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1. 基本概念2.1 MIMO的定义 1.1 双流比的定义 双流比是指UE在双流传输状态下消耗的流量与UE消耗的总流量（包括单流和双流）的比例。 这里的流指的是数据流，数据传输的一种形式，而“单”“双”是指有多少路数据在同时传输。在LTE中，数据传输有普通天线传输，分集传输和MIMO空间复用。 l 普通的单天线传输，数据流只有一路，所以是单流 l 分集传输，虽然有多路数据在传输，但两路数据流传输的顺序不同，内容相同，所以对用户来讲，还是单流，只是提高了数据传输的有效性 l MIMO空间复用利用多个天线，同时传输不同的内容，对于用户来说，相当一次有多路数据流，即称为双流 RI（Rank Indicator），秩指示，用来指示PDCSH的有效的数据层数。通知eNodeBUE目前支撑的CW（code word码字）数，RI=1，1CW;RI>1，2CW。秩是一个客观存在的东西，即信道矩阵EBB分解后特征值不为0的特征向量的个数，终端会将测得的Rank值RI上报给eNodeB，但是eNodeB用RI仅作为选择layer数即流数的一个参考。在TM3模式下，可根据RI的数值判断UE的单双流状态。若RI=1，UE处于单流的传输状态；若RI=2，UE处于双流的传输状态。 CQI（Channel Quality Indicator），信道质量指示；CQI用来反映下行PDSCH的信道质量。用0-15来表示质量最差，15表示信道质量最好。UE在PUCCH/PUSCH上发送CQI给eNodeB，eNodeB得到这个CQI值后判断当前的PDSCH无线信道条件从而调度PDSCH；LTE下行中的AMC（自适应编码调制）就是依据CQI。 PMI（Precoding Matrix Indicator）预编码矩阵指示,用来指示码本集合的index。只有TM4，6，8才有PMI反馈。 单双流是否启动，是由终端上报的CQI决定的，而终端上报的CQI又由SINR指值决定，所以优化单双流最关键的是进行SINR值的优化。 1.2 双流比的计算方法 (1) HUAWEI设备计算方法： (2) 中兴设备计算方法： (3) 爱立信设备计算方法： 说明： pmRadioTxRankDistr[0]表示在TM2模式下RANK0 的分布 pmRadioTxRankDistr[1]表示在TM3模式下RANK1 的分布（即单流） pmRadioTxRankDistr[2]表示在TM3模式下RANK2 的分布（即双流） [0]: Transmit diversity [1]: Open Loop SM Rank 1 [2]: Open Loop SM Rank 2 [3]: Closed Loop SM rank 1 [4]: Closed Loop SM rank 2 1.3 传输模式和MIMO方案对应关系 单双流在LTE中通过看网络的传输模式即可区分，传输模式是不同MIMO方式的组合，是针对业务信道定义的，由RRC配置。 传输模式 协议MIMO方案 含义
TM1 单天线口（port 0） 在该传输模式下，采用单天线口port 0方案。
TM2 发射分集 在该传输模式下，采用开环发射分集方案。
TM3 发射分集 在该传输模式下，当发射的空间数据流数等于1时，采用开环发射分集方案。
大延迟CDD空间复用 在该传输模式下，当发射的空间数据流数大于1时，采用大延迟CDD空间复用方案。
TM4 发射分集 在该传输模式下，当发射端的信号处理不利用UE反馈的PMI时，采用开环发射分集方案，空间数据流数等于1。
闭环空间复用 在该模式下，当发射端的信号处理利用UE反馈的PMI时，采用闭环空间复用方案，空间数据流数等于或大于1。
TM5 MU-MIMO传输模式 主要用来提高小区的容量。
