LTE系统中多用户MIMO技术的应用

1、LTE系统中多用户MIMO技术的应用一、引言移动通信技术从二十世纪九十年代开始经历了快速发展时期。通 信成为人们生活的重要组成部分，不断增长的移动通信用户对通信技 术的发展提出了更高的要求。从第一代的模拟通信系统到目前正在商 用的第二代、第三代的数字通信系统，每一代都在技术和实用上有了 更高的飞跃。目前，移动通信正朝着宽带化、移动化的方向发展。面对高速发展的移动通信市场的巨大诱惑和大量低成本高带宽 无线技术的快速普及，众多非传统移动运营商也纷纷加入了移动通信 市场，并引进了新的商业运营模式，诸如“ SKYPE”这种语音和视 频通信业务，可以借助免费或者低价无线宽带接入网络，向广大消费 者提供近

2、乎免费的服务。这些新兴力量给传统移动运营商带来了前所 未有的挑战，加快现有网络演进，满足用户需求，提供新型业务成为 在激烈的竞争中处于不败之地的唯一选择。与此同时，用户期望运营商提供任何时间任何地点不低于1Mbps 的无线接入速度，小于20ms的低系统传输延迟，在高移动速率环境 下的全网无缝覆盖。而最重要的一点是能被广大用户负担得起的廉价 终端设备和网络服务。这些要求已远远超出了现有网络的能力，寻找 突破性的空中接口技术和网络结构势在必行。与 Wi-Fi(WirelessFidelity，无线保真)和 WiMAX(Worldwide Interoperability forMicrowave

3、Access，全球微波互联接入）等无线接入方案相比， WCDMA / HSDPA（Wideband Code Division Multiple Access，宽带码 分多址接入/ High Speed Downlink Packet Access,高速下行分组接入） 空中接口和网络结构过于复杂，虽然在支持移动性和QoS（Quality of Service，服务质量）方面有较大优势，但在每比特成本、无线频谱利 用率和传输时延等能力方面明显落后。根据3GPP（3m GenerationPartnership Project，三代合作伙伴计划）标准组织原先的时间表，4G 最早要在2015年才能正

4、式商用，在这期间传统电信设备商和运营商 将面临前所未有的挑战。用户的需求、市场的挑战和IPR的制肘共同 推动了 3GPP组织在4G出现之前加速制定新的空中接口和无线接入 网络标准。2004年11月，3GPP加拿大多伦多“UTRAN（Universal Terrestrial Radio Access Network，通用陆地无线接入网络）演进会议 收集了无线接入网R6版本之后的演进意见，在随后的全体会议上， “UTRA和UTRAN演进”研究项目得到了二十六个组织的支持，并 最终获得通过。这也表明了 3GPP组织运营商和设备商成员共同研究 3G技术演进版本的强烈愿望。二、LTE系统及其关键技术L

5、TE(Long Term Evolution)系 统是 3G(3rd-Generation)的演进，它改 进并增强了 3G的空中接入技术，能够带来速率更高、技术更简单的 增强型移动宽带体验。LTE具有频谱使用灵活、可与现有技术无缝互 操作，以及网络部署和管理成本低廉等优势，目前已成为全球主流运 营商的共同选择。其主要性能目标有：在20MHz频谱带宽能够提供 下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；改善小区边缘用户的性能; 提高小区容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms， 控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到 激活状态的迁移时间小于100ms；支

6、持100Km半径的小区覆盖；能 够为350Km/h高速移动用户提供100kbps的接入服务；支持成对或 非成对频谱，并可灵活配置1.25 MHz到20MHz多种带宽。LTE 采用 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正 交频分复用)和 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出) 作为两项最主要的关键技术。其中，OFDM技术能够抵抗由无线信道 多径时延扩展产生的符号间干扰，同时可以使信道均衡从复杂的时域 处理转换到简单的频域处理。MIMO技术主要的作用有分集和复用。 分集是指通过时域、频域、空

