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第1章 物理層架構
1.1 物理層內部功能協議堆疊
1.2 5G NR下行選項A
1.3 5G NR下行選項B
1.4 NR的物理層資料處理程序概述
第2章 多天線MIMO技識訓顧
第3章 層映射Layer mapping
3.1 什么是“流” steam？
3.2 什么是“層” Layer ？
3.3 什么是“層”映射
3.4 碼字Code Word到“層”Layer的映射
3.5 層映射后的困境
第4章 預編碼矩陣Precoding
4.1 MIMO信號在空口的疊加原理
4.2 接收方后處理，發送方不做任何處理
4.3 發送方預處理
4.4 無線信道傳輸的權重矩陣H與預編碼矩陣
4.5 自適應預編碼矩陣與碼本Codebook
4.6 碼本的選擇策略？
第1章 物理層架構
對本節的注解：
本章節內容的作用在于：從宏觀感受物理層層映射、預編碼矩陣在整個物理層協議堆疊中的位置和作用，無需深究每個環節，主體內容從第2章節開始，
1.1 物理層內部功能協議堆疊
1.2 5G NR下行選項A
1.3 5G NR下行選項B
1.4 NR的物理層資料處理程序概述
（1）信道編碼與交織
（2）調制解調
（3）多天線技術的層映射
（4）擴頻預編碼（僅僅用于上行，可選）
（5）多天線技術的預編碼
（6）資源映射
（7）OFDM變換（時域到頻域的轉換）
本文探討的是：第3步和第5步，多天線技術相關的層映射與預編碼矩陣，
多天線MIMO技術，LTE與NR是一致的，本文不做區分，
第2章 多天線MIMO技識訓顧
MIMO技術和OFDM技術一起并稱為LTE的兩大最重要物理層技術，
OFDM是調制技術和頻分復用技術，關注的是：在發送端，如何利特定帶寬、包含N多個子載波的基帶無線信號，并行承載不同用戶的二進制位元資料，然后通過單根天線構建的單個無線信道發送；在接收端，如何利用通過單根天線把單個無線信道接收下來的基帶信號，把不同子載波上承載的不同用戶的二進制資料能分離出來的技術，
MIMO是多天線技術和空分復用技術，關注的是：使用多根天線，在發送端和接收端的物理空間中，使用相同頻率的高頻載波，構建多個相互不干擾的、空間正交的、物理無線信道，同時在收發雙方的物理層之間，構建多個并行的邏輯無線信道，通過這些邏輯無線信道和物理無線信道來發送經過OFDM調制的多個資料流，目的是：增加系統的用戶容量、或增加單用戶的最大速率、或提升單用戶的抗干擾的能力，
從而到達：在不增加頻譜帶寬的情況下，利用較大間距的天線陣列的陣元之間或波束之間的不相關性，為單用戶提供多個不同的資料流，提高鏈路的容量和單用戶的峰值速率，
如下圖所示：
MIMO的關鍵問題是：
多個OFDM調制的基帶信號流steam1-4，雖然在基站內部的硬體上是不同的資料流，并通過各自不同的天線發送，但他們使用的是相同頻率的高頻載波信號，這4個流在空間傳播中是疊加在一起的，
接收端收到的信號也是4個steam疊加后的信號SteamA-D, 如何從疊加后的SteamA-D恢復出來steam1-4是MIMO的關鍵與核心！！！這就是預編碼矩陣的功效！！！預編碼矩陣就是因為此而存在的，
預編碼矩陣的本質是預先在每一路天線的信號上，進行一次信號的反向疊加，以抵消發送出去的信號在空間中的疊加，使得每一路接收天線接收到信號正好是兩次疊加的效果，
詳見：
《圖解通信原理與案例分析-21：4G LTE多天線技術--天線埠、碼流、分集Diveristy、波束賦形BF、空分復用MIMO、空分多址》
