层映射与天线发射.docx
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层映射与天线发射
层映射与天线发射
1引言
层映射与天线发射的概念主要集中在协议36211,其中涉及到MIMO,OFDM等相应的
LTE技术。
这个文档主要是通过一些概念和协议流程，来描述层映射，天线端口等概念和过
程。
这里先说明几个常用的概念。
下行物理信道的产生主要如下图所示：
码字：
所谓多码字，就是在空间复用的多层数据能够进行独立的编码，调制形成单独的数据
流，每个单独的数据流能够进行独立的速率控制，独立的进行HARQ重传。
目前LTE系统
仅仅支持码字最大为
即双流：
2的TB的数据传输，也就是每个TTI最多可以传输2个TB数据，也
秩/层：
层与秩是一一映射的关系。
信道矩阵的秩是由收发天线数量的最小值决定的。
例如4
发2收天线，那么layer/rank=2；4发4收天线，layer/rank=4。
目前LTE对应最多有4层，即码字与层是一个单/多码字与多层的一个关系。
所以存在一个码字与层的映射关系。
层映射：
即码字与天线发端层之间的一个映射关系。
关系有如下对于单码字，可以映射倒多
层，但是单层的即单天线只需要单码字。
多码字可以映射到2层，3层，4层等。
预编码：
将数据由层映射到天线端口，是预编码的过程。
天线端口：
官方的定义是在36211的6.2.2（R9），Anantennaportisdefinedbyitsassociatedreferencesignal.Thesetofantennaportssupporteddependsonthereferencesignalconfigurationinthecell:
Cell-specificrefereneesignalssupportaconfigurationofone,two,orfourantennaportsandtheantennaportnumberpshallfulfilp=0,pandp€t）,1,2,3},respectively.
-MBSFNrefereneesignalsaretransmittedonantennaportp=4.
-UE-specificrefereneesignalsaretransmittedonantennaport（s）P=5,p=7,p=8,or
P{7,8}.
Positioningrefereneesignalsaretransmittedonantennaportp=6
天线端口有两个属性，一个是天线端口号，一个是天线端口配置（天线端口数目）。
天线端口
是一个下行的概念，上行没有规范这样一个概念。
协议非常明白给出，天线端口是定义在参
考基础上的，有小区关联的参考信号，有MBSFN关联的参考信号等。
天线端口有个序号，
即天线端口号，这个序号的编排是协议规范着给提出来的，这个指示简化天线发送的一个概
念，可以理解为逻辑的概念。
天线端口号与天线数目无直接关系，就如所说只是一个编号。
天线端口的物理意义在什么地方？
可以理解，所有的LTE基带信号都是通过天线端口发出去的，不同的物理信号/物理信道在不同的天线端口发送出去。
天线端口的数目与天线数有什么关系，可以理解为每种天线端口的配置中，天线端口的数目与天线数是一致的。
比如小
区专用的参考信号，有3种天线端口的配置，一种是p=0;—种是p={1,2}，—种是p
={1,2,3,4},从这个天线端口配置来看，小区专用参考信号支持1天线，2天线和4天线的发
射方式。
发射分集：
利用空间的弱相关性，并且结合时间和频域上的选择性，为信号传输多个副本，
这样达到增强传输的增益，增加传输的可靠性，改善接收信号的信噪比。
发送分集主要是对
于传输的性能进行改造，并不增大传输的容量。
空间复用：
利用空间的弱相关型，并且在多里的空间新到传输不同的数据流，从而达到增强
数据传输容量的复用技术。
在LTE中，空间复用主要应用在2个码字上进行传输。
波束赋形：
利用空间的强相干性，并且利用波的干涉原理产生辐射方向图，使得辐射方向图
能够自适应的指向用户来波方向，从而提高了信噪比。
波束赋形技术主用应用在比较边缘小
区。
空频块码：
对于2天线的传输，最著名的空时/频块码为Alamouti编码，其编码矩阵为：
S1-S2*
.S2S1*一
即表示在时刻t，天线1上传输符号S1,天线2上传输符号S2；在时刻t+1上，天线1上传
输符号-S2，天线2上传输S1。
这种编码方式称为空时块码（SpaceTimeBlock
Code,STBC）;如果对应到子载波f和子载波f+1,这种编码又称为空频块码（SpaceFrequency
BlockCode,SFBC）。
频域
STBC
SFBC*