7、域提供数据信号的某种副本。接收端利 用接收到的信号及其副本进行解码，可以提高通信的可靠性。复用是 指在不增加发射功率和带宽的前提下，将多路信号同时从多个发射天线发射，这样可以成倍的提高频谱利用率。2.1、LTE系统性能及其特征LTE是3GPP对现有3G通信技术的演进，作为3G技术和4G技 术的一个过渡协议，3GPP在TR25. 913协议中给出了对LTE系统性 能、技术特征等需求和性能指标。具体内容包括：峰值数据速率：系统带宽20MHz下，支持下行最高峰值速率 100Mbps、上行最高峰值速率50Mbps；频谱效率下行最高达到5bps /Hz、上行最高达到2. 5bps / Hz；提高小区边缘

8、传输速率。控制面：从驻留状态到激活状态包括下行寻呼和NAS(Non Access Stratum)信号延迟时延低于100ms，从休眠状态到激活状态时延低于 50ms；系统支持每个小区接入大量激活状态用户，在5MHz带宽下， 小区支持至少200个用户同时处于激活状态；在提供更高系统带宽条 件下，小区支持至少400个用户同时处于激活状态；并且支持大量用 户处于驻留和休眠状态。用户面：零负载、小IP包如单用户、单数据流条件下，时延低于 5ms o用户吞吐量:下行用户平均吞吐量达到R6版本HSDPA(High Speed Down link Packet Access)的3倍到4倍，上行用户平均吞吐量

9、达到R6 版本HSDPA的2倍到3倍；且上、下行每 MHz吞吐量在5% C. D. F(Cumulative Distribution Function)，为 R6 版本 HSDPA 的 2 倍到3倍。频谱利用率：频谱利用率大大提高，下行达到R6版本HSDPA的3倍到4倍，上行达到R6版本HSDPA的2倍到3倍。移动性：015km / h低速提供性能优化，15km / h120km / h中速移动支持高性能，120km / h350km / h高速保证蜂窝网络移动性， 且某些频段支持500km / h。覆盖：小区半径5km以内，应该满足前面定义的性能；小区半径 30km以内，将允许在前面定义的

10、性能基础上分别有适当的降低；不 排除小区半径达到100km。增强型 MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Service)：为降低终 端设备复杂度，应和单波操作采用相同的调制、编码和多址接入方法； 同时支持语音和MBMS服务；同时支持数据和MBMS服务；支持频 谱非对称使用的非对称MBMS操作。频谱配置灵活性：支持多种系统频谱配置，如支持1. 25MHz，1. 6MHz，2. 5MHz，5MHz，10MHz，l5MHz，20MHz 多种频谱配 置，支持下行模式和上行.下行模式的广播传输，支持对称和非对称 频谱配黄；支持灵活的频谱集合配置。频谱部署：相同地域或临

11、近信道 GERAN(GSM EDGE Radio Access Network) / 3G共存，相同地域和临近信道频谱操作共存，边 界频谱重叠共存，E. UTRA(Evo1ved. Universal Telecommunication Radio Access)可独立管理，频段能按照独立频段原则释放。与 3GPP 中 RAT(radio access technology)共存 与 互操作：E. UTRAN (Evolved. Universal Terrestrial Radio Access)终端支持UTRAN和GERAN测量操作；E. UTRAN和UTRAN实时业务切换 时延低于300

12、ms,非实时业务切换中断时延低于500ms； E. UTRAN 和GERAN实时业务切换时延低于300ms,非实时业务切换中断时延 低于500ms o系统架构：支持单一 E.UTRAN体系结构；支持基于分组的实时 业务和会话;最大限度避免单点失败;支持RNL(Radio Network Layer) 和TNL(Transport Network Layer)交互；支持端到端的QoS,支持多因 素综合计量QoS ；降低延迟。无线资源管理：支持增强型端到端的QoS；支持高效上层传输； 支持负载均衡和策略管理的多种无线接入技术。复杂度要求：降低整个系统的复杂度，降低UE(User Equipment