https://blog.csdn.net/HiWangWenBing/article/details/110871535
第3章 層映射Layer mapping
3.1 什么是“流” steam？
是單個用戶的資料被分離成多個在基站BBU內部和RRU內部進行獨立處理資料流想象化的描述，
需要引起足夠注意的是：
這里的流，實際上并不是計算機通信中常見的二進制資料流，而是經過QAM調制后的子載波信號流，是用數字信號表示的模擬的子載波信號的信號流！！！
在QAM除錯后，每個子載波承載的是二進制位元流，而經過預編碼矩陣后，每個載波不再是單一的承載0或1位元，是承載0和1的子載波的混合！！！
3.2 什么是“層” Layer ？
“層”就是經過預編碼矩陣編碼后的多個同頻率的調制信號流在空間中形象化的描述，
就好像是高架橋，把空間分層多個相互不干擾的“層”一樣，
而實際上，多個同頻率的調制信號流steam在空間中是疊加在一起的，發送端對這4個資料流進行了預處理，而接收端根據發送端的預處理和自身收到的疊加在一起的信號，對信號在進行分離，還原出原先的多個同頻率的調制信號流steam的信號，有點類似碼分復用CDMA.
4T4R MIMO代表的是4個流，而不是物理上4個天線！！！
傳輸層的個數，即層數被稱為“傳輸階”或“傳輸秩（rank）”，傳輸秩是可以動態變化的，
3.3 什么是“層”映射
（1）“層”映射發生的時機：
- 在QAM調制之后，
（2）“層”映射的輸入：
- 上圖中的數字，代表的不是二進制位元，而是代表的承載二進制位元0和1的子載波的幅度值，
- 上圖中的數字序列，代表的不是二進制位元序列，而是代表的承載二進制位元0和1的15K子載波的幅度值的序列，
（3）“層”映射功能
按照支持的xMIMO中支持的MIMO“流”的數量x，把代表二進制位元序列的子載波的幅度值的序列，分成x組，
（4）“層”映射結果
以4T4R MIMO為例：
- 得到了4個經過PSK/QAM調制后的15K子載波幅度值的序列，只不過，15K子載波的幅度是復數，且二進制數表示的幅度，
- 每一個流獨立的進行OFDM變換，
- 每一個流有獨立的IQ天線資料，
- 每一個流有獨立的天線發送與接收
（5）“層”與物理天線個數的關系
通常情況下，“層”與基站的物理天線的個數相等，
實際上，多個物理天線可以發送同一個層的信號，這稱為單頻網或發送分集，
因此物理天線的數目可以大于等于MIMO的“層”數，
（6）“層”映射意義
- “層”映射后，把原先在時間上串行處理的子載波序列（承載的是二進制資料），變成了在時間上并行處理的N層的“流”，
- “層”映射后，需要多套并行的硬體電路，并行地處理每一層的“流”，
- “層”映射后，體現在RRU與BBU之間的CPRI鏈路上，就是一個小區有N組的天線資料，比如1T1R的小區，就只有1組IQ天線資料流，而4T4R的小區，就有4組IQ資料流，
（7）“層”映射面臨的困境
- 由于“層”映射發生在物理層編碼、物理層調制解調之后，因此，每個流采用了相同的物理編碼和調制策略，而不同的“層”的天線資料，在同一時刻，無線信道的狀況有可能差異很大，因此無法實作，在同時時刻，不同的“層”之間采用不同的物理編碼和調制策略，
如何解決上述困境呢？
碼字Code Word的概念應運而生！！！
3.4 碼字Code Word到“層”Layer的映射
（1）什么是碼子Code Word
碼字Code Word是MAC層的引入的概念，是能夠獨立地、并行地進行編解碼和調制解調的碼流，
引入Code Word的結果
