小小知识点（四十八）——发送端已知CSI，基于预编码技术，进一步提高MIMO系统和用户的吞吐量

Posted 2020-11-22 weinapang

1.预编码技术的概念

对于空间复用，LTE既支持开环方式的空间复用（发端未知CSI），也支持闭环方式的空间复用（发端已知CSI）

 

对于LTE中闭环方式的空间复用（即预编码系统）中，发射机可以根据信道条件，对发送信号的空间特性进行优化，使发送信号的空间分布特性与信道条件相匹配，因此可以有效地降低对接收机算法的依赖程度。即使采用简单的ZF或MMSE等线性处理算法，也能够获得较好的性能。

 

2.预编码技术的分类

预编码可以分为线性预编码和非线性预编码两种。

非线性预编码设计复杂，常见的有污纸编码，通常需要对N个相关的非线性方程组做处理。

因为非线性复杂度高，在终端的译码算法复杂，因此LTE中采用线性预编码技术。

线性预编码在接收端通过一些线性检测手段即可译码，主要有：线性迫零（包括一些常见的BD算法、波束成型方法等）、信道求逆等。

线性预编码操作可以按其预编码矩阵的获得位置划分为两大类预编码方式：基于非码本的预编码操作和基于码本的预编码操作,两者具有不同的处理流程，分别如下图所示。

非码本预编码利用了信道的互易性特性

（1）eNode B根据上行发送信号获得上行信道信息，并基于信道互易性，获得下行信道信息

（2）利用所获得的信道信息进行矩阵分解，生成所需的预编码矩阵。

（3）非码本方式的预编码矩阵的选择取决于eNode B的具体实现算法，不需要通过下行控制信令通知所用的预编码矩阵。为了使UE能够进行相干解调，需要发送专用导频使UE估计预编码后的等效信道。其中，专用导频也经过了与业务数据相同的预编码处理。

码本预编码没有利用信道的互易性特性

设计通信系统时，可以用若干个预编码矩阵构成一个码本，这一码本的内容是发射机和接收机都是确知的。

（ 预编码矩阵码本的构建方式有多种,如:基于天线选择的码本,基于发射自适应阵列（TxAA）模式的码本,基于离散傅里叶变换（DFT）的码本,随机码本等。）

（1）UE根据公共导频（CRS）测量下行信道，得到信道矩阵。

（2）基于预先设定的码本，UE可以按照某种优化准则，从码本中选择与当前信道条件最为匹配的预编码矩阵，并通过反馈链路将其标号PMI反馈给eNode B。

（3）根据所推荐的PMI，UE同时还需要计算出使用该PMI后的信道质量，并上报信道质量指示（CQI）。UE计算PMI和CQI的过程中，都需要考虑自身的接收处理算法。 （4）eNode B在下行传输过程中，将以（4）UE上报的预编码矩阵标号（PMI）为参考对数据进行预编码。考虑到eNode B在下行使用的预编码矩阵可能与UE上报的PMI不一致，为了保证UE能够获知预编码后的等效信道并对下行数据进行相干解调，基于码本的预编码方式不要求使用专用导频，但是需要通过某种方式告知接收端当前所使用的预编码矩阵。

注：    LTE系统中的FDD模式下，下行和上行传输分配在不同的频带上，所以信道状态指标CSI和预编码矩阵不能从上行信道探测导频得到，但可以以反馈方法得到。因此FDD模式下使用基于码本的方式进行预编码 

相比于FDD模式，在TDD模式下，利用TDD系统信道对称性，能直接反馈信道，量化以及差分反馈等。信道状态指标CSI和预编码矩阵信息可以直接从上行信道探测导频取得，因此TDD使用基于非码本的方式进行预编码。

3. 预编码技术的数学表示

如图所示：在发射端利用已知的空间信道信息进行预处理操作，从而进一步提高用户和系统的吞吐量。