13、) 终端设备复杂度。总体要求：优化回传、简化EUTRAN体系结构、接口兼容、 优化降低UE复杂度、更有效和容易使用 OAM&P(Operations, Administration, Maintenance, and Provisioning)的成本控制：支持多 种多样的业务如上网、FTP(File Transfer Protoc01)、VolP(Voice over Internet Protoc01)、网络视频等业务相关要求。2.2、LTE关键技术介绍为了达到LTE低延迟、高速率、高可靠性数据传输，提高系统容量， 增大系统覆盖范围和低成本等一系列需求，3GPP在LTE标准协议制 定过程中采

14、纳了一系列相应的技术。这些技术包括：传输与多址接入技术:LTE系统物理层下行链路传输和下行多址接 入技术采用OFDMA，而为了降低上行峰均比，物理层上行链路传输 和上行 多址接入技术采用 SC FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access)。MIMO 技术：LTE支持下行 2X1、2X2、4X2、4X4 和上行 lX2 的 MIMOo LTE采用 SFBC(Space. Frequency Block Codes)发射分集、 BLAST(Bell Labs Layered Space. Time)空间复用、预编码技术、 SU. M

15、IMO(Single User MIMO)、MUMIMO(Multi User MIMO)、波 束成形等MIMO技术。工作模式：LTE支持FDD、TDD和半双工FDD模式。编码与调制：LTE中使用重复编码、卷积码和Turbo码；Turbo编 码用在上下行共享信道，卷积码主要用于上、下行控制信道等；支持 BPSK(Binary Phase Shift Keying)、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)和 64QAM 调制方 式，采用AMC技术，实现链路自适应调制编码。HARQ(Hyb

16、rid Automatic Repeat Request)技术：LTE 使用基于前向纠错(Forward Error Correction，FEC)和 自动请求重传(Automatic Repeat Request，ARQ)相结合得差错控制方法，来降低系统误码率、 提高系统吞吐量以确保可靠数据传输，这就是HARQ技术。LTE采 用两层重传机制即RLC(Radio Link Contr01)层的 ARQ技术和MAC(Medium Access Contr01)层的HARQ技术，来达到更高的性能。随机接入技术：LTE支持非同步随机接入和同步随机接入两种，采 用基于资源预留的Slotted ALOH

17、A协议，主要目的是上行定时同步校 正、用户功率调整和用户资源请求申请等。功率控制技术：由于LTE系统下行链路使用OFDMA(上行链路 SC. FDMA)技术，下行链路功率控制对系统性能影响不是很大，因 此下行做半静态功率控制；上行链路干扰呈现频率选择性，因而采用 慢功控。小区搜索技术：LTE规定小区搜索在系统带宽中心频域1. 25MHz 频带内进行。小区干扰抑制：LTE干扰抑制技术主要有发射信号加扰技术、小区 干扰随机化技术、小区干扰抵消技术和小区干扰协调技术。MBMS技术：LTE中支持MBMS以支持更高速率多媒体业务。三、MIMO移动通信技术MIMO技术通过多天线来提供空间分集和复用，能够获

18、得比传统 SISO（Single Input Single Output）系统更高的信道容量、传输可靠性和 频谱效率。日前，点对点的MIMO传输技术已经非常成熟，而在实 际应用中，系统往往需要一个基站（BS）同时和多个移动台（MS） 进行通信，比如最常见的蜂窝系统和无线局域网（WLAN）等。因此， 有关点对多点的多用户MIMO （Multi-user MIMO）系统（如图1所 示）的研究也就应运而生，它比单用户MIMO更加复杂。图1多用户MIMO示意图1、MIMO系统原理MIMO是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线， 使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质

19、量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加 频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量， 显示出明显的优势，被视为下一代移动通信的核心技术。MIMO系统在发射端和接收端均采用多个天线和多个通道，如图3.1所示。图3.1 MIMO系统原理(3.1)传输信息流S(k)经过空时编码形成M个信息子流C.(k),i = 1,2,., M， 这M个子流由M个天线发送出去，经空间信道后由N个接收天线接收， 多天线接收机能够利用先进的空时编码处理技术分开并解码这些数 据子流，从而实现最佳处理。MIMO是在收发两端使用多个天线，每 个收发天线之间对应一个MIMO子信道，在收发天

