Multi-antenna transmission schemes in Long Term Evolution

Abstract

This thesis investigates the use of multi-antenna transmission schemes in Long Term Evolution. First the basic features and characteristics of Long Term Evolution are covered. To provide basis for the measurements, general features of LTE and downlink transmission schemes are gone over.

The actual performance of multi-antenna transmission schemes in LTE is measured both in indoors and outdoors. The main focus is on the different transmission schemes. The effects of different antenna configurations and carrier frequencies on transmission schemes are also investigated.

The results clearly show that multi-antenna transmission schemes do provide significant gains in indoor cells. Indoor cells provide ideal radio conditions, in terms of signal strength, signal quality and rich multipath propagation, for spatial multiplexing. The transmit diversity also performs better than a single transmitting antenna in poor conditions.

The effects of different antenna .configurations in pico cells are minimal. The differences can only be seen in line-of-sight situations. In line-of-sight situations maximizing the separation among spatial streams improves capacity.

In indoor cells the effects of carrier frequency remain small. In line-of-sight situations higher frequency improves separation of streams and thus the capacity. In non-line-of-sight situations the increased path loss harms the capacity, on higher frequencies.

In outdoors the gains of spatial multiplexing decrease as the signal strength is lower than in pico indoor cells. Still the use of spatial multiplexing provides some gains in majority of samples. The high gains are restricted onto a limited portion of the macro cell's coverage area.

Työssä tutkitaan moniantennilähetystekniikoita Long Term Evolutionissa. Työn alussa esitellään LTE:n perusominaisuudet. Perusominaisuuksien jälkeen käydään tarkemmin läpi erilaiset yhden käyttäjän lähetystekniikat.

Työssä esitellään mittaustuloksia sisä- ja ulkosoluista. Mittauksissa pääpaino on erilaisten lähetysprosessien vertailussa ja suorituskyvyn tutkimisessa. Mittauksissa tutkitaan myös erilaisten antenniyhdistelmien ja taajuuksien vaikutusta suorituskykyyn.

Sisäsoluissa monen rinnakkaisen datavirran lähetys paransi suorituskykyä huomattavasti. Siirtonopeudet nousivat mittauksissa käytetyn päätelaitteen maksiminopeuksiin useissa mittauspisteissä. Tilakanavoinnin korkeat hyödyt selittyvät korkealla kentänvoimakkuudella ja vahvalla monitie-etenemisellä.

Tukiasemassa käytettyjen antennien merkitys suorituskykyyn jäi erittäin pieneksi sisäsoluissa. Tilanteessa, jossa oli näköyhteys tukiasemaan, antennien mahdollisimman suuri erotus paikallisesti1ja polarisaation suhteen paransi suorituskykyä hieman.

Lähetystaajuuden vaikutus sisäsoluissa oli pieni. Tilanteissa, joissa on näköyhteys antenneihin, korkeampi taajuus paransi samanaikaisten datavirtojen erottelua ja suorituskykyä hieman.

Ulkosoluissa usean samanaikaisen datavirran edut pienenivät selkeästi. Matalammat kentänvoimakkuudet estävät usean samanaikaisen datavirran tehokkaan käytön. Dynaamista tilakanavointia - yhtä ja kahta datavirtaa - käyttävät tekniikat paransivat suorituskykyä hieman suuressa osassa näytteistä, mutta dramaattinen parannus näkyi vain pienessä osassa makrosolua.