王召

摘 要：MIMO技術(shù)在不增加系統(tǒng)帶寬和功率的前提下，分別利用發(fā)射分集和空間復(fù)用來增強系統(tǒng)抗干擾能力和提高系統(tǒng)的信道容量，MIMO技術(shù)變成了第四代無線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。OFDM技術(shù)使多徑效應(yīng)的符號之間的干擾得到消弱，但是無法提高對頻譜資源的利用率。故將MIMO技術(shù)與OFDM技術(shù)相結(jié)合，發(fā)揮彼此的優(yōu)點，很好地解決了無線通信中兩大難題。

關(guān)鍵詞：MIMO；OFDM；技術(shù)結(jié)合

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）18-0069-02

OFDM是一種基于正交多載波的頻分復(fù)用技術(shù)，采用多載波調(diào)制的方式，在發(fā)射端把高速的串行數(shù)據(jù)流經(jīng)過串/并轉(zhuǎn)換成N路獨立的低速數(shù)據(jù)流，用N路載波進(jìn)行調(diào)制，然后將調(diào)制的的N路子載波傳送出去，在接收端，根據(jù)正交的子載波單獨進(jìn)行解調(diào)，分離出源端的多路信號。OFDM技術(shù)將高數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成1/N低速數(shù)據(jù)流的速率，符號周期增大了原來的N倍，比信號的最大時延擴展要大得多得多。故一個較寬的頻率選擇性信道被分為N個窄帶平坦衰落的信道，大大提高了多徑衰落和脈沖干擾的能力。此外，時域正交子載波在頻域上頻譜相互重疊，有效提高帶寬的利用率，使得OFDM技術(shù)在寬帶無線通信中得到廣泛應(yīng)用[1]。

1 MIMO-OFDM原理

多徑能導(dǎo)致衰落，所以我們一般認(rèn)為他是有害的，研究已證明，MIMO系統(tǒng)在發(fā)送端和接收端都使用多天線和多個通道，用來來克服多徑效應(yīng)。通信系統(tǒng)中系統(tǒng)容量，其體現(xiàn)了系統(tǒng)的最大傳輸速率，在MIMO系統(tǒng)中，假設(shè)發(fā)射天線數(shù)量為N，接收天線數(shù)量為M，且N、M很大，如果信道為瑞利衰落信道，信道容量可表示為：，其中B表示信號帶寬，表示接收端信噪比。從信道容量所表示形式可看出，當(dāng)MIMO系統(tǒng)的帶寬和信噪比固定時，信道容量隨最小天線數(shù)量增加成線性增加。故多入多出對提高無線通信系統(tǒng)的信道容量提高，還能提高系統(tǒng)的可靠性、降低誤碼率。而3G到4G需要較高的頻譜資源利用技術(shù)，但是OFDM對頻譜利用率是非常有限的。故在OFDM技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)空間資源，也即是我們所說MIMO+OFDM技術(shù)，可將傳輸速率大大提升。由于OFDM具有低碼率并且加了相應(yīng)的時間間隔，因此有較好的抗干擾能力。時間保護(hù)間隔大于多徑時延，因而系統(tǒng)不受碼間串?dāng)_的影響，這樣單頻網(wǎng)絡(luò)（SFN）可運用在OFDM系統(tǒng)中，利用天線來實現(xiàn)。

2 TD-LTE-Advanced系統(tǒng)中MIMO增強技術(shù)

在下行的MIMO中，參考信號發(fā)生了很大的變化，R8的下行公共公共參考信號有下行解調(diào)參考信號（DMRS）和下行測量參考信號（CSI-RS）代替，下行MIMO的反饋不在局限于單碼本反饋，采用顯性反饋（對信道信息量化的方案）得到很多公司的支持[6]。 信道互易性的反饋方案是TDD的一個優(yōu)勢，因而得到很多公司的支持，他能有效的減少反饋開銷，提升系統(tǒng)的性能。

