LTE-Advanced 關(guān)鍵技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

4 多天線增強(qiáng)（Enhanced Multiple Antenna Transmission）

多天線技術(shù)的增強(qiáng)是滿足LTE-A峰值譜效率和平均譜效率提升需求的重要途徑之一。

LTE Rel.8下行支持1，2，4天線發(fā)射，終端側(cè)2，4天線接收，下行可支持最大4層（Layer）傳輸。上行只支持終端側(cè)單天線發(fā)送，基站側(cè)最多4天線接收。LTE Rel.8的多天線發(fā)射模式包括開環(huán)（Open loop）MIMO，閉環(huán)（Closed loop）MIMO，波束成型（Beamforming，BF），以及發(fā)射分集。

除了單用戶MIMO（single-user MIMO，SU-MIMO），LTE中還采用了另外一種譜效率增強(qiáng)的多天線傳輸方式，稱為多用戶MIMO（Multi-User MIMO，MU-MIMO），多個(gè)用戶復(fù)用相同的無(wú)線資源通過(guò)空分的方式同時(shí)傳輸。

LTE-A中為提升峰值譜效率和平均譜效率，在上下行都擴(kuò)充了發(fā)射/接收支持的最大天線個(gè)數(shù)，允許上行最多4天線4層發(fā)送，下行最多8天線8層發(fā)送，從而LTE-A中需要考慮更多天線數(shù)配置下的多天線發(fā)送方式。

（1）上行多天線增強(qiáng)

LTE-A上行除了需要考慮更多天線數(shù)配置外，還需要考慮上行低峰均比的需求和每個(gè)成員載波上的單載波傳輸?shù)男枨蟆?P> 對(duì)上行控制信道而言，容量提升不是主要需求，多天線技術(shù)主要用來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化性能和覆蓋，因此只需要考慮發(fā)射分集方式。經(jīng)過(guò)評(píng)估，對(duì)采用碼分的上行控制信道（PUCCH）格式 1/1a/1b采用了SORTD（Spatial Orthogonal Resource Transmit Diversity）的發(fā)射分集方式，即在多天線上采用互相正交的碼序列對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制傳輸。上行控制信道格式2的分集方式還在討論中。

對(duì)上行業(yè)務(wù)信道而言，容量提升是主要需求，多天線技術(shù)需要考慮空間復(fù)用的引入。同時(shí)，由于發(fā)射分集相對(duì)于更為簡(jiǎn)單的開環(huán)秩1預(yù)編碼并沒(méi)有性能優(yōu)勢(shì)，因此標(biāo)準(zhǔn)最終確定上行業(yè)務(wù)信道不采用發(fā)射分集，對(duì)小區(qū)邊界的用戶等可以直接采用開環(huán)秩1預(yù)編碼。目前，2發(fā)射天線和4發(fā)射天線下的低峰均比秩1~4的碼本設(shè)計(jì)都已完成。

與LTE一樣，LTE-A的上行參考信號(hào)（Reference Signal，RS）也包括用于信道測(cè)量的SRS（Sounding RS） 和用于信號(hào)檢測(cè)DMRS（Demodulation RS）。由于上行空間復(fù)用及多載波的采納，單個(gè)用戶使用的上行DMRS的資源開銷需要擴(kuò)充，最直接的方式就是在LTE 上行RS使用的CAZAC（Const Amplitude Zero Auto-Corelation）碼循環(huán)移位（Cyclic Shift）的基礎(chǔ)上，不同數(shù)據(jù)傳輸層的DMRS使用不同的循環(huán)移位。還有一種可能是在時(shí)域的多個(gè)RS符號(hào)上疊加正交碼（Orthogonal Cover Code，OCC）來(lái)擴(kuò)充碼復(fù)用空間。目前，關(guān)于兩種擴(kuò)充方式的討論還在繼續(xù)。對(duì)于SRS信號(hào)，為了支持上行多天線信道測(cè)量以及多載波測(cè)量，資源開銷相對(duì)于R8 SRS信號(hào)同樣需要擴(kuò)充，除了延用R8周期性 SRS發(fā)送模式以外，LTEA還增加了非周期SRS發(fā)送模式，由NodeB觸發(fā)UE發(fā)送，實(shí)現(xiàn)SRS資源的擴(kuò)充。

