LTE FDD上行发射天线的选择

摘要：首先讨论了在LTE FDD系统中的上行发射天线选择算法，然后分析了上行发射天线的各种选择方案，并提出一种上行发射天线的选择方法，最后给出该天线选择方案的性能分析。性能分析结果表明，使用该选择方法可以获得较大的分集增益。
关键词：LTE；选择算法；性能分析；分集增益

0 引言
    LTE FDD系统支持上行应用MIMO技术，包括空间复用和发射分集。在LTE FDD系统中应用MIMO技术的上行基本天线配置为1*2，即终端侧配置一根发射天线，基站侧配置两根接收天线。上行可以考虑支持更高阶的MIMO传输，但由于担心终端实现的复杂度过高，所以现阶段上行不支持一个终端同时使用两根发射天线，只考虑存在单元上行传输链的情况。因此，上行仅支持上行发射天线选择和多用户MIMO。

1 发射天线配置
    为了节省功率和降低射频开销，在终端侧期望使用更少数目的功放。另一方面，为了改善可达到的数据速率和提供更大范围的覆盖，需要使用天线选择技术。
    单输入、多输出(SIMO)方法(也常被称为接收分集技术)采用一个发射天线和两个或多个接收天线。与发射分集方法一样，它也很适合工作在低SNR条件下，当采用两个接收器时，理论上可实现3 dB增益。因为只发射一个数据流，所以数据速率不变。
    从图1中可以看出，第二个天线也有双工器，故存在一定的插入损耗。另外，天线选择器也存在插入损耗(约0．5～0．7 dB，即，约损失了11％～15％的能量)。

    基站根据一定的准则(上行信道状况、下行信道状况等)来指示UE使用哪一个发射天线来发射。

2 发射天线选择方案
    对于LTE FDD系统而言，存在两种发射天线选择方案，即开环天线选择和闭环天线选择。
2．1 开环天线选择方案
    上行共享数据信道在天线间交替发射，这样可以获得空间分集增益，从而避免共享数据信道的深陷落。在郊区、乡村、高速公路、地铁、高铁等场所建议使用开环天线选择。优点：
    (1)不需要发送用于天线选择的参考信号；
    (2)在下行不需要发送天线选择信息bit；
    (3)适合于基于竞争的信道和共享信道使用。
2．2 闭环天线选择方案
    终端必须从不同的天线发送参考信号，用于在基站侧提前进行信道质量测量。基站可以选择具有更高发射信号功率的天线，用于后续共享数据信道的传输。被选中的天线信息需要通过下行控制信道反馈给目标终端。优点：可以获得更大的分集增益。应用场所：密集城区基站、室内分布系统使用闭环天线选择(原因：UE低速运动、SINR高、信道较稳定)。

3 发射天线选择策略
3．1 随机选择
    例如，子帧号为偶数时使用Port0，子帧号为奇数时使用Port1。
3．2 根据各个天线的归一化之后的SINR来选择
    分别记录不同天线发射后的折算到相同单位RB发射功率下的宽带SINR。选SINR高的天线。各个天线各一个变量，新的SINR到达后覆盖老的SINR。
3．3 根据最近收到的PUSCH的CRC状况来选择
    在UE建立RRC连接之后就一直使用Port0直到收到一个错误的PUSCH(即，CRC错误)，之后指定UE一直使用Port1直到收到又一个错误的PUSCH。即，只要PUSCH的CRC发生错误，就立即更换发射天线。
3．4 根据各个天线的BLER来选择
    分别记录一段时间内(如100ms)不同天线发射后的BLER。选BLER低的天线来发射。各个天线各一个变量，BLER的计算使用滑窗机制。
3．5 在使用“闭环天线选择”时对RNT1分配的影响
    假定有2个UE，UE1的C-RNTI为偶数，UE2的C-RNTI(或SIS C-RNTI)为UE1的C-RNTI加1(即，C_NRT12=C_RNTI1+1)，在UE1使用“闭环天线选择”功能、基站指定了UE1使用Port1发射，那么UE1和UE2会被同时调度(UE1或UE2被错误地调度)，从而可能导致严重干扰。
    解决这个问题有两种方法：第一个，MAC层做检查，看是否有这个RNTI存在(分配出去了)。如果存在，那么就固定使用Port0来发射，否则可使用Port1来发射；第二个，RRC在分配RNTI时就把这些RNTI都隔离起来了。推荐使用RRC进行RNTI隔离的方法。

4 仿真结果
    使用闭环天线选择之后，在1％的CDF处的SINR增益约为1．2 dB～1．5 dB，如图2所示。

5 结束语
    本文介绍了LTE FDD系统中的上行发射天线选择算法，并给出了相应的上行发射天线的选择策略。如何选取合理和有效的上行发射天线，是LTE系统中值得研究的关键技术，还需要进行进一步的研究和探索。