天線端口和參考信號支持的多端口

1 天線端口

天線端口是指能進行信道估計分辨的端口數,即與參考信號有關。直觀地來說,有多少種參考信號,就有多少個端口。實際物理天線數大於端口數,但天線端口和物理天線間沒有固定的映射關係,標準協議裏也沒有說明,完全由廠商自己實現。
端口的實質:端口是從接收者的角度定義的,一個端口對於接收者來說就認爲是一個獨立的天線信道;如發送端有4根天線,且是相干的小間距天線,所以只能將這個4個天線定義爲一個端口,對於接收端來說,這4根天線與一根沒有區別,若一定說區別,前者可以做動態的beamforming,而後者只能是扇區賦型(定向天線)。對於單端口系統來說,不存在precoding,更談不上codebook了。
在發送端,物理天線(陣元)與邏輯端口之間的對應關係屬於內部實現。如上面說,這種映射關係的定義存在一個準則,即:非相干的物理天線(陣元)定義爲不同的端口才有意義(用作Precoding)。對於一個基站來說,其天饋系統一旦安裝就是固定的,所以可以從其外表來大體判斷其最大可能支持的邏輯端口數。空間間距大於10波長的陣元可視爲非相干天線,對於2G左右的載波,10波長意味着1.5米左右。間距小於0.5波長的陣元視爲相干天線,這些天線只能歸到一個端口做動態賦型。
例如LTE定義了最多4個小區級天線端口,因此UE能得到四個獨立的信道估計,每個天線端口分別對應特定的參考信號模式。爲了儘量減小小區內不同的天線端口之間的相互干擾,如果一個資源元素(Resource element)用來傳輸一個天線端口的參考信號,那麼其它天線端口上相應的資源元素空閒不用。
總之,一個天線端口就是一個信道,終端需要根據這個天線端口對應的參考信號進行信道估計和數據解調。

2 參考信號支持的多端口

對於參考信號支持多個端口,以DMRS爲例,DM-RS在設計時,除了考慮到導頻前置和附加導頻以外,還考慮到了上下行對稱傳輸,這個對稱體現在圖樣以及端口的複用方式上下行的一致性上,上下行對稱傳輸可以抑制不同鏈路方向之間的干擾。
DM-RS支持多個端口是什麼意思呢?就是說雖然物理層產生的DM-RS序列一直是固定的公式產生一個固定的序列,那支持多個端口體現在哪裏呢?就體現在儘管序列是一樣的,但是同樣的一條序列在映射到資源的時候可以有不同的映射方式。下式爲映射公式:
在這裏插入圖片描述
從公式中不難看出,當r(n)映射到位置(k,l)時:

  • 首先不同的△可以保證不同的端口可以有梳狀結構從而佔用不同的資源;
  • 其次不同的k’和l’對應不同的w,可以保證即使在佔用相同端口的情況下,同樣的一條序列也可以相互正交。

以上兩點保證了即使始終是同樣的一條序列,在映射到RE時也可以有不同的形式,從而支持多個端口,也體現了參考信號和端口對應的特點。也就是說在UE看來,儘管序列是一樣的,但是仍然可以區分。

那DM-RS爲什麼需要支持多個端口呢?因爲PDSCH有多個端口,每個端口的PDSCH可以認爲經歷了不同的信道,這些經歷了不同信道狀況的每個端口的PDSCH在接收端都需要解調,解調就需要用到解調參考信號DMRS。每個端口都要根據參考信號來唯一區別,所以多個端口PDSCH就需要DMRS支持多個端口。
比如PDSCH佔用端口1000-1003來發送數據,所以PDSCH的DMRS就需要支持4端口,來區分端口1000-1003,所以PDSCH的DMRS也用1000-1003來發送。PDCCH不需要多個端口,所以PDCCH的DMRS此時就不需要支持多個端口,且PDCCH佔用端口2000來發送,則PDCCH的DMRS就是端口2000來發送。所以協議中的DMRS端口不同是因爲該DMRS是PDSCH/PDCCH/PUSCH/PUCCH的DMRS而不同。
這個不同從資源映射公式中可以很容易看出,如需要區分多個端口,資源映射公式就如上面PDSCH的DMRS資源映射公式那樣,而不需要區分多個端口的DMRS資源映射公式,就類似下面PDCCH的DMRS映射公式:
在這裏插入圖片描述
因爲只有PDSCH和PUSCH才需要支持多端口,所以協議中也只有PDSCH和PUSCH纔有層映射、天線端口映射、預編碼等標準化的內容。

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