LTE-Advanced 關鍵技術及標準進展

4 多天線增強（Enhanced Multiple Antenna Transmission）

多天線技術的增強是滿足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天線發射，終端側2，4天線接收，下行可支持最大4層（Layer）傳輸。上行只支持終端側單天線發送，基站側最多4天線接收。LTE Rel.8的多天線發射模式包括開環（Open loop）MIMO，閉環（Closed loop）MIMO，波束成型（Beamforming，BF），以及發射分集。

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的多天線傳輸方式，稱為多用戶MIMO（Multi-User MIMO，MU-MIMO），多個用戶復用相同的無線資源通過空分的方式同時傳輸。

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

（1）上行多天線增強

LTE-A上行除了需要考慮更多天線數配置外，還需要考慮上行低峰均比的需求和每個成員載波上的單載波傳輸的需求。

對上行控制信道而言，容量提升不是主要需求，多天線技術主要用來進一步優化性能和覆蓋，因此只需要考慮發射分集方式。經過評估，對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）的發射分集方式，即在多天線上采用互相正交的碼序列對信號進行調制傳輸。上行控制信道格式2的分集方式還在討論中。

對上行業務信道而言，容量提升是主要需求，多天線技術需要考慮空間復用的引入。同時，由于發射分集相對于更為簡單的開環秩1預編碼并沒有性能優勢，因此標準最終確定上行業務信道不采用發射分集，對小區邊界的用戶等可以直接采用開環秩1預編碼。目前，2發射天線和4發射天線下的低峰均比秩1~4的碼本設計都已完成。

與LTE一樣，LTE-A的上行參考信號（Reference Signal，RS）也包括用于信道測量的SRS（Sounding RS） 和用于信號檢測DMRS（Demodulation RS）。由于上行空間復用及多載波的采納，單個用戶使用的上行DMRS的資源開銷需要擴充，最直接的方式就是在LTE 上行RS使用的CAZAC（Const Amplitude Zero Auto-Corelation）碼循環移位（Cyclic Shift）的基礎上，不同數據傳輸層的DMRS使用不同的循環移位。還有一種可能是在時域的多個RS符號上疊加正交碼（Orthogonal Cover Code，OCC）來擴充碼復用空間。目前，關于兩種擴充方式的討論還在繼續。對于SRS信號，為了支持上行多天線信道測量以及多載波測量，資源開銷相對于R8 SRS信號同樣需要擴充，除了延用R8周期性 SRS發送模式以外，LTEA還增加了非周期SRS發送模式，由NodeB觸發UE發送，實現SRS資源的擴充。

（2）下行多天線增強

因為支持的傳輸層數的增加，導致需要考慮更大尺寸的碼本設計。因為LTE-A下行業務信道的傳輸可以采用專用參考信號（dedicated RS），因此原則上下行發送可以基于碼本也可以基于非碼本。同時，對于閉環MIMO，為了減少反饋開銷，采用基于碼本的PMI反饋方式。目前8天線碼本的設計正在進行，初步采用雙預編碼矩陣碼本（Dual-index Precoding Codebook）結構，即把碼本矩陣用兩個矩陣的乘積表示，通常兩個矩陣中一個是基碼本，另一個是根據信道變化特征在基碼本上的修正。為了進一步減少反饋開銷，還可以考慮根據信道的變化快慢不同的統計特征分別進行長周期反饋（比如空間相關性）和短周期反饋（比如快衰因素）。

LTE-A采用用戶專用參考信號的方式來進行業務信道的傳輸，同一用戶業務信道的不同層使用的參考信號以CDM+FDM的方式相互正交。

為了測量最多八層信道，除了原來的公共參考信號（Common RS）外，還引入了信道狀態指示參考信號（Channel State Indication RS，CSI-RS），CSI-RS在時頻域可以設置得比較稀疏，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MU-MIMO的繼續增強，以充分開發多用戶分集增益和聯合信號處理的增益來減少多用戶流間的干擾，同時也做到性能和復雜度之間的較好折中。

根據目前標準上達成的結論，MU-MIMO支持最多4個用戶復用，每用戶不超過兩層，總共不超過4層傳輸。為了增加調度靈活性，MU-MIMO調度對用戶而言是透明的，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行空間復用，并且用戶可以在SU-MIMO和MU-MIMO狀態之間動態進行轉換。

5 協作多點傳輸（Coordinated Multiple Point Transmission and Reception，CoMP）

協作多點傳輸是一種提升小區邊界容量和小區平均吞吐量的有效途徑。

其核心想法是當終端位于小區邊界區域時，它能同時接收到來自多個小區的信號，同時它自己的傳輸也能被多個小區同時接收。在下行，如果對來自多個小區的發射信號進行協調以規避彼此間的干擾，能大大提升下行性能。在上行，信號可以同時由多個小區聯合接收并進行信號合并，同時多小區也可以通過協調調度來抑制小區間干擾，從而達到提升接收信號信噪比的效果。

按照進行協調的節點之間的關系，CoMP可以分為intra-site CoMP和inter-site CoMP兩種。

（1）Intra-site CoMP協作發生在一個站點（site，eNodeB）內，此時因為沒有回傳（Backhaul）容量的限制，可以在同一個站點的多個小區（cell）間交互大量的信息。

（2）Inter-site CoMP協作發生在多個站點間，對回傳容量和時延提出了更高要求。反過來說，Inter-site CoMP性能也受限于當前Backhaul的容量和時延能力（見圖2）。

圖2 intra-site CoMP和inter-site CoMP示意圖

在協作多點發射（對應下行CoMP）中，按業務數據是否在多個協調點上都能獲取，可以分為協作調度/波束成型（Coordinated Scheduling/Beamforming，CS/CBF）和 聯合處理（Joint Processing，JP）兩種。對CS/CBF而言，業務數據只在服務小區上能獲取，即對終端的傳輸只來自服務小區（Serving Cell），但相應的調度和發射權重等需要小區間進行動態信息交互和協調，以盡可能減少多個小區的不同傳輸之間的互干擾。而對JP而言，業務數據在多個協調點上都能獲取，對終端的傳輸來自多個小區，多小區通過協調的方式共同給終端服務，就像虛擬的單個小區一樣，這種方式通常有更好的性能，但對Backhaul的容量和時延提出了更高要求。

一種常見的CS/CBF方式是，終端對多個小區的信道進行測量和反饋，反饋的信息既包括期望的來自服務小區的預編碼向量，也包括鄰近的強干擾小區的干擾預編碼向量，多個小區的調度器經過協調，各小區在發射波束時盡量使得對鄰小區不造成強干擾，同時還盡可能保證本小區用戶期望的信號強度。

在聯合處理方式（JP）中，既可以由多個小區執行對終端的聯合預編碼, 也可以由每個小區執行獨立的預編碼、多個小區聯合服務同一個終端。既可以多小區共同服務來自某個小區的單個用戶，也可以多小區共同服務來自多小區的多個用戶。

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規定。可以看出，CoMP技術能帶來顯著的小區邊界和小區平均性能增益。