（2）下行多天線增強(qiáng)

因?yàn)橹С值膫鬏攲訑?shù)的增加，導(dǎo)致需要考慮更大尺寸的碼本設(shè)計(jì)。因?yàn)長(zhǎng)TE-A下行業(yè)務(wù)信道的傳輸可以采用專用參考信號(hào)（dedicated RS），因此原則上下行發(fā)送可以基于碼本也可以基于非碼本。同時(shí)，對(duì)于閉環(huán)MIMO，為了減少反饋開銷，采用基于碼本的PMI反饋方式。目前8天線碼本的設(shè)計(jì)正在進(jìn)行，初步采用雙預(yù)編碼矩陣碼本（Dual-index Precoding Codebook）結(jié)構(gòu)，即把碼本矩陣用兩個(gè)矩陣的乘積表示，通常兩個(gè)矩陣中一個(gè)是基碼本，另一個(gè)是根據(jù)信道變化特征在基碼本上的修正。為了進(jìn)一步減少反饋開銷，還可以考慮根據(jù)信道的變化快慢不同的統(tǒng)計(jì)特征分別進(jìn)行長(zhǎng)周期反饋（比如空間相關(guān)性）和短周期反饋（比如快衰因素）。

LTE-A采用用戶專用參考信號(hào)的方式來(lái)進(jìn)行業(yè)務(wù)信道的傳輸，同一用戶業(yè)務(wù)信道的不同層使用的參考信號(hào)以CDM+FDM的方式相互正交。

為了測(cè)量最多八層信道，除了原來(lái)的公共參考信號(hào)（Common RS）外，還引入了信道狀態(tài)指示參考信號(hào)（Channel State Indication RS，CSI-RS），CSI-RS在時(shí)頻域可以設(shè)置得比較稀疏，各天線端口的CSI-RS以CDM+FDM的方式相互正交。

另外，LTE-A中目前正在討論對(duì)MU-MIMO的繼續(xù)增強(qiáng)，以充分開發(fā)多用戶分集增益和聯(lián)合信號(hào)處理的增益來(lái)減少多用戶流間的干擾，同時(shí)也做到性能和復(fù)雜度之間的較好折中。

根據(jù)目前標(biāo)準(zhǔn)上達(dá)成的結(jié)論，MU-MIMO支持最多4個(gè)用戶復(fù)用，每用戶不超過(guò)兩層，總共不超過(guò)4層傳輸。為了增加調(diào)度靈活性，MU-MIMO調(diào)度對(duì)用戶而言是透明的，即用戶可以不知道是否有其它用戶與其在相同的資源上進(jìn)行空間復(fù)用，并且用戶可以在SU-MIMO和MU-MIMO狀態(tài)之間動(dòng)態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

5 協(xié)作多點(diǎn)傳輸（Coordinated Multiple Point Transmission and Reception，CoMP）

協(xié)作多點(diǎn)傳輸是一種提升小區(qū)邊界容量和小區(qū)平均吞吐量的有效途徑。

其核心想法是當(dāng)終端位于小區(qū)邊界區(qū)域時(shí)，它能同時(shí)接收到來(lái)自多個(gè)小區(qū)的信號(hào)，同時(shí)它自己的傳輸也能被多個(gè)小區(qū)同時(shí)接收。在下行，如果對(duì)來(lái)自多個(gè)小區(qū)的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行協(xié)調(diào)以規(guī)避彼此間的干擾，能大大提升下行性能。在上行，信號(hào)可以同時(shí)由多個(gè)小區(qū)聯(lián)合接收并進(jìn)行信號(hào)合并，同時(shí)多小區(qū)也可以通過(guò)協(xié)調(diào)調(diào)度來(lái)抑制小區(qū)間干擾，從而達(dá)到提升接收信號(hào)信噪比的效果。

