[4G5G专题-53]：物理层-手机终端的传输模式TM详解

第1章手机终端的传输模式概述与作用

（1）什么是传输模式

是指手机终端不同的多天线传输方案。是UE特定的信息，而不是基站的多天线传输模式。

同一小区内的不同UE，可能配置了不同的TM模式。因此传输模式是手机级别的，而不是小区级别的。

配置了载波聚合的UE，在不同的serving cell上，也可以使用不同的TM模式。

（2）传输模式的作用

由于传输模式是UE级别的，因此传输模数主要用于基站和终端对UE相关的物理层业务信道的采用不同的编解码、速率匹配、调制解调、MIMO层映射、预编码等功能。

而小区的广播信道和控制信道，是针对所有终端的，因此采用默认的、所有终端都能支持的TM1传输模式。这是广义的传输模式。

而狭义的传输模式是针对UE专有的物理层业务信道的。

第2章手机终端的传输模式的类型

TM = Transmission Mode

2.1 TM1，单天线端口传输

主要应用于单天线传输的场合。

它是单天线能力的终端，默认的传输模式。

2.2 TM2，开环发射分集

该模式利用间距较大的发送天线之间的无线信号波形的不相关性，通过“空频预编码”在多个天线来发送多路冗余、重复的信号，从而在接收端把多余冗余的、重复的信号再汇聚起来，提升信号的信噪比。