- MAC與物理層之間，不再是一個串行的傳輸塊TB位元流，而是有多個并行的傳輸塊TB位元流，
- “層”映射的輸入，不在是單一的、調制后的子載波流，而是多個并行的調制后的子載波流，
引入Code Word的好處
- 每個碼子的傳輸塊TB位元流可以進行獨立的、并行的編解碼與調制解調，迎合了不同MIMO“層” 有可能出現無線信道特性不一致，導致對編解碼與調制方式需求不一致的情形，
- 每個碼子的傳輸塊TB位元流可以進行獨立的、并行的編解碼與調制解調，提升了編碼也解碼的效率，
引入Code Word的缺點
- 每個獨立的Code Word，需要獨立的硬體編解碼與調制解調的硬體資源，無形中增加了硬體的成本與復雜度，
（3）Code Word的數量
理想情況下：
Code Word的數量與MIMO的“層”數一樣，4層的MIMO, 就有4個Code Word，這種方式，相當于把“層”映射提到了MAC層，
但這種方式的缺點是增加了N組硬體編解碼與調制解調的硬體資源，硬體的成本與復雜度
實際上，MIMO的不同“層”之間，同一時刻，雖然信道上有可能有差異，但并非完全不同，
LTE和NR的規范：
在規范中，采用了一種折中的方案：
既不是采用單個Code Word，也不是與天線的“層”數相同的Code Word，
而是，無論支持多少“層”的MIMO, 最大實作2個Code Word，
正如下圖所示：
（4）Code Word到“層”的映射表
（4）2個Code Word到4“層”MIMO的映射表示意圖
（5）2個Code Word到8“層”MIMO的映射表示意圖
3.5 層映射后的困境
（1）編碼調制后的基帶子載波
至此，完成了把編碼與調制解調后15K的子載波的特征序列（幅度序列）映射到不同的天線上，即不同的MIMO“層”上，
（2）不同小區的基帶子載波，在高頻調制后的情形
由于在不同的頻譜資源上，則相互不干擾
（3）同一小區，不同“層的”基帶子載波
由于不同“層”之間的15K“子載波”會被映射到相同的載波頻率上，不同“層”的頻譜是重疊的，因此不同“層”之間是相互影響的，
如果避免不同“層”之間的相互影響呢？
首先想到的是CDMA的碼分多址
而這里采用的是采用的技術：稱為“預編碼矩陣”，
與CDMA不同，這里應對的是，每個15K載波模擬信號在空間的疊加！！！
第4章 預編碼矩陣Precoding
4.1 MIMO信號在空口的疊加原理
多天線MIMO空分復用是指：不同資料流的天線信號，其載波的頻率是完全相同的，頻譜寬度也是完全重疊在一起的，與CDMA碼分多址類似，
因此，空分復用使得在相同的帶寬下，傳輸的資料成倍的增加，頻譜利用率也成倍的增加，
但是，也很顯然，因為這里的資料流的載波頻率是完全相同的，是同頻的信號，因此在頻率上是無法的區分開的，濾波器濾波器（區分有保護間隔的不同頻點的信號）和快速傅里葉變換（區分部分重疊的不同頻點的子載波的信號）都不起作用，
因此，需要一種新的技術手段來區分同一個接收天線中接收的信號來自于哪些發送天線，每個發送天線的信號的是什么？
正弦波的引數有：頻率、相位、幅度，
既然頻率區分不了，能不能通過幅度來區分呢？或者說信號的能量呢？答案是肯定的，這就是本文的重點！！！
同頻的信號，他們時域上有混合在了一起，其實是無法區分開來的，但能通過一定的技術手段，是可以獲取該信號的幅度的！
如果能夠知道，接收天線接收到的信號能量/幅度中，不同發送天線所占的能量/幅度比重Hi.j. 通過解方程組，就可以獲取每一路發送天線中信號的能量，
以2T2R的MIMO為例：
（1）假設：
- X1, X2為發送方的調制后的信號
- Y1, Y2為接收方的解調前的信號
