為了實(shí)現(xiàn)4G通信，LTE版本10同版本8相比支持多種新的功能。比如多點(diǎn)協(xié)作傳輸、加強(qiáng)的MIMO傳輸，這些都需要新的參考信號(hào)來(lái)保證其有效地實(shí)現(xiàn)。從信道估計(jì)的角度來(lái)看，MU-MIMO傳輸是LTE-A與LTE的最大區(qū)別。為了利用MU-MIMO 傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，必須考慮空間時(shí)域上額外的自由度，可以通過(guò)一種傳輸模式來(lái)動(dòng)態(tài)地調(diào)整下行鏈路傳輸?shù)膶訑?shù)。

    本文提出了LTE-A系統(tǒng)的一種新的信道估計(jì)方法，利用LTE-A的RS來(lái)滿足上述要求。首先討論了LTE中的參考信號(hào)[1]，LTE-A的參考信號(hào)[2]和信道估計(jì)是如何實(shí)現(xiàn)的以及為什么這種方法在LTE-A Square和LMMSE(Line Minimum Mean Square)中是可以使用的,設(shè)計(jì)得到基于LS(Least Error)的信道估計(jì)方法,并提供了使用新的RS的信道估計(jì)的仿真結(jié)果。最后評(píng)估了LTE-A鏈路級(jí)仿真器的估計(jì)性能。
1 LTE中的參考信號(hào)
    版本8中的下行信道估計(jì)是基于小區(qū)參考信號(hào)的,在給定小區(qū)內(nèi)所有用戶都可以使用CRS(Cell Reference Signal)來(lái)實(shí)現(xiàn)從eNOdeB端到UE所在位置的信道估計(jì)。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，CRS既可以用來(lái)解調(diào)又可以用來(lái)反饋計(jì)算。但是采用CRS進(jìn)行信道估計(jì)給系統(tǒng)強(qiáng)加了一些限制條件。由于需要通過(guò)CRS來(lái)獲得eNodeB端的反饋信息，CRS要在預(yù)編碼之后插入,因此預(yù)編碼信息必須傳達(dá)給用戶，但是這樣的基于無(wú)碼本的預(yù)編碼設(shè)計(jì)開(kāi)銷(xiāo)較高，這是一個(gè)根本原因。考慮到LTE-A MU-MIMO傳輸?shù)南到y(tǒng)性能，碼本是一個(gè)限制因素，使有效的MU-MIMO均衡復(fù)雜化，同時(shí)CRS的設(shè)計(jì)不支持8天線傳輸，然而擴(kuò)展CRS開(kāi)銷(xiāo)又太高。
2  LTE-A中的參考信號(hào)和信道估計(jì)
    為了克服上述缺點(diǎn)，LTE-A設(shè)計(jì)了區(qū)分反饋計(jì)算和解調(diào)[3]的參考信號(hào)。反饋計(jì)算可以通過(guò)使用CSI-RS(Channel State Information)來(lái)實(shí)現(xiàn)，解調(diào)可以通過(guò)使用解調(diào)參考信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。CSI-RS是一種在時(shí)域和頻域都非常稀疏的RS，用來(lái)估計(jì)整個(gè)傳輸帶寬上的物理信道，所以要在預(yù)編碼之后插入天線時(shí)域內(nèi)[4]。UE-RS或者DM-RS用來(lái)估計(jì)有效信道，因此要在預(yù)編碼之前插入層時(shí)域內(nèi)。