上行SU-MIMO目前有基于碼本和基于非碼本兩種傳輸方式在討論。LTE中下行MIMO類似基于碼本方式傳輸，而FDD系統(tǒng)就是采用這種方式傳輸，因而獲得較好的穩(wěn)定性能。在TDD系統(tǒng)中MIMO傳輸基準(zhǔn)與FDD的碼本方式相似，然而非碼本傳輸方式具有一定的技術(shù)優(yōu)勢，故在標(biāo)準(zhǔn)會議收到關(guān)注并得到廣泛的討論。

3 下行參考信號

LTE-Advanced下行導(dǎo)頻有解調(diào)導(dǎo)頻和測量導(dǎo)頻。解調(diào)導(dǎo)頻運用于數(shù)據(jù)解調(diào)，是用戶專屬的導(dǎo)頻信號，測量導(dǎo)頻運用于信道測量，是小區(qū)專屬寬帶公共導(dǎo)頻信號。這種導(dǎo)頻與R8本質(zhì)區(qū)別是由LTE-Advanced的系統(tǒng)特性決定。LTE-Advanced系統(tǒng)下行要能夠支持更多的天線端口和數(shù)據(jù)流，LTE-Advanced系統(tǒng)要采用與R8系統(tǒng)8端口的公共導(dǎo)頻，則導(dǎo)頻開銷將多出28.6%，，而且很難達(dá)到LTE-Advanced系統(tǒng)對峰值速率的要求；如果采用用戶的導(dǎo)頻結(jié)果，則可依據(jù)用戶的傳輸模式配置導(dǎo)頻，這樣可以大大降低了中高傳輸?shù)膶?dǎo)頻的需求。此外，MU-MIMO/COMP等新技術(shù)的引入了LTE-Advanced系統(tǒng)，只有在使用專用的導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)才能很好的避免新技術(shù)增加終端復(fù)雜度。測量導(dǎo)頻的引入時因為專業(yè)導(dǎo)頻沒有測量、無法獲取寬帶信道信息的能力，而且還具有開銷較小的優(yōu)勢。因此，這兩種導(dǎo)頻組合的下行導(dǎo)頻不僅達(dá)到了LTE-Advanced系統(tǒng)設(shè)計要求，還很好控制了因?qū)ьl帶來的開銷。

3.1 下行解調(diào)參考信號

3.1.1 導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)

導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)有導(dǎo)頻開銷、復(fù)用方式和圖樣3部分組成。信道估計性能和傳輸數(shù)據(jù)的有效資源是導(dǎo)頻開銷的主要考慮的因素。導(dǎo)頻開銷的增加，信道估計的性能將提高，數(shù)據(jù)的有效資源反而較少。如果導(dǎo)頻開銷減少，則數(shù)據(jù)的有效資源將增加，信道估計性能將下降。為此，在進(jìn)行導(dǎo)頻開銷評估時，衡量標(biāo)準(zhǔn)則是根據(jù)系統(tǒng)吞吐量來決定。復(fù)用的方式有FDM、TDM、CDM和混合4種。LTE-Advanced系統(tǒng)下行解調(diào)參考信號采用CDM、CDM與FDM混合服用方式來解決終端的復(fù)雜性，多種新技術(shù)的透明化。

3.1.2 導(dǎo)頻序列

LTE-Advanced下行解調(diào)參考信號的序列設(shè)計有正交碼和擾碼兩部分。區(qū)分不同端口的是正交碼，即CDM復(fù)用方式。正交碼需要做修正（如頻域翻轉(zhuǎn)映射）以使符號間的功率平衡。擾碼的目的在于干擾隨機化。在LTE系統(tǒng)的擾碼是依據(jù)用戶的，而在LTE-Advanced系統(tǒng)專用導(dǎo)頻的擾碼則是依據(jù)于小區(qū)的，并對控制信令進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到保證MU-MIMO能正確解調(diào)的目的。