- 期望的目標是Y1=X1, Y2 = X2;
- S1和S2為發送天線發送基帶信號的能量/幅度
- h11，h21為基帶信號S1在不同路徑上衰減的比例；
- h21，h22為基帶信號S2在不同路徑上衰減的比例，
（2）接收信號R1和R2為發送信號S1和S2在空間中的疊加
- h11*S1 + h12*S2 = R1
- h21*S1 + h22*S2 = R2
（3）信號在無線信道中疊加矩陣運算式為：
S * H = R
其中矩陣H表示為發送信號與接收信號在無線信道中的傳輸特性矩陣，
（4）如何確保Y=X呢？
- 方案1：在接收端后處理
- 方案2：在接收端預處理
備注：
上述數學運算的關鍵是：S1和S2都是實數，R1和R2也是實數，即它們都是子載波信號的幅度值，而不是二進制0和1位元序列！！！
4.2 接收方后處理，發送方不做任何處理
（1）發送方不處理
S = X
（2）信號在空間的疊加
（3）接收方后處理
所以：
因為：
所以：
所以：Y = X
（4）結論
與就是說，只需要知道多天線的信號在空間的傳輸特性H，接收端就可以通過其接收到的信號與傳輸特性矩陣的逆矩陣相乘，就可以在接收端得到發送端的發送信號X，
LTE/NR并沒有采用此策略，而是采用了發送方預處理的策略，
4.3 發送方預處理
（1）發送方預處理
（2）信號在空間的疊加
（3）接收方發不處理
所以：
因為：R = X
所以：Y = X
（4）結論
與就是說，只需要知道多天線的信號在空間的傳輸特性H，發送端就可以對其要發送的信號X與傳輸特性矩陣的逆矩陣相乘的預處理，接收端不需要任何操作，在接收端皆可以直接還原出發送的信號X，
LTE/NR并采用了此策略！！！
4.4 無線信道傳輸的權重矩陣H與預編碼矩陣
從上述的分析可以看出，MIMO的關鍵和核心是從信號發送端多天線到信號的接收端的多天線之間的無線信道的特性，即無線信道傳輸的權重矩陣H，
發送端通過對發送的信號X與傳輸特性矩陣的逆矩陣相乘的預處理，從而使得接收端不需要進行任何處理，就可以直接還原出發送的信號X，
傳輸特性矩陣的逆矩陣，在這里有一個專有的名字：預編碼矩陣，
因此，預編碼矩陣的系數與無線信道質量是相關的，不同的信道質量，預編碼矩陣也是不相同的，隨著終端與基站之間的方位的變化，其無線信道的傳輸特性是要發生變化的，如下圖所示：
現在的問題是：
（1）發送端如何知道無線信道的質量呢？
（2）發送端又如何知道預編碼矩陣的系數呢？
第一個問題，其實比較簡單：
如果基站是發送端，這基站通過終端上報的CQI知道信道的質量，根據CQI選擇特定預編碼矩陣，
如果基站是接收端，可以通過檢測上行參考信號的信噪比，獲得無線信道的質量，然后通過下行控制信道通知終端按照什么樣的預編碼矩陣，
第二個問題，LTE和NR系統中采用了預先定義好的64種信道這兩環境下的預編碼矩陣，這個預先定義好的預編碼矩陣，稱為碼本Codebook，
4.5 自適應預編碼矩陣與碼本Codebook
在基站與終端，均存盤一套包含若干個（LTE和NR中定義了64個）預編碼矩陣組成的碼本Codebook，這樣接識訓可以根據估計信道質量中，選擇其中一個預編碼矩陣，
發送端，根據接收端檢測到的無線信道質量，動態的選擇預編碼矩陣，我們稱之為自適應預編碼矩陣
如下是碼本Codebook的案例：
4.6 碼本的選擇策略？
其他參考：
https://wenku.baidu.com/view/846fec260722192e4536f67f.html
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