20、线之间形成M XN信 道矩阵比在某一时刻t,信道矩阵为：htht .ht1,12,1M ,1htht .ht1,22,2M,2 .htht.ht1,N2, NM, NH (t)=其中H的元素是任意一对收发天线之间的增益。M个子流同时发送到信道，各发射信号占用同一个频带，因而并 未增加带宽。若各发射天线间的通道响应独立，则MIMO系统可以创 造多个并行空间信道。通过这些并行的信道独立传输信息，必然可以 提高数据传输速率。对于信道矩阵参数确定的MIMO信道，假定发射 端总的发射功率为P，与发送天线的数量M无关;接收端的噪声用N X1 矩阵n表示，其元素是独立的零均值高斯复数变量，各个接收天线的 噪

21、声功率均为q； p为接地端平均信噪比。此时，发射信号是M维统 计独立，能量相同，高斯分布的复向量。发射功率平均分配到每一个 天线上，则容量公式为：C = log2det(IN + M HHh )(3.2)固定N，令M增大，使得法hhh ，这时可以获得到容量的近 似表达式：C = N log2(1 + p)(3.3)det代表行列式，In代表M维单位矩阵，Hh表示H的共扼转置。 从上式可以看出，此时的信道容量随着天线数的增加而线性增大。即可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽 和天线发射功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高，充分展现了 MIMO技术的巨大优越性。2、MIMO技

22、术优点利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的 可靠性，降低误码率。前者是利用MIMO信道提供的空间复用增益， 后者是利用MIMO信道提供的空间分集增益。3.1、发射/接收分集传统的多天线被用来增加分集度从而克服信道衰落。具有相同信 息的信号通过不同的路径被发送出去，在接收机端可以获得数据符号 多个独立衰落的复制品，从而获得更高的接收可靠性。举例来说，在 慢瑞利衰落信道中，使用1根发射天线n根接收天线，发送信号通过 n个不同的路径。如果各个天线之间的衰落是独立的，可以获得最大 的分集增益为族对于发射分集技术来说，同样是利用多条路径的增 益来提高系统的可靠性。在一个具有m根发射天

23、线n根接收天线的 系统中，如果天线对之间的路径增益是独立均匀分布的瑞利衰落，可 以获得的最大分集增益为mn。智能天线技术也是通过不同的发射天 线来发送相同的数据，形成指向某些用户的赋形波束，从而有效的提 高天线增益，降低用户间的干扰。广义上来说，智能天线技术也可以 算一种天线分集技术。分集技术主要用来对抗信道衰落。相反，MIMO信道中的衰落特 性可以提供额外的信息来增加通信中的自由度(degrees of freedom) o 从本质上来讲，如果每对发送接收天线之间的衰落是独立的，那么可 以产生多个并行的子信道。如果在这些并行的子信道上传输不同的信 息流，可以提供传输数据速率，这被称为空间复用

24、。需要特别指出的 是在高SNR的情况下，传输速率是自由度受限的，此时对于m根发 射天线n根接收天线，并且天线对之间是独立均匀分布的瑞利衰落 的。3.2、空间复用增益实现空间复用增益的算法主要有贝尔实验室的BLAST算法、ZF（zero-forcing，迫零） 算法、MMSE （minimum mean square error，最小均方差）算法、ML （maximum likelihood，最大似然）算法。ML算法具有很好的译码性能，但是复杂度比较大，对于实时性要求 较高的无线通信不能满足要求。ZF算法简单容易实现，但是对信道 的信噪比要求较高。性能和复杂度最优的就是BLAST算法。根据子 数