3.2 下行測量參考信號

下行測量導(dǎo)頻由于LTE-Advanced系統(tǒng)滿足更多端口測量，以保證新技術(shù)（COMP等）的測量性能所引進(jìn)的。其主要圍繞兩個問題進(jìn)行討論：一個是后向兼容問題，主要考慮保留幾個端口的R8 CRS，當(dāng)R8 CRS所配置端口數(shù)與小區(qū)的端口數(shù)相等時，要不要引入下行測量參考信號；二是下行測量參考信號的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，具體考慮R10測量精度，對R8用戶的影響以及小區(qū)協(xié)調(diào)避免導(dǎo)頻干擾等問題[2]。

在LTE-A系統(tǒng)中，下行傳輸實現(xiàn)8天線發(fā)送分集的方法有兩種：一種是以LTE的4天線發(fā)射分集的基礎(chǔ)上，與其他技術(shù)相結(jié)合用來實現(xiàn)8天線的發(fā)送分集；另一種是是利用現(xiàn)有的LTE中發(fā)送分集方案，通過天線虛擬化來實現(xiàn)8天線傳輸。

3.2.1 SFBC+FSTD

復(fù)用4天線發(fā)送分集的方法，直接把SFBC+FSTD可用于8天線傳輸，也即是將要發(fā)送的八個符號聯(lián)合SFBC編碼在進(jìn)行FSTD獲得8天線的信號，如下式所示：

將SFBC編碼形成矩陣單元，把FSTD的方式在8天線上進(jìn)行發(fā)送。通過調(diào)整發(fā)送順序，每一行在一個天線上進(jìn)行發(fā)送，而每列在同一子載波上進(jìn)行發(fā)送，得變換形式。

3.2.2 FSBC+PSD+FSTD

這種方案是在（1）的基礎(chǔ)上進(jìn)一步延伸，不同的是在天線上加了PSD（Phase Switching Diversity），就可得到改進(jìn)的編碼方式，這種方案能使相應(yīng)的分集增益增大。

4 上行參考信號

上行參考信號包含上行解調(diào)信號和上行測量參考信號兩種。用于數(shù)據(jù)解調(diào)，且僅僅用在調(diào)度的數(shù)據(jù)塊內(nèi)插入的是上行解調(diào)參考信號，由于上行參考信號能在某些子幀的最后一個符號周期或非周期的被發(fā)送，因此既可進(jìn)行全帶寬配置，也可進(jìn)行子帶配置，并多次遍歷部分或整個寬帶。兩種信號都利用ZC序列實習(xí)[3]。

4.1 上行解調(diào)參考信號

上行解調(diào)參考信號增強設(shè)計的必要性四個方面：保證天線端口或/用戶正交性，提供更多的正交參考信號資源，保證不同發(fā)送寬帶或不同頻域資源上的參考信號的正交性，保證不同小區(qū)參考信號的正交性[3]。

上行解調(diào)參考信號增強性設(shè)計方案主要包含有：循環(huán)移位增強、循環(huán)移位加時域正交和頻分復(fù)用。循環(huán)移位增強具有很好的后向兼容特性，但是在COMP和MU-MIMO等新技術(shù)場景中無法確保不同流或用戶參考信號的正交性；循環(huán)移動正交加時域的方案不僅增加了參考信號可支持端口數(shù)，還能在參考信號端口數(shù)比較少的時候提高信道估計性能。

4.2 上行探測參考信號

上行測量參考信號增強的必要性兩個方面：上行多天線技術(shù)的引入需要更多的上行測量參考信號資源和更精準(zhǔn)的測量；COMP場景中利用TDD信道互易性時，小區(qū)間上行測量參考信號干擾嚴(yán)重[4]。

上行測量參考方案的增強方案有增加上行測量參考信號的資源數(shù)、單次觸發(fā)上上行測量參考信號、復(fù)用上行解調(diào)參考信號等，但是目前還在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化方案的討論中。

參考文獻(xiàn)：

[1] 佟學(xué)儉，羅濤.OFDM移動通信技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版 社，2003.

[2] 沈嘉.IMT- Advanced 研究和標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展[J].世界電信，2007，（7）.

[3] 王映明，孫韶輝.TD-LTE技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：人民郵電出版 社，2010.