LTE-A下行MIMO技术新特性及测试方法研究

1、引言

为满足未来全球移动通信在低成本、灵活服务、高速移动、增强数据速率等方面的需求，国际电信联盟无线通信部门（ITU-R）在2008年3月发出通函，向各成员征集新一代国际移动通信系统（IMT-A）候选技术提案，正式启动了IMT-A标准化工作。与此同时，3GPP在2008年3月的RAN39次会议上提出并通过了LTE-A的研究项目（SI）申请。在2008年6月RAN40次会议期间的Workshop会议上，3GPP通过了规范TR36.913v8.0.0，从而完成了对LTE-A需求的整体描述报告。2009年6月，3GPP向ITU提交了LTE-A的技术描述文件，10月提交了自评估报告，完成了IMT-A候选技术提交工作。2010年10月20日，国际移动通信工作组第5研究组（WP5D）第9次会议确定LTE-A为IMT-A国际标准之一。

LTE-A作为LTE的演进版本，在保持与LTE良好后向兼容的基础上，需要达到IMT-A对数据速率和移动性的更高要求。为此，3GPP在LTE-A中引入了增强型上下行MIMO（Enhanced UL/DL MIMO）、载波聚合（Carrier Aggregation）、协作多点传输（Coordinated Multi-Point Tx&Rx）、中继（Relay）等多项关键技术，旨在从数据速率提升、覆盖范围扩展、边缘吞吐量改善等多个方面来增强用户体验。

本文主要对LTE-A中增强型下行MIMO技术的新特性进行介绍，进一步提出了针对新特性的UuIOT测试方法考察无线设备功能实现的完整性。

2、增强型下行MIMO

新特性LTE-A增强型下行MIMO最显著的特点就是将发送天线由4个扩展到8个，由此LTE-A可以实现最高8层的空间复用，为系统带来更多的空间自由度，提高频谱效率，增加系统容量。但是扩展天线数目并不是简单的将4天线增加为8天线，而是在满足后向兼容的基础上对LTE下行MIMO技术原有特性进行改动和扩充，主要包括：

●对导频信号做较大的改动，在满足测量、解调基本需求的同时降低信令开销。
●定义新的传输模式和DCI格式以支持Rank8的SU-MIMO和SU/MU-MIMO的动态切换。
●确了8天线的码本，并通过支持隐形和基于信道互异性的反馈方案来减少开销、提高性能。

LTE-A（即3GPP E-UTRA R10）与LTE（即3GPP E-UTRA R8/R9）下行MIMO的主要区别参见表1。LTE-A中下行MIMO的新特性主要包括：

(1)、扩充解调参考信号

在LTE中，下行4天线采用4端口的CRS辅助UE做信道估计和数据解调。为了降低干扰、保证参考信号解调的准确性和可靠性，协议规定当某一个端口发送CRS时，其他端口在相同的RE上不再发送任何数据。如果下行8天线也采用LTE中的CRS做信道估计和数据解调，会带来较高的导频开销（28.6%），导致业务数据所占比例显著减少、数据速率降低，难以满足LTE-A对系统峰值速率的需求，因此LTE-A采用解调参考信号代替CRS用于下行数据解调。实际上，在LTE中就已采用解调参考信号，分别使用端口5和7，8用于单流和双流波束赋形，但是在LTE-A中将解调参考信号的数目扩充到了9个（5以及7-14），可同时用于8层独立数据流的传输。

LTE-A中解调参考信号采用了与LTER9中端口7，8完全相同的伪随机序列生成方式（只是初始值不同），并采用正交码序列获得码分增益。由此带来的好处就是多个端口可以复用相同的RE，减少导频开销。在LTE-A中，端口7，8，11，12以及9，10，13，14被分为两组，分别占用不同的资源位置。常规CP非特殊子帧上的解调导频结构如图1所示，其余情况下的解调导频结构请参考文献。

(2)、引入CSI-RS

在LTE-A中没有设计8端口的CRS，因此引入了新的测量参考信号CSI-RS来顶替原有CRS的信道估计功能，从而保证基站能根据UE上报的CSI信息进行多用户调度。CSI-RS的端口数可以是2，4或8，即使在8端口的情况下，由于CSI-RS采用了CDM+FDM方式，每个RB上每个端口的CSI-RS只占用1个RE，且发送周期可调配。因此，CSI-RS导频开销很少，保证了业务数据所占信道资源的比例。

CSI-RS采用的伪随机序列生成方式与解调RS相同，不同之处在于序列的初始值。解调RS的初始值由小区ID，时隙在无线帧中的编号，扰码偏移决定，而CSI-RS则由小区ID，时隙在无线帧中的编号，OFDM符号在时隙中的编号以及CP类型决定。CSI-RS的导频结构共有两种，一种同时适用于TDD和FDD，另一种仅适用于TDD，FDD可选。图2和图3给出第一种导频结构，图中不同颜色的CSI-RS可分配给不同的用户，不同的数字表示不同的端口号。

无论何种CSI反馈模式，只有当LTE-AUE被配置到TM9模式时，UE才使用CSI-RS做信道估计，其他模式时UE都采用C-RS做信道估计。小区中如果配置了CSI-RS，CSI-RS相关参数需要高层通过显式信令告知底层，包括：CSI-RS端口数、周期、起始位置、导频结构类型、子