TM6 发射分集 在该传输模式下，当发射端的信号处理不利用UE反馈的PMI时，采用开环发射分集方案，空间数据流数等于1。
单流的闭环空间复用 在该传输模式下，当发射端的信号处理利用UE反馈的PMI时，采用闭环发射分集方案，空间数据流数等于1。
TM7 Rank1的传输 主要适用于小区边缘的情况。
TM8 Port5的单流Beamforming模式 可以用于小区边缘也可以应用于其他场景。
TM9 发射分集 在该传输模式下，当发射端的信号处理不利用UE反馈的PMI时，对于非MBSFN子帧，如果PBCH的天线端口数为1，使用单天线端口（端口0）发射，否则使用发射分集方案，空间数据流数等于1。
空间复用 在该模式下，当发射端的信号处理利用UE反馈的PMI时，采用空间复用方案，空间数据流数大于或等于1。 ENodeB自行决定某一时刻对某一终端采用什么传输模式，并通过RRC信令通知终端。 传输模式是针对单个终端的，同小区的不同终端可以有不同的传输模式, 目前，现网一般开启TM3模式。模式3到模式8均含有发射分集，当信道质量快速恶化时，eNodeB可以快速切换到模式内的发射分集模式。 DCI(DownlinkControl Information),是LTE系统用于给终端传送控制和调度信息。DCI格式的大小取决于其功能以及系统贷款，DCI消息的格式定义域很多规则相关。DCI的选择主要取决于上行还是下行调度，不同的MIMO和分集选项等。DCI的主要格式如下表所示： DCI格式 用途
0 用于调度PUSCH
1 用于调度一个PDSCH码字
1A 用于紧凑地调度一个PDSCH码字或用于由PDCCH order 触发的随机接入过程（Format1的压缩形式）
1B 用于紧凑地调度一个PDSCH码字和预编码信息（Rank-1发送），包含预编码信息
1C 用于非常紧凑地调度一个PDSCH码字
1D 用于紧凑地调度一个PDSCH码字和预编码及功率偏置信息（多用户MIMO)
2 用于调度PDSCH给配置闭环空间复用MIMO模式的UE
2A 用于调度PDSCH给配置开环空间复用MIMO模式的UE
3 用于传送PUCCH和PUSCH的TPC(Transmit Power Control)命令，包含2比特功率调整信息
3A 用于传送PUCCH和PUSCH的TPC命令，包含1比特功率调整信息 TM3/TM4/TM6/TM9等是用“发射分集”还是“空间复用”就是通过DCI信息区分的。DCI里面里面携带的调度信息可以调度单流或者双流，如果调度单流，就是传输分集，如果调度双流，就是空分复用。 2. 工作原理2.1 MIMO技术 MIMO（Multiple Input Multiple Output）技术是一种能成倍提升系统频谱效率的技术。MIMO是对单发单收 SISO（SingleInput Single Output）的扩展，泛指在发送端与/或接收端采用多根天线，并辅助一定的发射端和接收端信号处理技术完成通信的一种技术。如下图所示，一般称为MxN的MIMO系统，其中M表示发射天线数，N表示接收天线数。广义上讲，单发多收SIMO（Single Input Multiple Output）、多发单收MISO（Multiple Input Single Output）以及波束赋形BF（Beam Forming）也属于MIMO的范畴。 多输入多输出原理图