CDD（cyclicdelaydiversity）:
是指对于OFDM系统来讲，将同一个OFDM符号分别循环移
CP,
位Dm给样点（m=1,…,M表示天线），每个天线根据各自对应的循环移位之后，加入在发射出去。
可以见下图两天线的示范：
日$Iran^rnitt^r
□FDMmodulaIlion
天线切换分集：
这里属于发射分集的概念。
也即当发射端存在多根天线是，从时间或者频域
上选择某一根天线进行传输。
如果是不同的时间上进行天线的切换，即时间切换传输分集为
（TimeSwitchedTransmitDiversity,TSTD）;如果是不同的频率进行天线切换，即频率切换传输分集（FrequencySwitchedTransmitDiversity,FSTD）,可以使用下图来表示这两种切换分集：
时间切换传输分集
■TSTD
O空子桂派
频率切换传输分集
FSTD
PMI（预编码矩阵指示，见36213的7.2.4）:
对于传输模式4,5,6,预编码反馈用做UE向eNodeB
反馈选择什么码书编号（在36211的Table63423-1orTable6.34232），用于下行、进行合适的预编码。
以上是层映射和天线发送的基本概念，也是MIMO的一些基本概念。
有了这些基本的
概念，可以将协议的一些内容进行描述和理解。
2层映射
层映射与预编码一起来完成MIMO的空间编码过程。
这两个过程其实应该是不可分割
的。
层映射是将一个或者两个码字的数据流映射到空间的不同的“新“的数据流。
在目前协
议R9版本中，最多有4层数据流。
数据的层数也与天线有关。
数据的层数不应该超过天线数目。
对于码字q的数据流d（q）（o）,…,d（q）（MSymb-1），需要映射到v层的数据
x（i）=x（o）（i）i=o,i,…,Msameb—i。
对于映射来讲，有3种不同的映射方法，可以分为单天线映射，多天线的发射分集映射，多天线的空间复用映射。
以下针对这几种情况做一下描述。
2.1单天线映射
单天线的映射，也就只有一层。
对于单天线，也不能用于多码字的映射。
单天线的映射，
也就是一对一的映射。
2.2空间复用映射
可以使用如下的表格来表示：
Table6.3.3.2-1:
Codeword-tcdayermappingforspatialmultiplexing.
■Numberoflayers
Numberofcodewords-
Cockword-tod叭咅rmapping^
订蠶一2
■V
・
一订血¥=二対山“
申闪"叫A呎吶呎
■2*'
2
⑴=小0*W-layw_1/（°）/2J
3⑴二护①+1）21歸/
■3k
卫心*如『“囂7狐7九/"
沪心=护口+1）
■缶
少（门=护（纳*
丹）"叫沖*.flr=DJ//
xw（i）=dc，＞（2r+l）
从表格可以看出来，单码字的可以映射到多天线中；多码字的肯定是要进行多层的映射。
多
层中，有一个3层。
这个层与天线数目不等，使用的是4天线进行传输。
上面的映射来看,
有两个码字和一个码字两种情况。
一个码字时，映射到两个天线，其中层映射与发射分集是
一样的；可以理解为，层1与层2分别将奇偶数据进行映射。
4层可以看成由两种一个码
字的2层的组成的。
2.3发射分集
发射分集不支持双流（双码字），并且只支持2层和4层的映射。
Table5.3.3.3*1:
Ccdeword-to^layermappingfortransmitdiversity.^
■Numberoflayers
Numberof、皱能咚a©劭
Codeword4o*layermapping.^
■2^
工⑴①=-JM蠶二比爲/2"
■4
2
E⑴匚叫呦M监“if辺蠢mod4=J
用（訂=护曲7）,-呎「辺霊+护ifV^tmod4^0
+2）ifxVj^mod4*0uwnullsynibolsshallbe
申（i）-护（4i-3）appeDded协严f.VW_2
3预编码
输入为层数据：
x（i）=X（o）（i）...x（」）（"，i=0,1，…,Msayeb-1
输出为编码后的数据y（i）J-..y（p）（i）…】，i=0,1,…,皿氛-1，p为对应到天线端口。
2.1单天线
单天线的编码很简单，有如下方式构成：
（p）（0）/.\
y⑴=x（i）
这里的天线端口对应了p三；0,4,5,7,8j,总结5种的情况，其中的天线端口可以参见定义。
2.2空间复用
空间复用的编码比较复杂，分为无CDD和有CDD两种情况，在36211中都有介绍。
无CDD可以由如下定义：
W（i）isofsizeP.andi=0,1,…,M-1,皿；洛。
而有CDD的情况，则是W（i）
的权值因子做了进一步的修改，其中的映射如下:
这里对于层3做个计算:
对于W（i）的选择，都是对于Table6.3.4.2.3-1or6.3.4.2.3-2进行选择相应的W（i）;有CDD的预编码有一些限制，而无CDD编码则没有限制。
含有CDD的，2天线的需要选取Table6.3.4.2.3-1的配置0:
For2antennaports,theprecoderisselectedaccordingtoW（i）=6whereC1denotestheprecodingmatrixcorrespondingtoprecoderindex0inTable6.3.4.2.3-1。
4天线的则仅限于在最后4种进行选择：
Inparticular,theprecoderisselectedaccordingtoW（i）=Ck,wherekistheprecoderqi）
indexgivenbyk=
mod4乏百,2,3,4}andCi,C2,C3,C4denoteprecodermatricesIt—）
correspondingtoprecoderindices12,13,14and15,respectively,inTable6.342.3-2。
对于有CDD的，主要是选取最后4个作为编码，为了看一下
IL-11
对于3层的天线，在4个天线端口发射：
_y（0）（iH_x（0）（i）1
=W（i）D（i）U
这里看几个数据发射的图示:
包含CDD,2天线
DU
…+辱+帝
W
AnLL
严a（li
V1—
—
…宅牢-
即两层数据在不同的天线Z间交换传输
2.3发射分集
两天线的发射分集，天线端口
P・⑪代天线输出y（i）h*y（0）（i）y
（1）（i）T为如下编码方式:
y（0）（2i）
I
1
0
j
01
Re（x（0）（i））
y⑴⑵）
1
0
一1
0
j
Re（x⑴（i））
y（0）（2i比）
0
1
0
j
lm（x（0）（i））
y1）（2i十1）
I
1
0
_j
0-
Jm（x
（1）（i））_
从编码映射来看，2天线的发射，在t0和t1时刻发送的只有x0（i）和x1（i）的数据，相对于在某一个时刻发送一个数据，对于数据的吞吐没有什么增益。
下图为2天线的发射分集示意图：
MJJ3'
■•4屈l4j'
0
□們
即
起⑵JI）M
1■爲婭勺削L4i
1
1
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0
冲用
1■期婭7刑V4J
=77
〔卜
D的
也町
严c«）严
ry
—仰町0
0
层映射b=f&阁
gAnlrnTu
■刃天线悄况
2ndAnlennaP«srt
4天线的公式映射比较复杂，具体可以参见协议36211，下面是一个示意图:
■四天线惜况
4RE映射
RE映射是指天线端口P的数据y（p）（o）,…,y（p）（MSymbT）从y（p）（0）开始映射到k,i的
RE资源上。
5MIMO相关
亜用
开环那复用
C高卿燉＞
4x2I
闵环空间
单展
闭环仝间
复用
+
4x2
2<2
Rank-1
Qx2
（低酥倉）
（低憧坊握」
（偎速场咼〕
►覆畫
图3-3M1M0使用示宜图
2天线发射分集频率示意图
4天线发射分集频域示意图
Freq
AntennaO
>Spatialmultiplexing
*MU-M1MO（assumingeachUEtransmitfromoneantenna）onULissupported.MainlyusedasVirtualM1MO（V-MIMO）
*SU-MIMO（eachUEtransmitswithtwoormoreantennas）isnot
supportedinRel8（捕捉当前两眷
c丄！
_■n二一！
亠一■ji_-1丄！
■亠］i亠a.亠亠亠__$cfnn界i
UplinkMU-MIMO
•TosupportuplinkMU-MIMO,eNBschedulestwoormoreUEtransmitonthesameuplinkresources,eachwithonetransmitantenna.
•Theuplinkdemodulationreferencesignals（DMRS）usedbyeachUEcanbeseparatedbyusingdifferentcyclicshiftsIoguaranteegoodchannelestimationperformance・
•Thiscyclicshiftindication（CSI）issignaledonuplinkgrant.
•ThedifferentcyclicshiftsusedbyeachUEisusedtomapACK/NACKfromeachUEtodifferentPHICHchanneL
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