MIMO-ТЕХНОЛОГИЯ в LTE-ADVANCED

Нисходящая линия связи восьмислойной Single-User MIMO технологии.

Максимальная спектральная эффективность в LTE-Advanced составляет 30 бит/с/Гц. Для достижения такого высокого результата в SU-MIMO необходимо использовать большое количество антенн. Было решено расширить число слоев передачи нисходящей линии SU-MIMO в LTE-Advanced до максимума в 8 слоев [1]. Число слоев передачи выбирается путем адаптации ранга. Большой проблемой радиоинтерфейса в поддержке до 8 слоев является структура опорного сигнала (RS), используемая для измерения индикатора качества (CQI) физически совместно используемого канала нисходящей линии связи (PDSCH) и демодуляции.

Состояние канала данных (CSI) – RS.

Для измерения CQI с 8-антеннами, в новый CSI-RS указаны в спецификации к общим RS (CRS), определенные в LTE Rel. 8 c четырьмя антеннами. Тем не менее, для того, чтобы обеспечить обратную совместимость с LTE Rel. 8 в LTE-Advanced, оборудование пользователя (UE) LTE Rel. 8 должно поддерживаться в той же частотной полосе, что и для LTE-Advanced.  Таким образом, вмешательства LTE-Advanced в PDSCH в LTE Rel. 8 UE, вызванное поддержкой CSI-RS, должно быть сведено к минимуму. Для того, чтобы достичь этого, CSI-RS мультиплексируются в течение более длительного периода по сравнению с СRS, раз в несколько субкадров. Это объясняется тем, что точность оценки канала для измерения CQI ниже по сравнению с демодуляцией, и требуемая точность может быть получена до тех пор, пока CSI-RS отправляется примерно один раз за цикл обратной связи. Еще одна причина этого заключается в том, что LTE-Advanced, которая обеспечивает более высокую скорость передачи данных, будет разработана в дополнение к LTE Rel. 8, и, как ожидается, будет принята в основном в средах с малой подвижностью.

Пример мультиплексирования конфигурации CSI-RS показан на рисунке 1

Рисунок 1. Пример мультиплексирование конфигурации CSI-RS.

Специфичные для пользовательского оборудования опорные сигналы (UE-RS).

Чтобы разрешить демодуляцию восьми слоев SU-MIMO, то UE-RS были расширены для передачи SU-MIMO, используя гибрид с кодовым разделением каналов (CDM) и мультиплексирование с частотным разделением (TDM) (рисунок 2). Модель UE-RS для каждого ранга (количество слоев), показана на рисунке 3. Конфигурация UE-RS в LTE-Advanced также была оптимизирована в отличие от  LTE Rel.8, расширяя его для SU-MIMO, а также адаптируя формирование луча,  путем применения двумерного частотно-временного ортогонального CDM мультиплексированного между слоями передачи [2].

Рисунок 2. Мультиплексирование UE-RS.

Рисунок 3. Конфигурация UE-RS.

Нисходящая линия связи MU-MIMO технологии.

В дополнение к пиковой скорости передачи данных, емкость системы и пропускная способности для пользователей находящихся на границе ячейки, также должны быть увеличены в LTE-Advanced, по сравнению с LTE Rel. 8. MU-MIMO является важной технологией для удовлетворения этих требований [3]. Вместе с MU-MIMO и CoMP, на eNode применяются различные сложные способы обработки сигнала, для того чтобы уменьшить помехи между слоями передачи, в том числе адаптивной передачи луча (zero-forcing К, блок-диагонализации и т.д.), адаптивного управления мощностью передачи и одновременной передачи нескольких ячеек. При применении этих сложных методов передачи, устройство eNode мультиплексирует UE-РС, описанные выше, с PDSCH, позволяя абонентскому оборудованию демодулировать PDSCH без использования информации о технологии передачи, применяемой eNode.

Это повышает гибкость в применении сложных методов передачи по нисходящей линии связи. С другой стороны, необходимы расширения обратной связи PMI/CQI/RI, применяющие эти сложные методы передачи.

Восходящая линия SU-MIMO технологии.

Чтобы уменьшить разницу в пиковых скоростях передачи данных, достижимых по восходящей линии связи и нисходящей линии связи  LTE Rel. 8, для LTE-Advanced был определен высокий целевой пик спектральной эффективности 15 бит / с / Гц восходящей линии связи. Для достижения этой цели была согласована поддержка SU-MIMO с четырьмя передающими антеннами. В частности, две передающие антенны функции SU-MIMO должны удовлетворять требованиям пика спектральной эффективности работы системы IMT-Advanced.

Для физического восходящего разделяемого канала (PUSCH), было решено применить SU-MIMO с управлением обратной связью с использованием множества антенн на абонентском оборудовании, а также предварительного кодирования  словаря на основе и адаптации ранга, такого же, какой используется на нисходящей линии связи. Чтобы достичь максимальной производительности, ENode В выбирает вес предварительного кодирования из кодовой книги на основе зондирующих RS, которые используется для измерения качества передаваемого абонентским оборудованием.

ENode В оповещает абонентское оборудование о выбранном весе предварительного кодирования вместе с информацией о распределении ресурсов, используемых в PDCCH. Предварительного кодирования для ранга 1 вносит свой вклад в усиление антенны, которое приводит к повышению пропускной способности канала для пользователя на краю ячейки. Тем не менее, принимая во внимание информацию накладных расходов и увеличение отношения пикового значения к среднему (PAPR), частотно-избирательное предварительное кодирование не очень эффективно в увеличении пропускной способности системы, поэтому было принято только широкополосное предварительное кодирование.

Кроме того, для ранга 2 или выше, при использовании четырех передающих антенн, была разработана кодовая книга, не увеличивающая PAPR [2]. Демодуляции RS, которая используется для оценки канала, взвешивается с таким же весом предварительного кодирования, который используется для передачи сигнала данных пользователю. В основном, ортогонализации достигается за счет применения другого циклического сдвига к каждому слою, но ортогонализации область кода, используя блок распространения вместе с этим методом [4].

Список литературы:

1. 3GPP TR36.913 V9.0.0: «Requirements for further advancements for E-UTRA (LTE-Advanced)», Dec. 2009.
2. 3GPP TR36.814 V2.0.1: “Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Further advancements for E-UTRA Physical layer aspects,” Mar. 2010.
3. ITU-R Document 5D/496-E: “An initial technology submission of 3GPP LTE Release 10 & beyond (LTE-Advanced) under Step 3 of the IMT-Advanced process," Jun. 2009.
4. 3GPP R1-074865, Nokia Siemens Network, Nokia: “UL DM RS for Multi-bandwidth Multi-user MIMO,” Nov. 2007.