2.2 信道狀態(tài)信息參考信號(hào)
    為了給用戶提供網(wǎng)絡(luò)端的CSI和有效的信道A(1)，UE必須估計(jì)出物理信道H(l)，因此，LTE-A定義了CSI-RS，它具有LTE中DM-RS和CRS的雙重性能。CSI-RS最多支持8天線傳輸，在1-、2-、4-和8天線情況下，CSI-RS分別有20、20、10和5四種復(fù)用模式，允許不同的小區(qū)利用不同的復(fù)用模式來(lái)避免彼此的CRS-RS沖突，每個(gè)天線的CSI-RS占用兩個(gè)連續(xù)的RE，CSI-RS的密度與信道估計(jì)的精確度成正比，但同時(shí)減少了下行資源利用率。CSI-RS用于下行信道狀態(tài)測(cè)量和反饋報(bào)告，考慮到反饋的開(kāi)銷(xiāo)，CSI-RS間隔設(shè)置非常稀疏。與UE-RS相比，系統(tǒng)的性能與信道狀態(tài)精確度沒(méi)有太大的關(guān)系，CSI-RS使用與UE-RS同樣的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)正交，在整個(gè)時(shí)域內(nèi)CSI-RS都相互正交。CSI-RS與CRS非常相似，都是在天線時(shí)域被插入，并且覆蓋整個(gè)傳輸帶寬,所以所有的UEs都可以同時(shí)使用CSI-RS來(lái)進(jìn)行反饋計(jì)算。
3 結(jié)論
3.1 MU-MIMO信道估計(jì)
    圖2是在LTE-A傳輸模式9[5]下采用4個(gè)發(fā)送天線的一種可能的資源塊的分配。在這種模式下層數(shù)M可以從一個(gè)資源塊到下一個(gè)資源塊動(dòng)態(tài)改變。相同顏色的矩陣代表這些資源塊被分配給同一個(gè)或者相類(lèi)似的用戶，白色的矩陣符號(hào)代表沒(méi)有傳輸數(shù)據(jù)。UE可以使用DM-RS直接為每個(gè)資源塊估計(jì)有效信道。此外，由于M≤Nt，所以估計(jì)出的維數(shù)比基于CRS估計(jì)出的維數(shù)低。

4 仿真結(jié)果
     本節(jié)提供了基于LTE-A標(biāo)準(zhǔn)的信道仿真的數(shù)值結(jié)果，為了不受估計(jì)的影響，所有仿真基于單用戶考慮，仿真相應(yīng)的參數(shù)如表2。圖3是子幀在常規(guī)信道下的均方誤差。從圖中可知LS估計(jì)算法導(dǎo)致高的SNR，主要是由LS估計(jì)算法在RS間的插值導(dǎo)致。值得注意的是,基于CSI-RS的LMMSE估計(jì)算法與基于DM-RS的LS估計(jì)算法性能十分相近，然而基于CSI-RS的信道估計(jì)開(kāi)銷(xiāo)只占DM-RS的17%,所以其計(jì)算復(fù)雜性可以忽略。

    圖4是估計(jì)性能及開(kāi)銷(xiāo)與吞吐量之間的關(guān)系。從表1可知在4發(fā)4收傳輸情況下，DM-RS和CSI-RS的開(kāi)銷(xiāo)應(yīng)該比CRS的開(kāi)銷(xiāo)高，因此LTE-A的吞吐量應(yīng)該低于LTE的吞吐量。在LTE-A系統(tǒng)的傳輸帶寬中沒(méi)有同步信號(hào)傳輸，它們可能與DM-RS重疊。所以在靜態(tài)場(chǎng)景下UE應(yīng)該使用4RS而不是2RS。

    本文推導(dǎo)了LTE-A下行傳輸?shù)男诺拦烙?jì)算法證明了使用DM-RS可以有效被接收。在靜態(tài)場(chǎng)景下，為了充分使用4 DM-RS，UEs可以在時(shí)域內(nèi)預(yù)定兩個(gè)連續(xù)的資源塊。這樣可以提高吞吐量。對(duì)于變化緩慢的信道，可以使用開(kāi)銷(xiāo)較低的CSI-RS來(lái)進(jìn)行信道估計(jì)，其計(jì)算復(fù)雜度低，同時(shí)又可以獲得較高的精確度。
參考文獻(xiàn)
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[4] DUPLICY J, BADIC B, BALRAY R, et al. MU-MIMO in  LTE systems[C]. EURASIP Journal on Wireless Communi cations and Networking, 2011.
[5] 3GPP. Technical specification group radio access network; (E-UTRA) and (E-UTRAN); physical layer procedures; (release 10). Tech. Rep., Dec. 2010. [Online].