25、据流与天线之间的对应关系，空间多路复用系统大致分为三种模 式：D-BLAST、V-BLAST 以及 T-BLAST。（1）D-BLASTD-BLAST最先由贝尔实验室的Gerard J. Foschini提出。原始数 据被分为若干子流，每个子流之间分别进行编码，但子流之间不共享 信息比特，每一个子流与一根天线相对应，但是这种对应关系周期性 改变，如图1.b所示，它的每一层在时间与空间上均呈对角线形状， 称为 D-BLAST（Diagonally- BLAST）。回回ZJ Zi E H S E 囱叵I函回 回回函色D-BLAST的好处是，使得所有层的数据可以通过不同的路径发 送到接收机端，提高了

26、链路的可靠性。其主要缺点是，由于符号在空 间与时间上呈对角线形状，使得一部分空时单元被浪费，或者增加了 传输数据的冗余。如图1.b所示，在数据发送开始时，有一部分空时 单元未被填入符号（对应图中右下角空白部分），为了保证D-BLAST 的空时结构，在发送结束肯定也有一部分空时单元被浪费。如果采用 burst模式的数字通信，并且一个burst的长度大于M（发送天线数目） 个发送时间间隔，那么burst的长度越小，这种浪费越严重。它的数 据检测需要一层一层的进行，如图1.b所示：先检测c0、c 1和c2， 然后a0、al和a2，接着b0、bl和b2（2）V-BLAST另外一种简化了的BLAST结构

27、同样最先由贝尔实验室提出。它 采用一种直接的天线与层的对应关系，即编码后的第k个子流直接送 到第k根天线，不进行数据流与天线之间对应关系的周期改变。如图 1.c所示，它的数据流在时间与空间上为连续的垂直列向量，称为 V-BLAST（Vertical-BLAST。由于V-BLAST中数据子流与天线之间只 是简单的对应关系，因此在检测过程中，只要知道数据来自哪根天线 即可以判断其是哪一层的数据，检测过程简单。T-BLAST考虑到D-BLAST以及V-BALST模式的优缺点，一种不同于D-DBLAST与V-BLAST的空时编码结构被提出：T-BLAST。它的层 在空间与时间上呈螺纹(Threaded

28、)状分布，如图2所示。原始数据流 被多路分解为若干子流之后，每个子流被对应的天线发送出去，并且 这种对应关系周期性改变，与D-BLAST系统不同的是，在发送的初 始阶段并不是只有一根天线进行发送，而是所有天线均进行发送，使 得单从一个发送时间间隔来看，它的空时分布很像V-BALST，只不 过在不同的时间间隔中，子数据流与天线的对应关系周期性改变。更 普通的T-BLAST结构是这种对应关系不是周期性改变，而是随机改 变。这样T-BLAST不仅可以使得所有子流共享空间信道，而且没有 空时单元的浪费，并且可以使用V-BLAST检测算法进行检测。四、多用户MIMO移动通信技术4.1、多用户MIMO原理

29、多用户MIMO上行链路通常被称作多址接入信道（MAC）,下行 链路则为广播信道（BC）。在上行链路中，所有用户工作在相同的频 段上，向同一个基站发送信号，然后基站通过适当的方法来区分用户 数据，主要问题是基站如何针对不同的多址接入方式采用阵列处理、 多用户检测（MUD）或者其他有效方法来分离各个用户的数据。下 行链路中，基站将通过处理的数据串并转换成多个数据流，每一路数 据流经脉冲成形、调制，然后通过多根天线同时发送到无线空间，每 一个接收天线接收到的是基站发送给所有通信用户的信号与干扰噪 声的叠加，主要问题是如何消除由此带来的多址干扰（MAI）。由于多用户MIMO系统中各用户的信道彼此独立，

30、因此，用户 一般能够知道自己的信道状态信息，却很难获得其他用户的信道信 息，而获得其他用户信道信息需要付出很大的代价。也就是说用户之 间很难进行协作。与此相反，基站有条件获得所有通信用户的信道状 态信息，对于时分双工系统（TDD），这可由基站接收的上行链路的 训练或者导频序列来获得，对于频分双工（FDD）系统则可以通过反 馈获得。另外，基站的处理能力也要比移动台（MS）强得多，因此一般都是由基站在发射信号前做信号预处理（比如波束成形），以消 除、抑制干扰或者在接收到信号之后进行后处理来区分用户。与单用户MIMO不同的是，多用户MIMO系统的容量是一个多 维的区域。假设总的发送功率一定，对于不同