按照進(jìn)行協(xié)調(diào)的節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，CoMP可以分為intra-site CoMP和inter-site CoMP兩種。

（1）Intra-site CoMP協(xié)作發(fā)生在一個(gè)站點(diǎn)（site，eNodeB）內(nèi)，此時(shí)因?yàn)闆](méi)有回傳（Backhaul）容量的限制，可以在同一個(gè)站點(diǎn)的多個(gè)小區(qū)（cell）間交互大量的信息。

（2）Inter-site CoMP協(xié)作發(fā)生在多個(gè)站點(diǎn)間，對(duì)回傳容量和時(shí)延提出了更高要求。反過(guò)來(lái)說(shuō)，Inter-site CoMP性能也受限于當(dāng)前Backhaul的容量和時(shí)延能力（見(jiàn)圖2）。

圖2 intra-site CoMP和inter-site CoMP示意圖

在協(xié)作多點(diǎn)發(fā)射（對(duì)應(yīng)下行CoMP）中，按業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是否在多個(gè)協(xié)調(diào)點(diǎn)上都能獲取，可以分為協(xié)作調(diào)度/波束成型（Coordinated Scheduling/Beamforming，CS/CBF）和 聯(lián)合處理（Joint Processing，JP）兩種。對(duì)CS/CBF而言，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)只在服務(wù)小區(qū)上能獲取，即對(duì)終端的傳輸只來(lái)自服務(wù)小區(qū)（Serving Cell），但相應(yīng)的調(diào)度和發(fā)射權(quán)重等需要小區(qū)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)信息交互和協(xié)調(diào)，以盡可能減少多個(gè)小區(qū)的不同傳輸之間的互干擾。而對(duì)JP而言，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在多個(gè)協(xié)調(diào)點(diǎn)上都能獲取，對(duì)終端的傳輸來(lái)自多個(gè)小區(qū)，多小區(qū)通過(guò)協(xié)調(diào)的方式共同給終端服務(wù)，就像虛擬的單個(gè)小區(qū)一樣，這種方式通常有更好的性能，但對(duì)Backhaul的容量和時(shí)延提出了更高要求。

一種常見(jiàn)的CS/CBF方式是，終端對(duì)多個(gè)小區(qū)的信道進(jìn)行測(cè)量和反饋，反饋的信息既包括期望的來(lái)自服務(wù)小區(qū)的預(yù)編碼向量，也包括鄰近的強(qiáng)干擾小區(qū)的干擾預(yù)編碼向量，多個(gè)小區(qū)的調(diào)度器經(jīng)過(guò)協(xié)調(diào)，各小區(qū)在發(fā)射波束時(shí)盡量使得對(duì)鄰小區(qū)不造成強(qiáng)干擾，同時(shí)還盡可能保證本小區(qū)用戶期望的信號(hào)強(qiáng)度。

在聯(lián)合處理方式（JP）中，既可以由多個(gè)小區(qū)執(zhí)行對(duì)終端的聯(lián)合預(yù)編碼, 也可以由每個(gè)小區(qū)執(zhí)行獨(dú)立的預(yù)編碼、多個(gè)小區(qū)聯(lián)合服務(wù)同一個(gè)終端。既可以多小區(qū)共同服務(wù)來(lái)自某個(gè)小區(qū)的單個(gè)用戶，也可以多小區(qū)共同服務(wù)來(lái)自多小區(qū)的多個(gè)用戶。

如圖3所示是不同CoMP類型下的性能增益，仿真條件按照3GPP TR 36.814規(guī)定?？梢钥闯?，CoMP技術(shù)能帶來(lái)顯著的小區(qū)邊界和小區(qū)平均性能增益。