LTE物理层理解-预编码(Precoding)和码本(Codebook)

此处的理解,有一些偏差,暂时先保存做一个参考。


关于对码本(Codebook)和预编码(Precoding)这两物理层概念的认识,分享给大家,要理解这两个概念,先要从MIMO说起。

   LTE网络中采用MIMO技术增加系统容量,提升吞吐率,从理论上来看,多天线的空分复用能成倍增加系统容量。但实际上并非如此,如,2*2MIMO的容量C(容量)=2*2MIMO 小于两倍的SISO容量C(容量)=2SISO,这是因为容量增加了,干扰增大了,干扰主要是由于信道矩阵中信道的相关性造成的,为了消除信道相关性造成影响,需要在接收端对H进行评估,并做线性均衡,最大化MIMO信道矩阵H的容量。

  • 消除信道间影响的方法及困难。

   此处存在两个问题,一个是,为了获取更高的MIMO容量,接收机侧需要对MIMO的发射矩阵H中的每个信道都进行均衡处理,消除信道间的影响,这样增加接收机的实现复杂度。如SISO模式,接收机需要线性均衡处理一个信道,而对于一个2*2MIMO模式,接收机需要处理评估4个信道;其次,接收端若将H矩阵中的多个信道相关性评估结果反馈给发射机,这会增加系统开销。另一个是,若通过增加天线空间来消除信道间的影响,但天线近处的杂散环境使实现难度增加。于是提出了通过技术改进解决,这个方法就是预编码(Precoding)。

因此,预编码(Precoding)的目的是降低接收机消除信道间影响实现的复杂度,同时减少系统开销,最大提升MIMO的系统容量。

  当然,消除MIMO信道间的影响,可以在接收机侧实现,也可以通过改变发射机的发射方式,对发射信号进行预处理,辅助接收机消除信道间的影响,这种发射方式的改变就是通过预编码实现的。

  •   那么预编码是如何实现的?

为了识别MIMO矩阵H中有用的通道,需要把多个通道(如2*2MIMO H11\H12\H21\H22)转化成类似于SISO的一对一模式,实现发送信号S1对应接收信号R1,S2对应接收信号R2,也就是将多个MIMO交叉通道转换成多个平行的一对一信道。这个过程通过信道矩阵SVD(奇异值分解)实现。如r=H*s+n,变换为r=UΣ(V*)T*s+n,经过接收端的处理=Σ(V*)T*s+UHn,从结果可以发现发射端不再需要知道MIMO信道矩阵H,而知道V(共轭转置矩阵,又叫酉矩阵)即可,此处的V即码本(Codebook),3GPP定义了一系列V矩阵,eNodeB和ue侧均可获得,应用时根据PMI选择一个可以使信道矩阵H容量最大的V。到这里,预编码就很好理解了,实际上就是在发射端对发射信号S乘以V,

与后面SVD过程匹配,这样在接收端需要处理的复杂性与开销大大减少了。

  •   那么在发射端,发射信号S乘以V后信号如何变化?

以2TX发射为例,码本如图:LTE物理层理解-预编码(Precoding)和码本(Codebook)   

 

当码本选择4、0、1、2时,对应的发射信号。LTE物理层理解-预编码(Precoding)和码本(Codebook)从图可知,在发射信号S乘以V后,相当与在发射端将天线域的信号转换成有方向性的“赋型波束”。如图。LTE物理层理解-预编码(Precoding)和码本(Codebook)

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