“原文 Understanding LTE with MATLAB ,作者Houman Zarrinkoub，本文是对于该书的翻译，书中的专业性词汇给出了英文原文，图和表的排版都是参考原文，翻译不准确的地方请读者多多包涵。
本文仅限于个人学习，研究，交流，不得用于其他商业用途！”
2.15 MIMO模式
表2.10总结了LTE传输模式和相关的多天线传输方案。模式1使用接收分集，模式2基于发射分集。模式3和模式4分别是基于开环和闭环预编码的空间复用的单用户实现。模式3还使用CDD（前面讨论）。
基于模式4并且层数最多为1，模式5指定了一个非常简单的多用户MIMO开机启动模式。模式6具有波束形成和模式4的特殊情况，其中层的数目设置为两个。LTE模式7-9实现了不使用码本的空间复用版本，其层数分别为1、最多2和4-8。LTE-Advanced（版本10）通过引入模式8和9引入下行链路MU-MIMO的主要增强。例如，模式9支持八个发射天线，用于多达八层的传输。这些进展直接源于引入新的参考信号(CSI-RS和DM-RS)，使得能够进行基于非码本的预编码，从而采用低开销的双码本结构[4]。
2.16 物理层处理
为了理解LTE
PHY，我们必须指定以下操作顺序。首先，描述导致调制符号的信道编码、加扰和调制，然后描述将调制信号映射到资源网格的步骤，包括映射用户数据、参考信号和控制数据。然后，指定允许多天线传输的MIMO模式。不同的MIMO算法包括指定层映射，该层映射描述每帧使用多少个发射天线以及在调制比特被映射到所有发射天线的资源网格之前对它们应用什么预编码变换。
2.17 下行链路处理
在发射机中执行的信号处理操作链可以概括为传输块处理和物理信道处理的组合。处理栈在描述复用和信道编码[5]以及物理信道和调制的3GPP文档中完全指定。应用于DLSCH和PDSCH组合的基带信号处理链可以概括如下：
图2.16示出了应用于从MAC层传送到PHY的传输块的信号处理的组合，直到OFDM信号被传送到天线以进行传输。
LTE下行链路传输中的每个部分将分别在章节4–7中描述的详细描述。在第四章中，我们将精心安排的在线DLSCH处理和在线加扰调制映射器的功能。在第五章中，我们将详细的OFDM传输方案中使用的多载波传输技术。第六章中，我们将回顾不同的细节，以实现多输入多输出（MIMO）的标准。第七章中，我们将描述使用不同的链路适配功能，根据信道条件动态调度资源的控制通道。
2.18 上行处理
应用于ULSH和PUSCH的组合的信号处理操作的链概括如下：
传输块CRC附件；
代码块分割和代码块CRC附件；
基于三分之一速率的Turbo；
速率匹配以处理任何请求的编码率；
代码块级联生成码字；
加扰；
调制置乱比特以产生复数符号；
将调制符号映射到一个或多个传输层；
DCT变换预编码以生成复值符号；
复值符号的预编码；
预编码符号到资源元素的映射；
生成每个天线端口的时域SC-FDM信号。
图2.17示出了应用于传送到PHY的传输块的信号处理的组合，直到SC-FDM信号被传送到天线以进行传输。在描述复用和信道编码[5]以及物理信道和调制[3]的3GPP文档中也完全指定了处理栈。
在本节中，我们将描述上行链路传输的两个不同部分：基于DFT预编码OFDM的SC-FDM和MU-MIMO。
2.18.1 SC-FDM技术
在LTE中，利用DFT对调制符号进行特殊预编码，在频域内产生SC-FDM信号。注意，SC-FDM信号生成与OFDM信号生成几乎相同，只是引入了附加的M点DFT。通常，计算DFT比计算FFT的计算效率低。然而，我们可以找到有效的实现为某些DFT的大小是素数。这就是LTE将M点DFT大小指定为两个、三个或五个倍数（所有素数）的原因。
在上行链路传输中，在编码、加扰和调制之后，并且在资源元素映射之前，基于DFT的预编码器被应用于每一层的调制符号。然后，在IFFT操作和循环前缀插入之前，将DFT变换的符号映射到频率子载波，这最终导致SC-FDM信号生成。作为SC-FDM符号传输的任何单个用户的数据符号必须在资源网格中是连续的或均匀间隔的。