31、用户有可能分配不同的 功率，从而产生许多不同的信息速率，结果就形成了以用户数目为维 数的信道容量区域。例如，对于K个用户，信道容量区域则用K维 的容量来表示。42、多用户MIMO模型由于LTE系统采用OFDM技术，每个子载波上都可视为平坦衰 落信道。故假设一个下行窄带多用户MIMO系统共有K （在LTE系统中， K=2）个用户，第k个用户的接收天线数为n久，基站端共有N,根发送 天线，如图l所示。用户k接收到的信号可以表示如下：y（k）= H（k睿 U（i）x（i）+ n（k）（4.1）l=1其中H（k）e CN5，为用户k的信道矩阵，U（t）e Cnm，为用户l的预编 码矩阵，x（i）e C

32、n表示用户l的包含N个符号的发送信号矢量，n（k）e CNr 为均值为0,方差q为高斯白噪声。我们也可以将式（4.1）改写为：（4.2）y（ k）= H（ k）Ux + n（ k）其中，U =u（1）U（Ns），且X = 。_ X （Ns） _4.3、SU-MIMO 与 MU-MIMO（1）下行SU （单用户）-MIMO下行SU-MIMO是大幅度提高单用户下行峰值速率以及LTE系统 下行频谱效率的重要手段。LTE系统的下行SU-MIMO是基于预编码 技术的MIMO方案，它由发射端的预编码及其对应的接收端匹配滤 波组合形成，预编码矩阵根据时空信道特征获取。其主要特点有：a日标：增加用户数据速率。

33、b 一个用户同时接受不同的数据流。c当用户占用信道条件良好时，传输效率是较高的。下行2x2 SU-MIMO示意图如图所示下行2X2SU-MIMO示意图很明显，基于预编码技术的SU-MIMO多流传输收发信机方案， 等效于将多个子流在空间上彼此正交的特征信道中进行传输而互相 完全没有干扰。实际应用中，多流的发射功率可以采用注水的方式以获得功率效 率最大化。一些奇异值比较小（甚至为零）的特征信道根据注水原理 将不会获得任何功率分配，这也是LTE协议中SU-MIMO发射“层” 数可变的重要原因。同前面提到的下行波束赋形类似，下行SU-MIMO涉及的预编码 矩阵在FDD模式下必须由终端侧根据下行空间信道

34、特性产生，并将 产生矩阵的码本索引反馈给系统侧。而在TDD模式下，既可以采用 与FDD相同的方法，也可以由系统侧利用上下行信道的互易性，直 接根据上行空时信道特性生成下行预编码矩阵。同样的，利用TDD 上下行信道的互易性进行下行SU-MIMO的一个前提条件是多通道 的上下行校正。下行MU （多用户）-MIMO下行MU-MIMO也是一种空分多址（SDMA）的复用方式，系统 则使用相同的时频资源块同时向多个终端发射不同的信号。下行 MU-MIMO也是大幅提高LTE系统下行频谱效率的一个重要手段， 但无法提高单用户峰值速率。下行MU-MIMO的情况比较复杂。不同终端的接收天线数也不尽 相同，因此不同

35、接收天线数的终端对于MU-MIMO发射信号的正交 性要求也不一样。多天线接收的终端能够对一定程度的混合信号进行 联合检测，恢复自身信号；而单天线接收的终端需要依赖系统侧发射 端对信号进行尽可能的预正交，以降低空分多址信号的互干扰。下行MU-MIMO还可以与下行SU-MIMO结合起来应用，以最大限 度的提高LTE系统的下行频谱效率，并兼顾单用户峰值吞吐量。（3）上行MU （多用户）-MIMO上行MU （多用户）-MIMO实际上是一种空分多址的复用方式， 多个终端同时使用相同的时频资源块进行上行传输，其中每个终端都 是采用1根发射天线，系统侧接收机对上行多用户混合接收信号进行 联合检测，最后恢复出