它通过在不同的天线上发送相同的数据实现数据冗余，从而提高SINR，使得传输更加可靠。

由于每个天线发送的是相同的数据，因此不需要反馈PMI（预编码矩阵指示）来修正MIMO的预编码矩阵。

适合于小区边缘信道情况比较复杂，干扰较大的情况，有时候也用于高速的情况，分集能够提供分集增益，使用2或4个天线端口。

发射分集是支持多天线的终端，默认的多天线传输模式。

2.3 TM3，开环空间复用

（1）空分复用：

（2）闭环

开环：没有反馈；闭环：有反馈；

区分开环空间复用和闭环区间复用的标志是：终端是否需要反馈预编码向量（PMI）的信息。

终端无需反馈预编码向量(PMI)的信息，但是仍然可以根据基站的配置测量并且反馈空间复用的层数目（RI）信息以及CQI信息。

基站根据RI信息和CQI信息，自行确定层数目，然后选择预编码方案。

TM3模式合适于终端（UE）高速移动的情况。

3个与之相关的UCI的定义和作用：

（1）CQI = Channel Quality Indicator;信道质量指示。

用于终端向基站反馈下行的信道的质量。用来反映下行PDSCH的信道质量。

用0~15来表示PDSCH的信道质量。0表示信道质量最差，15表示信道质量最好。

UE在PUCCH/PUSCH上发送CQI给基站。基站得到了这个CQI值，就知道质量当前下行业务信道PDSCH条件好不好。这样就可以有根据的来调度PDSCH。

CQI是基站下行的自适应编码调制（AMC）的依据之一，其中PMI就是自适应编码调制的一部分。

通俗的讲：信道质量好，那基站就多发送点数据；信道质量不好，那就保险点，少发送点数据。

（2）RI = rank indication;秩指示

就是终端告诉基站，支持的最大MIMO的层数。用来指示PDSCH的有效的数据层数。

（3）PMI = Precoding Matrix Indicator;预编码矩阵指示。

预编码矩阵是实现MIMO技术的最核心的技术。

终端通过在PDSCH信道上检测和解码收到的的MIMO数据，反向通知基站，可能最优的预编码矩阵的index。

基站根据终端提供的PMI指示和其他的信息，选择最终的预编码矩阵, 从而确保预编码矩阵的编码是最优的。

TM3的终端，只反馈CQI+RI, 不反馈PMI, 因此称为闭环。

2.4 TM4，闭环空间复用

（1）空分复用

（2）闭环

TM4与TM3类似，唯一的区别是，终端向基站除了反馈CQI+RI，还反馈PMI，并更加CQI + RI + PMI实时动态选择下行的PMI, 因此称为闭环。

在同时刻，不同“层”的数据，属于同一个用户。

TM4适合于信道条件较好的场合，用于提供高的数据率传输。

2.5 TM5，MU-MIMO传输模式（下行多用户MIMO）

在不增加频谱带宽的情况下，利用较大间距的天线阵列的阵元之间或波束之间的不相关性，为多个用户提供多个不同的数据流或基站并行从多个终端接收数据流，从而提升用户容量。

TM5是TM4的MU-MIMO版本，在同时刻，不同“层”的数据，可以属于不同的用户。

不同的用户之所以可以分布在不同的层上，这是因为预编码是在发送端完成的，接收端收到的天线数据不需要预编码解码，发送端的precoding的信号与信号在空间中的复用正好进行了抵消。

不同的用户从不同的“层”上解码属于自己的数据。

这种模式的缺点：单一终端存在空口“层”资源的浪费。

主要用来提高小区的用户容量。

2.6 TM6，闭环发射分集，闭环Rank1预编码的传输。

所谓发送分集是指，不同的逻辑天线发送相同的数据，但每一路逻辑天线发送的数据的权重由预编码矩阵决定。

TM2是开环发射分集，不同天线的预编码矩阵是基站根据CQI确定。

TM6是闭环发射分集，不同天线的预编码矩阵选择，需要终端反馈的PMI来选择。

主要适合于小区边缘的情况。

2.7 TM7，单流波束赋形Beamforming模式

单流波束赋形与单流的发送分集类似，通过多组天线发送一个流的天线。区别在于，

一种是能量集中发送，朝一个方向发送，多天线的作用是聚合波束。
一个是能量是发散的，信号朝各方方向发送，多天线的作用是信号的叠加。

主要也是小区边缘，能够有效对抗干扰。

2.8 TM8，双流Beamforming模式

双流波束赋形技术应用于信号散射体比较充分的条件下，是智能天线波束赋形技术（即单流波束赋形技术）和MIMO空间复用技术的有效结合。

2.9 TM9, 传输模式9是LTE-A中新增加的一种模式，

支持最多MIMO扩展到8层的传输，主要是为了提高数据传输速率。使用逻辑端口号PORT7~1

2.10 为什么没有接收天线的模式？

这与MIMO的预编码原理有关，MIMO就是通过对信号的幅度进行预编码来抵消多天线信号在空间中叠加，确保接收机的每个天线接收的信号是相互分层、独立的，不需要再进行预编码的解码。