DF预编码符号在资源网格内的局部映射意味着整个分配在频率上是连续的。这导致可接受的信道估计性能，因为导频是连续的，并且简单的内插技术可用于信道估计。此外，基于连续资源块模式的频谱中不同用户的复用是相当容易的。另一方面，分布式映射意味着所分配的带宽在频率上均匀分布。这种类型的映射提供了频率分集的良好度量。然而，由于它还分配导频，因此所得到的信道估计性能将受到影响。在分布式映射中复用所有用户在频谱中也将更加困难。因此，分布式或局部频率分配代表频率分集和性能之间的典型折衷。
2.18.2多用户多入多出
在移动系统中，移动终端处的接收天线N的数量通常小于基站处的发射天线M的数量。由于MIMO系统提供的容量增益由参数min(M,N)缩放，所以SU-MIMO的容量增益受接收机(N)处接收天线的数目限制[4]。
在下行链路传输中，这个问题用MU-MIMO技术来解决，作为传输模式7—9提供。然而，在上行链路中，LTE版本8一次仅支持在移动终端上的一个发射天线上的传输，尽管可能存在多个天线。这种选择的动机是试图最小化移动硬件的成本、功率和复杂性。
天线选择可用于在任何时间从多个发射天线中选择一个。在这种情况下，移动发射天线的选择可以由基站处理和信令，或者由移动终端本地管理。上行MU-MIMO可以看作是一个MIMO系统，其中不同的用户在相同的资源块上传输他们的流，而每个用户在其移动单元中的单个天线上进行传输。
图2.18显示了这种上行链路MU-MIMO场景的框图。在这个例子中，我们通过配对移动单元的配对来形成一组MU-MIMO对。基站在相同的子帧和相同的资源块上为MU-MIMO对内的每个UE调度上行链路传输。根据系统带宽中可用的资源块的数量，我们可以同时调度多个MU-MIMO对。配对可以基于诸如功率控制、单个信道质量和干扰分布等考虑在时间上改变。虽然在我们的示例中显示了两个配对用户，但是LTE-Advanced中的DM-RS和CSI-RS参考信号的组合允许我们在MU-MIMO中共享最多8个共享相同资源块的移动终端。有关MU-MIMO的更多信息，读者可参阅[4]。
2.19 总结
在本章中，我们研究了LTE标准的PHY规范。我们专注于确定足够的一组元素的PHY模型，需要深入了解这个问题。首先，我们检查了标准的空中接口，详细描述了它的频带、带宽、时间帧和时频结构。然后，我们阐述了标准的OFDM多载波方案：下行传输和上行链路传输的SC-FDM。我们确定了OFDM资源网格的组成部分，这是理解PHY建模的基础。本文还讨论了上行链路和下行链路的帧结构。
然后，我们概述在上行链路和下行链路传输中使用的物理信道和物理信号。我们还介绍了在标准中使用的MIMO方案，它完全指定各种传输模式。最后，总结了下行链路和上行链路传输的操作顺序。在第4章到第7章中，我们将使用MATLAB工具来对各个部分进行详细的数学建模。
参考文献
[1] Ghosh, A. and Ratasuk, R. (2011) Essentials of LTE and LTE-A, Cambridge University Press, Cambridge.
[2] Dahlman, E., Parkvall, S. and Sköld, J. (2011) 4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband, Elsevier.
[3]
3GPP (2011) Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA), ,
Physical Channels and Modulation Version 10.0.0. TS 36.211, January
2011.
[4]
C. Lim, T. Yoo, B. Clerckx, B. Lee, B. Shim, Recent trend of multiuser
MIMO in LTE-advanced, IEEE Magazine, 51, 3, 127–136, 2013. [5] 3GPP
(2011) Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA), Multiplexing
and Channel Coding. TS 36.212.
本章完
2018/11/1
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