 MIMO信道容量随发送端和接收端最小天线数目线性增长，同时MIMO还能够通过信号处理技术提高无线链路传输的可靠性和信号质量。因此，MIMO技术不仅可以提升系统容量和覆盖，还可以带来更高的用户速率和更优质的用户体验。 2.2 MIMO的增益 (1) 功率增益 假设每根天线的发射功率相等，则采用M根天线发射相对单天线发射可获得的功率增益为10log(M) dB。 (2) 复用增益 复用增益来源于空间信道理论上的复用阶数。 MxN的MIMO系统提供的理论上的系统容量能力为SISO系统的min（M，N）倍。 (3) 分集增益 分集增益来源于空间信道理论上的分集阶数，可以提高接收端信噪比稳定性，从而提升无线信号接收可靠性。 相同条件下MxN的MIMO系统的收发信号错误概率为SISO系统的1/(M*N)。 (4) 阵列增益 理论上，1xN的SIMO系统和Mx1的MISO系统相对于SISO可获得的阵列增益分别为10log(N) dB和10log(M)dB。 3. 多天线发射3.1 多天线发射概念 多天线发射是指在发射端使用多个天线发射信号，并对发射信号采用一定信号处理算法的MIMO技术。 eNodeB支撑多天线发射，UE暂不支撑多天线发射。 3.2 下行处理过程 LTE的下行物理信道处理流程如下图所示，涉及码字、层、秩、预编码和天线口。 图 LTE下行物理信道处理流程
 不同的下行传输方案的码字数、层、秩和天线口信息如下 表所示。其中，SFBC（Space-Frequency Block Coding）是2天线口的发射分集方案，SFBC+FSTD （Frequency Switched Transmit Diversity）是4天线口的发射分集方案，Precoding for large delay CDD是开环空间复用方案，Prcodingwithout CDD是闭环空间复用方案。 表 下行传输方案与码字、层、秩以及天线端口的对应关系表 | 下行传输方案 | 码字数 | 层数 | 秩 | 天线端口 | | SIMO | 1 | 1 | 1 | 0 | | SFBC | 1 | 2 | 1 | 0,1 | | SFBC+FSTD | 1 | 4 | 1 | 0,1,2,3 | | Precoding for large delay CDD | 2 | 2 | 2 | 0,1 | | 2 | 2 | 2 | 0,1,2,3 | | 2 | 3 | 3 | 0,1,2,3 | | 2 | 4 | 4 | 0,1,2,3 | | Precoding without CDD | 1 | 1 | 1 | 0,1 | | 1 | 1 | 1 | 0,1,2,3 | | 2 | 2 | 2 | 0,1 | | 2 | 2 | 2 | 0,1,2,3 | | 2 | 3 | 3 | 0,1,2,3 | | 2 | 4 | 4 | 0,1,2,3 |
(1) 码字 码字是指来自上层的业务流进行信道编码之后的数据。不同的码字区分不同的数据流，其目的是通过MIMO发送多路数据，实现空间复用。 为了降低多码字的CQI反馈开销和ACK/NACK上报开销，LTE系统的码字数最多为2。发射分集方案的码字数为1。当发射端和接收端同时配置两根或更多天线，选择一个码字还是两个码字进行数据传输，取决于无线信道条件和终端的能力级别。双码字传输主要适用高SINR和低信道相关性的场景，且需要UE能力级别大于或等于2。 (2) 层 由于码字数量和发射天线端口数量可以不一致，因此需要将码字流映射到不同的发射天线端口上。层映射与预编码实际上是“映射码字到天线端口”过程的两个子过程。层映射首先按照一定的规则将码字流重新映射到多个层（新的数据流）。预编码再将数据映射到不同的天线端口上。对于发射分集，层数等于小区参考信号的端口数。对于空间复用，层数等于调度的独立数据流的数目，多层传输要求UE的能力级别大于等于2。下行2x2 MIMO和4x2 MIMO最大支撑2层，下行4x4MIMO最大支撑4层。 (3) 秩 发射分集方案的Rank=1，空间复用方案的Rank等于传输的层数。下行2x2 MIMO和4x2 MIMO支撑Rank等于1或2，下行4x4 MIMO支撑Rank等于1、2、3或4。 (4) 预编码 预编码实现从层到天线端口的映射。 (5) 天线端口 天线端口指用于传输的逻辑端口，与物理天线不存在一一对应关系，一个天线端口及其对应的数据可以在一根物理天线上发送，也可以在多根物理天线上发送。 信道的弱相关性，结合时间、频率上的选择性，在发射端将信号和信号副本进行一定编码处理后发送。接收端将经历不同衰落路径的信号和信号副本进行合并，相对于不采用发射分集直接发射信号的方式，合并后的信号由于获得分集增益，可靠性得以提高。 根据发射端信号处理采用的预编码矩阵是否由UE反馈得到，可将发射分集分为开环发射分集和闭环发射分集。开环发射分集发射端信号处理采用的预编码矩阵是预定义矩阵，不依赖UE反馈；闭环发射分集发射端信号处理采用的预编码矩阵是通过UE反馈得到。 3.4 空间复用 空间复用是指在同一时频资源上，传输多个空间数据流。由于空间信道的维数比单天线增加了，故空间复用能够获得复用增益，扩大系统容量。 根据发射端信号处理采用的预编码矩阵是否由UE反馈得到，可将空间复用分为开环空间复用和闭环空间复用。开环空间复用发射端信号处理采用的预编码矩阵是预定义矩阵，不依赖UE反馈；闭环空间复用发射端信号处理采用的预编码矩阵是通过UE反馈得到。 3.5 多天线发射工作模式 (1) 固定配置传输模式 传输模式下，eNodeB为小区中所有UE固定配置一种MIMO传输模式，常见的有TM2、TM3、TM4和TM6。 传输模式 典型应用场景
TM2 发送分集模式，适用于用户的SINR较低的场景，如小于边缘或感知较大的地方，特别是用户的SINR普遍较低且移动速度高的场景
TM3 开环空间分集，适用于用户的SINR较高，特别是存在较高SINR的用户且用户移动速度偏高的场景，RI=1.传输分集；RI>1，空间复用
TM4 闭环空间分集，适用于用户的SINR较高，特别是存在较高SINR的用户且用户移动速度低或者静止的场景，用于提供高的数据率传输
TM6 Rank1的传输，适用于用户的SINR较低，特别是SINR普遍较低且用户移动速度低或者静止的场景，如边小区边缘用户 (2) 自适应配置传输模式 自适应配置传输模式下，eNodeB能为小区中不同UE配置不同的MIMO传输模式。 由于无线信道环境的复杂性和多样性，导致无线网络中用户的信道状况不同，因此多天线发射特性建议采用自适应配置传输模式，根据无线信道状况自适应配置传输方案。 几种典型场景下的建议： (1) 信干噪比较高和无线信道的相关性低的用户，采用空间复用相对发射分集能带来吞吐量增益。 (2) 信干噪比较低的用户，采用空间复用相对发射分集可能有负增益。 (3) 静止或者移动速度较低的用户，采用闭环发射分集或闭环空分复用，相对采用开环发射分集或开环空间复用能带来性能增益。 (4) 移动速度较高的用户，采用闭环传输相对开环传输可能不仅没有性能增益或者是负增益，还增加系统的反馈开销。 表4-6 多天线发射场景列表 HUAWEIMIMO方案 典型应用场景
开环发射分集 SINR低且用户移动速度高
开环空间复用 SINR高且用户移动速度高
闭环发射分集 SINR低且用户移动速度低
闭环空间复用 SINR高且用户移动速度低 4. 多天线接收4.1 多天线接收概念 多天线接收是指在接收端使用多个天线接收信号，并对接收信号采用一定信号接收合并算法进行合并的MIMO技术。 eNodeB和UE均支撑多天线接收。 eNodeB侧多天线接收包括接收分集和多用户虚拟MIMO两种方案。 4.2 接收分集模式 接收分集方案下，UE通过一根发射天线发送信号，不同UE占用不同的时频资源。eNodeB使用多个天线接收信号，对多个天线上收到的信号进行合并，实现SINR的最大化，可获得分集增益和阵列增益，从而提升小区容量和覆盖。 由于无线信道的衰落特性，发射端与接收端之间的无线信道会随时间出现深衰落（10~20dB），从而造成接收信号SINR的波动。由于不同天线上信号的深衰落通常不会同时出现，当不同天线上的接收信号进行合并后，信号深衰落的概率相对于单根接收天线减小，从而获得分集增益。另一方面，由于不同天线上的白噪声是不相关的，合并后噪声功率保持不变，而信号能量合并后却成倍提高，从而获得阵列增益。 接收分集原理图