36、各个用户的原始发射信号。上行 MU-MIMO 是大幅提高LTE系统上行频谱效率的一个重要手段，但是无法提高 上行单用户峰值吞吐量。其特点主要有：a目标：增加扇区容量；b选择两两之间信道特征相关性较弱的用户进行配对；c当很多用户同时进行数据发送时，效率较高。事实上，不是所有的终端都能相互结合进行MU-MIMO,只有两 两之间信道特征相关性较弱的终端组合才能进行MU-MIMO，否则多 用户均衡将面临空域自由度不足（即Rank不够）的问题，无法正确 恢复出多用户的原始信号。另外，利用同一时频资源块同时进行上行 MU-MIMO的终端总数不能超过上行接收天线总数，否则也会面临 Rank不够的情况。上行M

37、U-MIMO还具有以下特点：（1）为了支持上行MU-MIMO，eNode B在同一下行链路资源 中调度两个或多个UE进行发送，每个UE使用一根发射天线；（2）每个UE使用的上行解调参考信号（DMRS）可通过采用 不同的循环移位方式来区分，以保证良好的信道估计性能；（3）循环移位指示（CSI）在上行授权中发送；（4）每个UE使用不同的循环移位（CSI），与每个UE的ACK/NACK映射到不同的PHICH上所采用的循环移位是相同的。五、LTE中多用户MIMO方案多用户MIMO与单用户MIMO的区别主要在于:在多用户MIMO 系统中，用户组（LTE中只考虑两个用户配对情况）的数据占用相同的 时频资源

38、，即用户组的数据在相同的子载波上传输。因此，多用户 MIMO能有效提高系统吞吐量。但随之而来的问题是多用户MIMO 系统中如何消除用户之间的共信道干扰。消除用户间干扰的最优的多 用户MIMO方案是采用“脏纸理论”的预编码方案，该方案要求发 送端完全已知各用户之间的干扰，然后通过脏纸理论的预编码方法完 全消除用户之间的干扰。但该方案复杂度极高，无法在实际系统中应 用。为了把多用户MIMO技术用于LTE系统中，各大公司提出了多 种次优的多用户MIMO方案，其中最具有潜力的是PU2RC方案131 和ZF方案。5.1、PU2RC 方案PU2RC方案是由Samsung公司提出来的，该方案全称为每用户 归

39、一速率控制质。一User Unitary and Rate Contr01）。其发射端结构如 图2所示。PU2RC方案的处理流程为：第一步：接收端信道估计。各用户通过信道估计，估计出其与基 站之间的信道矩阵。第二步：接收端反馈。接收端依次计算码本中每个预编码矢量对 应的SINR值，然后反馈最大SINR值对应的码本索引值。第三步：发送端用户配对。基站收集各用户反馈的码本索引值， 将预编码矢量为酉矩阵的不同列矢量的多个用户归为一组。如用户1 反馈的码本索引值对应的预编码矢量为1，1T，而用户2反馈的码本 索引值对应的预编码矢量为1，-1T，则将用户1和用户2归为一组。 很显然，当小区中的用户数较多

40、时，采用相同预编码矢量（如1，1T） 的用户很可能不止一个，即用户组中的用户大于2。这时就需要根据 一定的准则（如吞吐量最大准则）在用户组中调度两个用户进行用户 配对。第四步：发送端根据图2所示的原理对已经配对的用户分别选择 编码调制方式（AMC）并进行预编码操作，然后发送出去。第五步：接收端利用MMSE准则消除其他用户的干扰，恢复出 自己的数据。图2 PU2RC发送端结构图从上面的分析可知，在PU2RC方案中，基站需要对配对的用户 进行严格筛选，只有当两个用户反馈的码本索引值对应的预编码矢量 分别为酉矩阵不同的列向量时，这两个用户才有可能被调度。这样就 降低了多用户分集增益。5.2、ZF方案