多天线技术对于提升传输速率、提升传输可靠性、改善系统频谱效率及抑制干扰有着十分重要的作用,因而在无线接入系统中有着十分广泛的应用[1]。多天线传输方案大致可分为分集、空分复用与波束赋形三大类[2]。其中,分集技术可以利用并行通道传输相同或具有一定冗余度的数据,以提升传输的可靠性,达到抗衰落的目的。空分复用技术可以利用多个天线构成的并行信道传输不同的数据流,从而直接提升数据传输速率。波束赋形技术可以根据发射机掌握的信道状态信息,对发射信号进行预处理,将信号能量集中到某个特定的方向,从而直接提高接收信号的信噪比。
多天线技术包括智能天线技术和MIMO技术。基于WCDMA,CDMA2000和TD-SCDMA技术的第三代移动通信系统应用了智能天线技术。该技术采用了多阵元天线,与MIMO技术不同的是,其通过不同发射天线发送相同数据,形成指向某些用户的波束,从而有效提高天线增益,降低用户间干扰。因此,智能天线技术实质上是一种分集技术,没有实现空分复用。 MIMO技术在3G向LTE系统演进过程中被引入,与正交频分复用技术相结合,在LTE系统中起到了巨大作用。实际上,LTE系统的物理层架构正是建立在MIMO+OFDM基础之上的。LTE系统的第一个版本,就对包括发射分集、空分复用、多用户MIMO及波束赋形技术在内的几乎所用多天线技术进行了标准化[3]。并且,在LTE系统后续演进中,对多天线技术的完善与增强始终是其最重要的发展路线之一。 3GPP LTE技术规范R8版本定义的多天线技术,下行最多支撑4天线4层发射,上行支撑单天线发射;R9版本中下行引入了双流波束赋形技术;R10版本对多天线技术进行了进一步增强,下行最多支撑8天线8层发射,下行最多支撑4天线4层发射,峰值频谱效率可以提高至30 bits/s/Hz,上行15 bits/s/Hz。 LTE最终版本中共定义了九种下行链路多天线传输模式[2](TM,Transmission Mode),各模式功能描述如下表所示。 TM1为单天线传输模式,主要用于室内分布系统,或其它模式出现故障时。 TM2为发射分集,适合于小区边缘干扰较大情况,有时也用于高速情况,能够提供分集增益,提高通信可靠性。 TM3为开环空分复用,终端不需要反馈PMI,适合于终端高速移动的情况。 TM4为闭环空分复用,终端需要反馈PMI和rank,适合于信道条件比较好的场景,用于提高数据传输速率。 TM5为多用户MIMO,即空分多址,主要用于提升小区容量。 TM6为FDD模式下的单层闭环波束赋形,用于提升信号覆盖范围。 TM7为TDD模式下的单流闭环波束赋形,用于提升信号覆盖范围。 TM8为TDD模式下的双流闭环波束赋形,是TM7的演进,在波束赋形的同时,基站同时发送两路数据流,实现了空分复用。 TM9为R10版本新增模式,最多可以支撑8层传输,用于提升传输速率。 TM7、TM8、TM9一般用于TDD模式,收发两端都基于8通道天线,无法在两通道终端设备上实施
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