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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目前支持的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) 华为设备计算方法： (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支持多天线发射，UE暂不支持多天线发射。 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最大支持2层，下行4x4MIMO最大支持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支持Rank等于1或2，下行4x4 MIMO支持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 华为MIMO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均支持多天线接收。 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支持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支持根据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. 各厂商配置华为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