LTE MIMO Schemes

Post on 28-Apr-2015

245 Views

Category:

Documents

8 Downloads

Preview:

Click to see full reader

DESCRIPTION

MIMO Schemes in 3GPP LTE

Transcript

MIMO schemes in 3GPPMIMO schemes in 3GPP--LTE LTE (Dec. 2007)(Dec. 2007)

Jacob Scheim, Ph.D.Jacob Scheim, Ph.D.

2(C) 2007 Comsys communication and Signal Processing Ltd. All rights reserved

MIMO schemes in 3GPP-LTE

� Downlink

� Background

� Infrastructure for MIMO over LTE

� SU-MIMO

� MU-MIMO

� Transmit diversity

� Uplink

3(C) 2007 Comsys communication and Signal Processing Ltd. All rights reserved

Background

� Max. code words - 2

� Max. Tx. Antennas – 4� Potentially up to four layers

� Pre-coding� 16 elements, unitary, for SU-MIMO

4(C) 2007 Comsys communication and Signal Processing Ltd. All rights reserved

Pilot patterns for spatial multiplexing

R0

R0

R0

R0

R0

R0

R0

R0

0=l 6=l 0=l 6=l

����������������

����������������R0

����������������

����������������R0

R 0

R 0

����������������

����������������R0

����������������

����������������R0

R 0

R 0

���������

���������

���������

���������

���������

���������

���������

���������R 1

R 1

R1

R1

���������

���������

����������������

���������

���������

����������������

R 1

R 1

R1

R1

���������

���������

���������

������������������

���������

���������

���������

���������

���������

���������

���������

���������

������������������

���������

���������

���������

���������

���������

eve n-numbered s lots odd-numbere d slot s

���������

���������

���������

������������������

���������

����������������

����������������

���������

���������

���������

������������������

���������

����������������

����������������

R3

R3

R3

R3

����������������

����������������

����������������

����������������R

0

����������������

����������������

����������������

����������������

R0

R0

R0

e ve n-numbere d slot s odd-numbere d sl ots

����������������

����������������

����������������

����������������R

0

����������������

����������������

����������������

����������������

R0

R0

R0

���������

������������������

���������

���������

���������

���������

���������

���������

������������������

���������

���������

���������

���������

���������

R1

R1

R1

R1

eve n-numbered s lots odd-numbered slot s

���������

������������������

���������

���������

���������

����������������

���������

������������������

���������

���������

���������

����������������

R1

R1

R1

R1��������

����������������

����������������

��������

����������������

����������������

����������������

����������������

����������������

����������������

����������������

e ven-numbe re d slot s odd-numbe red sl ots

����������������

����������������

���������

���������

����������������

����������������

����������������

����������������

���������

���������

����������������

����������������

R2

R2

R2

R2

On

e ante

nna

port

Tw

o a

nte

nn

a p

ort

sFour

ante

nna

por

ts

Antenna port 0 Antenna port 1 Antenna port 2 Antenna port 3

Not used for transmission on this antenna port

Reference symbols on this antenna port

5(C) 2007 Comsys communication and Signal Processing Ltd. All rights reserved

Pilot patterns for spatial multiplexing

Antenna port #0

Antenna port #2

Antenna port #3

180

[KHz]

0.5 [msec]

Antenna port #1

6(C) 2007 Comsys communication and Signal Processing Ltd. All rights reserved

Comments on reference signal

� Is not affected by applying pre-coding

� Is not affected by applying transmit diversity

� Reference signals density reduces with number of antennas:

� Higher layer MIMO for lower mobility

7(C) 2007 Comsys communication and Signal Processing Ltd. All rights reserved

Multi layer data transmission (SU-MIMO)

Space

Rank 2

MIMO

Rank 4

MIMO

8(C) 2007 Comsys communication and Signal Processing Ltd. All rights reserved

Data/Control partitioning

Increased

<= rate

region

Increased

diversity =>

region

1 msec

9(C) 2007 Comsys communication and Signal Processing Ltd. All rights reserved

Peak rates for LTE-MIMO

� “Back of the envelope” calculations:

� 11x12 – generic tile size (assuming max. control symbols)

� Peak rate:

� 64 QAM - 6 bits/symbols

� Code rate - 1 (no FEC)

� BW - 20 MHz - 110 RBs

� Sub-frames per second - 1000

� Peak rates calculation:

� SISO: 11*12*6*110*1000 =87 Mbps

� MIMO (2x2, 4x2) doubles the rate >150 Mbps

� MIMO (4x4) quadruples the rare= >300 Mbps

� High class UEs category 5 (with 4 Rx antenna)

may exceed 300 Mbps

10(C) 2007 Comsys communication and Signal Processing Ltd. All rights reserved

Infrastructure

� Pre-coding for what:

� Increasing SNR (“Beam-forming”)

� Decreasing intra-cell interference

� Decreasing inter-cell interference

� Code book design

� Unitary matrices (Householder based)

� 16 matrices for 4x(1:4) scheme

� Feedback:

� Wideband

� Narrowband

� Channel quality indication

� Per layer

� Feedback

� Wideband

� Narrowband

11(C) 2007 Comsys communication and Signal Processing Ltd. All rights reserved

Comments on MU-MIMO (SDMA)

� Requires standard adaptation for SDMA:

� Optimizing the pre-coding codebook

� Changing the CQI feedback structure

User A

User B User D

User C

12(C) 2007 Comsys communication and Signal Processing Ltd. All rights reserved

DL – transmit diversity modes

Transmit diversity

� 1 stream to 2 antennae port - Alamouti scheme

� 1 stream to 4 antennae port – Alamouti alike scheme

� Two ‘parallel’ Alamouti schemes

Cyclic delay diversity (CDD)

� Zero/small delay diversity

� Large delay diversity

13(C) 2007 Comsys communication and Signal Processing Ltd. All rights reserved

Transmit diversity

*

0

*

1

10

xx

xx

Origin*:

Antenna

Time*

01

*

10

xx

xx −

Antenna

Freq.

LTE:

Rate 1 codeDiversity order = 2

� Two transmit antennas

� Basic assumptions:

� Two transmit chains

� Channel doesn’t change along the ‘retransmission’

* S.M. Alamouti "A simple transmit diversity technique for wireless communications," IEEE JSAC vol. 16 (8), pp. 1451–1458

14(C) 2007 Comsys communication and Signal Processing Ltd. All rights reserved

Transmit diversity cont…

*

23

*

32

*

01

*

10

00

00

00

00

xx

xx

xx

xx

Antenna

Freq.

0123

*

1

*

0

*

3

*

2

*

2

*

3

*

0

*

1

3210

xxxx

xxxx

xxxx

xxxx

−−

−−

−−

Antenna

Time

Rate 1 code

Diversity order = 2 (spatial)

Rate 1 code

Diversity order < 4

� Four transmit antennas

LTE: Alternative*:

* Hamid Jafarkhani "A quasi-orthogonal space–time block code," IEEE Trans. Comm. Vol. 49 (1): pp. 1–4

Unbiased scheme (Ch. Est.) Biased scheme (Ch. Est.)

15(C) 2007 Comsys communication and Signal Processing Ltd. All rights reserved

Transmit diversity

� Summary:

� STBC => SFBC

� For 4 transmit antennas

� Diversity order equals 2

� Unbiased channel estimates

16(C) 2007 Comsys communication and Signal Processing Ltd. All rights reserved

Cyclic delay diversity

x0

x1

x2

xN-2

xN-1

FFT Modulator 1st Tx. antenna

FFT Modulator 2nd Tx. antenna

Xd-1

x0

x1

x2

xN-2

xN-1

xd

Xd+1

Xd-2

17(C) 2007 Comsys communication and Signal Processing Ltd. All rights reserved

� Problem

� The pilots are processed also…

� Solution

� Project the processing backwards – prior the FFT

� CDD requires extra processing for channel estimation

� Pilots remain orthogonal

Cyclic delay diversity

18(C) 2007 Comsys communication and Signal Processing Ltd. All rights reserved

Uplink

� Requirements � Open loop Tx diversity: SxBC, CDD

� 2x2 MU-MIMO� Virtual MIMO

� 2x2 SU-MIMO

� Standard� Preliminary stages

� The TS 36.211 doesn’t reflect currently any decision taken

� Technically� The same as DL

� Reference signals are orthogonal by time division� Between antennas orthogonal sequences may be used

� Two transmit antennas� A single RF chain?

19(C) 2007 Comsys communication and Signal Processing Ltd. All rights reserved

www.comsysmobile.com

top related