雙流波束賦形傳輸模式適用於高SINR、高空間相關性的環境，可同時獲得空間復用增益和波束賦形增益。
在實際網路部署中，對於信道環境比較好的用戶，其SINR很高，例如大於20dB，此時該用戶的吞吐量已不再受限於SINR和MCS，而是受限於傳輸的數據流數，如果能支持多個數據流同時傳輸，那么該用戶的吞吐量勢必會進一步提升。對於僅支持單流波束賦形的LTE R8系統，可以考慮在單流波束賦形和其他可支持雙流數據傳輸的MIMO模式（如TM3和TM4）之間進行自適應傳輸。當SINR足夠高時，基站切換到支持雙流傳送的MIMO模式；而當信噪比比較低時，則切換到單流波束賦形模式，利用波束賦形的增益和干擾抑制能力來提升用戶的SINR和吞吐量。現有R8協定系統一般採用TM3/7的自適應多天線傳輸模式，在小區中心等信道質量較好且適合雙流復用傳輸的區域可以採用TM3雙流空分復用傳輸模式，而在小區邊緣等信道質量較差的區域將自適應地採用TM7波束賦形傳輸模式。
R9標準引入了支持雙流波束賦形（Dual-layer BF）的TM8模式，在信道環境比較好（通常SINR比較高）的場景，採用雙流的傳送來提升用戶的吞吐量，而對於信道環境比較差的場景（通常信噪比比較低），則採用單流傳送，提升功率的利用效率，保證傳輸的可靠性。當然，雙流波束賦形也可以同時支持兩個不同的用戶，每個用戶單流傳輸，即多用戶波束賦形（MU-MIMO），此時雖然不能提升單用戶的峰值速率，但可以提升系統的整體吞吐量。然而，由於波束賦形會增加下行專用導頻的開銷，在峰值吞吐量上，特別是在高SINR環境下，會低於TM3。所以，需要結合用戶所處的環境在TM3和TM8之間進行最佳傳輸模式的切換。TM3/8自適應下，在小區極好點（SINR>22dB）、好點（15dB≤SINR≤20dB）可以採用TM3雙流空分復用，在中點（5dB≤SINR≤10dB）採用TM8雙流波束賦形傳輸數據，在差點（－5dB≤SINR≤0dB）處可退化至TM7單流波束賦形傳輸模式。
3.上行多用戶MIMO
TD-LTE系統中，基站廣泛採用8天線配置，而終端的發射天線目前只有一根，因而上行無法進行多天線傳輸來獲得多天線空間復用增益。但TD-LTE支持將空間隔離度較好的兩個終端的發射天線配對，與基站的多根接收天線進行多天線雙流上行傳輸。這種上行信號傳輸模式稱為上行多用戶MIMO（上行MU-MIMO）。
對於上行MU-MIMO傳輸模式，從單一用戶的角度來看，由於用戶配對前後可用的最大資源數量不變，因而對單用戶吞吐量沒有提升。但由於兩個配對用戶在上行MU-MIMO傳輸模式下可復用同一時頻資源進行上行傳輸，並通過空間隔離予以區分，因而整個小區可用的最大資源數將有大幅提高，小區吞吐量資源將有顯著提高。
4.下行多用戶MIMO
下行傳輸中，當工作在TM8模式時，基站對要發射的兩個數據流進行下行賦形，實現單用戶雙流傳輸，同時獲得賦形增益和空間復用增益，較單流波束賦形而言可以獲得更高的傳輸速率。然而，由於目前終端僅有一根發射天線，通過該天線傳送上行Sounding信號後，基站僅能獲得下行單流的信道質量信息，另一個流的信道質量信息無法獲得，只能近似處理為與第一個流正交。基站對雙流波束賦形的信道信息估計困難，雙流間存在一定程度的干擾，都將會影響雙流波束賦形的效果。
針對下行TM8單用戶雙流模式存在的缺陷，可進一步引入下行多用戶復用MIMO傳輸方式（下行MU-MIMO，或稱MU-BF），基站利用波束方向性，將TM8的雙流分配給空間隔離度較好的兩個配對用戶，用戶之間的干擾利用波束賦形算法消除，使兩流間的干擾大幅減小。同時，兩個配對用戶採用正交的導頻連線埠，可共用下行時頻資源進行空分多址傳輸，以進一步獲得多用戶復用增益，提升小區吞吐量。
通過對上行和下行MU-MIMO的性能仿真評估表明，上行MU-MIMO預計能夠提升小區上行平均吞吐量40%左右，下行MU-MIMO較TM3/8自適應傳輸模式而言可提升小區下行平均吞吐量7%左右。