 UE发送的信号x经过不同的信道到达eNodeB的M根天线r1~rM，eNodeB对各路接收信号分别乘以权值wi，然后对各天线上的信号进行合并，得到信号y。合并后的信号可以表示为： y=W(Hx+N) 其中， · W=(w1…… wM)为各天线的接收权值组成的1xM维的向量 · H=(h1…… hM)T为Mx1空间信道矩阵。hi为信道系数，上标T表示转置运算。信号经历信道后幅度和相位都会发生变化，信号乘以信道系数得到经历信道后的信号。 · N=(n1…… nM)T为各天线接收到的噪声组成的Mx1维的向量 · x：发送信号 接收分集的关键在于接收合并，即各天线上的权值W的计算。 4.3 多用户虚拟MIMO模式 多用户虚拟MIMO模式下，多个用户占用相同的时频资源，它除了与上行接收分集一样获得分集增益、阵列增益外，还获得复用增益。 多用户虚拟MIMO的系统增益取决于配对用户的SINR以及UE信道之间的相关性： · 当两个UE的SINR较高而且用户的信道相关性接近正交的时候，彼此之间的干扰可以很好地消除，虚拟MIMO可以充分地利用良好的信道条件，为小区增加额外系统容量。 · 当两个UE的信道相关性较强或者SINR较低的时候，彼此之间的干扰无法很好地消除，虚拟MIMO反而可能导致系统的吞吐量下降，因此，需要避免选择SINR较低的用户参与配对，另外需要避免将两个相关性较强的用户配对在一起。 当网络中有一定数量较高SINR的低速用户时，建议打开LOFD-001002 上行 2x2 MU-MIMO、LOFD-001058 上行 2x4 MU-MIMO，以提高网络的频谱效率。由于高速和超高速用户的信道状态变化非常快，无线链路的稳定性较差，这类用户不适合过于激进地进行多用户虚拟MIMO，因为配对调度反而可能导致性能下降。 4.4 自适应方案切换 eNodeB支撑自适应接收分集模式或多用户虚拟MIMO模式选择和切换。 当开关CellAlgoSwitch. UlSchSwitch的子开关UlVmimoSwitch打开时，eNodeB支撑根据UE的信道条件进行接收分集和多用户虚拟MIMO的自适应选择和切换。若eNodeB配置2根接收天线，则将自适应地在LBFD-00202001 上行2天线接收分集和LOFD-001002 上行 2x2 MU-MIMO之间进行切换。若eNodeB配置4根接收天线，则将自适应地在LOFD-001005 上行4天线接收分集和LOFD-001058 上行 2x4 MU-MIMO之间进行切换。 eNodeB每TTI都进行多用户虚拟MIMO配对的尝试，当目标用户和选择的用户配对成功，则这两个配对成功的用户进入多用户虚拟MIMO模式，否则目标用户回退到接收分集模式。 5. 各厂商配置HUAWEI网管对传输模式的配置分为固定配置模式和自适应配置模式，主要有固定配置-TM2、固定配置-TM3、固定配置-TM4和开环自适应，默认配置为TM3。 现网中兴设备区的小区TM模式（切换模式flagSwiMode）可选范围如下： 中兴TM模式设置 中兴目前现网只有“强制使用TM1（1）”与“TM3内部切换模式（3）”两种设置。当采用“强制使用TM1（1）”设置时，手机不上报RI，小区无双流模式。当采用“TM3内部切换模式（3）”设置时，终端根据信道相关情况上报RI=1或RI=2，小区视情况为终端分配双流模式。 爱立信网管配置的传输模式（TransmissionMode）可配置范围为：TM2、TM3、TM4、TM7、TM8，默认配置为TM3。
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发表于 2015-10-8 17:13:33
