LTE FDD上行發(fā)射天線的選擇

摘要：首先討論了在LTE FDD系統(tǒng)中的上行發(fā)射天線選擇算法，然后分析了上行發(fā)射天線的各種選擇方案，并提出一種上行發(fā)射天線的選擇方法，最后給出該天線選擇方案的性能分析。性能分析結(jié)果表明，使用該選擇方法可以獲得較大的分集增益。
關(guān)鍵詞：LTE；選擇算法；性能分析；分集增益

0 引言
    LTE FDD系統(tǒng)支持上行應(yīng)用MIMO技術(shù)，包括空間復(fù)用和發(fā)射分集。在LTE FDD系統(tǒng)中應(yīng)用MIMO技術(shù)的上行基本天線配置為1*2，即終端側(cè)配置一根發(fā)射天線，基站側(cè)配置兩根接收天線。上行可以考慮支持更高階的MIMO傳輸，但由于擔(dān)心終端實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度過(guò)高，所以現(xiàn)階段上行不支持一個(gè)終端同時(shí)使用兩根發(fā)射天線，只考慮存在單元上行傳輸鏈的情況。因此，上行僅支持上行發(fā)射天線選擇和多用戶MIMO。

1 發(fā)射天線配置
    為了節(jié)省功率和降低射頻開銷，在終端側(cè)期望使用更少數(shù)目的功放。另一方面，為了改善可達(dá)到的數(shù)據(jù)速率和提供更大范圍的覆蓋，需要使用天線選擇技術(shù)。
    單輸入、多輸出(SIMO)方法(也常被稱為接收分集技術(shù))采用一個(gè)發(fā)射天線和兩個(gè)或多個(gè)接收天線。與發(fā)射分集方法一樣，它也很適合工作在低SNR條件下，當(dāng)采用兩個(gè)接收器時(shí)，理論上可實(shí)現(xiàn)3 dB增益。因?yàn)橹话l(fā)射一個(gè)數(shù)據(jù)流，所以數(shù)據(jù)速率不變。
    從圖1中可以看出，第二個(gè)天線也有雙工器，故存在一定的插入損耗。另外，天線選擇器也存在插入損耗(約0．5～0．7 dB，即，約損失了11％～15％的能量)。

    基站根據(jù)一定的準(zhǔn)則(上行信道狀況、下行信道狀況等)來(lái)指示UE使用哪一個(gè)發(fā)射天線來(lái)發(fā)射。

2 發(fā)射天線選擇方案
    對(duì)于LTE FDD系統(tǒng)而言，存在兩種發(fā)射天線選擇方案，即開環(huán)天線選擇和閉環(huán)天線選擇。
2．1 開環(huán)天線選擇方案
    上行共享數(shù)據(jù)信道在天線間交替發(fā)射，這樣可以獲得空間分集增益，從而避免共享數(shù)據(jù)信道的深陷落。在郊區(qū)、鄉(xiāng)村、高速公路、地鐵、高鐵等場(chǎng)所建議使用開環(huán)天線選擇。優(yōu)點(diǎn)：
    (1)不需要發(fā)送用于天線選擇的參考信號(hào)；
    (2)在下行不需要發(fā)送天線選擇信息bit；
    (3)適合于基于競(jìng)爭(zhēng)的信道和共享信道使用。
2．2 閉環(huán)天線選擇方案
    終端必須從不同的天線發(fā)送參考信號(hào)，用于在基站側(cè)提前進(jìn)行信道質(zhì)量測(cè)量?；究梢赃x擇具有更高發(fā)射信號(hào)功率的天線，用于后續(xù)共享數(shù)據(jù)信道的傳輸。被選中的天線信息需要通過(guò)下行控制信道反饋給目標(biāo)終端。優(yōu)點(diǎn)：可以獲得更大的分集增益。應(yīng)用場(chǎng)所：密集城區(qū)基站、室內(nèi)分布系統(tǒng)使用閉環(huán)天線選擇(原因：UE低速運(yùn)動(dòng)、SINR高、信道較穩(wěn)定)。

3 發(fā)射天線選擇策略
3．1 隨機(jī)選擇
    例如，子幀號(hào)為偶數(shù)時(shí)使用Port0，子幀號(hào)為奇數(shù)時(shí)使用Port1。
3．2 根據(jù)各個(gè)天線的歸一化之后的SINR來(lái)選擇
    分別記錄不同天線發(fā)射后的折算到相同單位RB發(fā)射功率下的寬帶SINR。選SINR高的天線。各個(gè)天線各一個(gè)變量，新的SINR到達(dá)后覆蓋老的SINR。
3．3 根據(jù)最近收到的PUSCH的CRC狀況來(lái)選擇
    在UE建立RRC連接之后就一直使用Port0直到收到一個(gè)錯(cuò)誤的PUSCH(即，CRC錯(cuò)誤)，之后指定UE一直使用Port1直到收到又一個(gè)錯(cuò)誤的PUSCH。即，只要PUSCH的CRC發(fā)生錯(cuò)誤，就立即更換發(fā)射天線。
3．4 根據(jù)各個(gè)天線的BLER來(lái)選擇
    分別記錄一段時(shí)間內(nèi)(如100ms)不同天線發(fā)射后的BLER。選BLER低的天線來(lái)發(fā)射。各個(gè)天線各一個(gè)變量，BLER的計(jì)算使用滑窗機(jī)制。
3．5 在使用“閉環(huán)天線選擇”時(shí)對(duì)RNT1分配的影響
    假定有2個(gè)UE，UE1的C-RNTI為偶數(shù)，UE2的C-RNTI(或SIS C-RNTI)為UE1的C-RNTI加1(即，C_NRT12=C_RNTI1+1)，在UE1使用“閉環(huán)天線選擇”功能、基站指定了UE1使用Port1發(fā)射，那么UE1和UE2會(huì)被同時(shí)調(diào)度(UE1或UE2被錯(cuò)誤地調(diào)度)，從而可能導(dǎo)致嚴(yán)重干擾。
    解決這個(gè)問(wèn)題有兩種方法：第一個(gè)，MAC層做檢查，看是否有這個(gè)RNTI存在(分配出去了)。如果存在，那么就固定使用Port0來(lái)發(fā)射，否則可使用Port1來(lái)發(fā)射；第二個(gè)，RRC在分配RNTI時(shí)就把這些RNTI都隔離起來(lái)了。推薦使用RRC進(jìn)行RNTI隔離的方法。

4 仿真結(jié)果
    使用閉環(huán)天線選擇之后，在1％的CDF處的SINR增益約為1．2 dB～1．5 dB，如圖2所示。

5 結(jié)束語(yǔ)
    本文介紹了LTE FDD系統(tǒng)中的上行發(fā)射天線選擇算法，并給出了相應(yīng)的上行發(fā)射天線的選擇策略。如何選取合理和有效的上行發(fā)射天線，是LTE系統(tǒng)中值得研究的關(guān)鍵技術(shù)，還需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究和探索。