第3章多用户异步MIMO下的物理层资源分配

3.1 层映射与预编码

3.2 单用户MIMO的物理资源分配

二进制数据	调试方式	公共信道调制信号序列	用户1 调制信号序列	用户2 调制信号序列	用户3 调制信号序列	层映射	映射后信号	预编码矩阵	预编码后信号	RE映射	用户
0	XQAM/XPSK	C1	U1_1	U2_1	U3_1	L0	C1_1	NA	A0_1	RB1	公共
1	XQAM/XPSK	C2	U1_2	U2_2	U3_2	L0	U1_1	PIM1	A1_1	RB2	用户1
1	XQAM/XPSK	C3	U1_3	U2_3	U3_3	L0	U2_1	PIM2	A2_1	RB3	用户2
0	XQAM/XPSK	C4	U1_4	U2_4	U3_4	L0	U3_1	PIM3	A3_1	RB4	用户3
1	XQAM/XPSK	C5	U1_5	U2_5	U3_5	L0				RB5
1	XQAM/XPSK	C6	U1_6	U2_6	U3_6	L0				RB6
0	XQAM/XPSK	C7	U1_7	U2_7	U3_7	L1		NA		RB1	NA
1	XQAM/XPSK	C8	U1_8	U2_8	U3_8	L1		NA		RB2	NA
1	XQAM/XPSK	C9	U1_9	U2_9	U3_9	L1	U1_2	PIM2	A2_2	RB3	用户2
1	XQAM/XPSK	C10	U1_10	U2_10	U3_10	L1	U2_2	PIM3	A3_2	RB4	用户3
0	XQAM/XPSK	C11	U1_11	U2_11	U3_11	L1				RB5
1	XQAM/XPSK	C12	U1_12	U2_12	U3_12	L1				RB6
1	XQAM/XPSK	C13	U1_13	U2_13	U3_13	L2		NA		RB1	NA
0	XQAM/XPSK	C14	U1_14	U2_14	U3_14	L2		NA		RB2	NA
1	XQAM/XPSK	C15	U1_15	U2_15	U3_15	L2		NA		RB3	NA
1	XQAM/XPSK	C16	U1_16	U2_16	U3_16	L2	U3_3	PIM3	A3_3	RB4	用户3
0	XQAM/XPSK	C17	U1_17	U2_17	U3_17	L2				RB5
1	XQAM/XPSK	C18	U1_18	U2_18	U3_18	L2				RB6
1	XQAM/XPSK	C19	U1_19	U2_19	U3_19	L3		NA		RB1	NA
0	XQAM/XPSK	C20	U1_20	U2_20	U3_20	L3		NA		RB2	NA
1	XQAM/XPSK	C21	U1_21	U2_21	U3_21	L3		NA		RB3	NA
1	XQAM/XPSK	C22	U1_22	U2_22	U3_22	L3	U4_4	PIM3	A4_4	RB4	用户3
0	XQAM/XPSK	C23	U1_23	U2_23	U3_23	L3				RB5
1	XQAM/XPSK	C24	U1_24	U2_24	U3_24	L3				RB6

在上图中U1表示为用户1的调制后信号，U2表示为用户2的调制后信号，U3表示为用户3的调制后信号。C1表示为小区公共信号。

在上图中，终端用户1是单天线，用户2是2T2R的MIMO, 用户3是4T4T MIMO。

因此公共信道和用户1的数据分布在MIMO的第一层，用户2的数据分布MIMO的第一层和第二层，用户3的数据分布在MIMO的第一、二、三、四层。

由于是单用户MIMO, 不同层的相同位置的RE分配给相同的用户。

（1）公共信道和控制信道

方法1：在层映射时，被映射到port0上，即只映射到MIMO层的L0上，而不映射到其他层上，即其他层上，映射的值为0，即其他子载波的幅度为0，这种映射，同一时刻，其他层的RE资源是浪费的，这些RE不能分配给其他用户。
方法2：在层映射时，通过分集的方式，映射到所有层上。这种方案可以充分利用基站的多天线，使得公共信道的信号质量得到提升。但增加了功率损耗。

（2）用户业务信道

在层映射时，根据接收端的模式，选择不同的映射的层，如单天线的用户数据，被映射到第一层上，或通过分集的方式映射到所有层上。如两天线，会被映射到两个天线上，还可以进一步通过分集的方式映射到其他层上。
不同的用户选择的层映射
不同的用户有不同的预编码

3.2 多用户MIMO的物理层资源分配

多用户MIMO与单用户MIMO的区别是：

（1）不同的层形成不同的波束。

（2）不同层同一位置的RE，可以分配给不同的用户。

第4章传输模式的建立时机与配置

传输模式仅仅针对PDSCH or PUSCH信道。也就是在建立RRC连接的时候，才确定下来。

第5章传输模式的选择的依据

参考：

（1）多天线、分集

《图解通信原理与案例分析-21：4G LTE多天线技术--天线端口、码流、分集Diveristy、波束赋形BF、空分复用MIMO、空分多址》

图解通信原理与案例分析-21：4G LTE多天线技术--天线端口、码流、分集Diveristy、波束赋形BF、空分复用MIMO、空分多址_文火冰糖的硅基工坊的博客-CSDN博客_lte通信原理

（2）波束赋形

《[4G&5G专题-28]：架构-什么是多天线技术与5G大规模天线阵列、波束赋形、高阶空分复用？》

[4G&5G专题-28]：架构-什么是多天线技术与5G大规模天线阵列、波束赋形、高阶空分复用？_文火冰糖的硅基工坊的博客-CSDN博客