TD-LTE多天線技術(shù)應用

文/史光明

LTE是一種移動寬帶網(wǎng)絡標準，它是在3GPP定義下產(chǎn)生的。多天線（MIMO）技術(shù)最早由國外學者Marconi于1908年提出，該技術(shù)能夠通過利用多天線對信道衰弱進行相應的抑制，其中信道的容量與天線的數(shù)量成正比。無線通信相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展，多天線技術(shù)在TD-LTE系統(tǒng)中得到廣泛應用。多天線（MIMO）技術(shù)有豐富的傳輸模式，對系統(tǒng)容量和小區(qū)的峰值速率能有效提高。MIMO系統(tǒng)能加倍增加信道的容量，保障信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，并極大提高頻譜的利用率。針對LTE存在的高傳輸速率特點，多天線技術(shù)在LTE網(wǎng)絡系統(tǒng)的建設中會發(fā)揮出重要的作用。

1 TD-LTE多天線（MIMO）技術(shù)概念和相應原理

1.1 TD-LTE多天線（MIMO）技術(shù)相關(guān)概念

對于LTE系統(tǒng)而言，其能夠改善小區(qū)邊緣用戶系統(tǒng)的相關(guān)性能，將多天線技術(shù)應用到LTE系統(tǒng)中，空間維度資源能夠得到充分的利用，相關(guān)發(fā)射功率和帶寬在不受到改變的情況下，無線通信系統(tǒng)的傳輸容量可以得到成倍的提高。

對于多天線技術(shù)而言，其包含了天線分集、空間復用和波束賦型等三種應用技術(shù)，通過在無線通信系統(tǒng)中使用大規(guī)模的多天線（MIMO）技術(shù)，可以有效提高空間的分辨率，能夠?qū)Ω黝愘Y源進行深度挖掘，涉及維度更加廣泛。同時，多天線技術(shù)能夠有效提高天線接收端的信噪比，從而達到更好的網(wǎng)絡覆蓋效果，天線分集和波束賦型技術(shù)發(fā)揮了重要的作用。

通過使用多天線技術(shù)中的空間復用技術(shù)，還能夠有效提高小區(qū)的吞吐率和峰值速率，在特定的環(huán)境下空間復用技術(shù)還能夠提高數(shù)據(jù)的速率。通過將多天線（MIMO）技術(shù)應用到LTE通信系統(tǒng)中，能夠有效保證LTE系統(tǒng)的高峰值速率和高頻譜效率。

1.2 TD-LTE多天線（MIMO）技術(shù)相關(guān)原理

多天線接收原理：

在不同的傳輸信道中，UE發(fā)送的信號會通過這些信道到達對應的天線，能夠合并各天線上的信號，這是在對各路接收信號乘以權(quán)值的基礎上完成的，從而可以獲得信號 。無線信道一般表現(xiàn)出衰落的特點，發(fā)射機和接收機兩者之間的無線信道，在時間的變化下會出現(xiàn)深衰落的狀況，這就會造成接收信號SINR產(chǎn)生相應的波動。不同天線上信號發(fā)生的深衰落狀況，同時出現(xiàn)的情況一般不會發(fā)生，如果發(fā)生的話其概率也較小，當合并不同天線上的信號后，信號的深衰落的就會得到很大的減少，從而就能夠獲得相應的分集增益。

不同天線之間的白噪聲是沒有相關(guān)關(guān)系的，對不同天線上的接收信號進行合并后，這時會保持噪聲的功率不會發(fā)生變化，并提高信號的能量，進而能夠獲得相應的陣列信號。針對信號合并相關(guān)的工作原理，MIMO系統(tǒng)中的MMSE接收機能夠?qū)喜?quán)值進行相應的調(diào)整，對主瓣和旁瓣的方向進行改變，這樣能夠使得合并后的信號達到最大的SINR。

2 TD-LTE多天線（MIMO）的傳輸模式

2.1 單天線傳輸和發(fā)射分集

對于無法布放雙通道室分系統(tǒng)的室內(nèi)站而言，通常使用單天線傳輸模式進行相關(guān)消息的發(fā)送。傳輸模式中含有的分集技術(shù)存在許多的優(yōu)點，其中表現(xiàn)為對抗衰落、提高鏈路的可靠性等。發(fā)射分集具有眾多的實現(xiàn)方法，其中LTE標準作為一種發(fā)射分集方式，該標準的端口采用的是空頻編碼，通常在系統(tǒng)的發(fā)射端，就會對數(shù)據(jù)進行相應的聯(lián)合編碼，對于信道衰落和噪聲產(chǎn)生的符號錯誤率，其能夠有效地降低。

2.2 關(guān)于空間復用

空間復用傳輸模式，利用了不同天線間信道存在的弱相關(guān)性，其能夠在互相獨立的信道上，實現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)流的傳送，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俾室矔玫教岣?。線性預編碼方式的不同，使空間復用可以分為兩種模式，包括開環(huán)和閉環(huán)空間復用。在開環(huán)空間復用中，預編碼矩陣進行輪詢是根據(jù)相應的設置順序，應用也較為廣泛，作為一種普通的空間復用方式，接收端和發(fā)射端之間沒有信息交互。

針對閉環(huán)空間復用，接收端和發(fā)射端具有相應的信息之間的交互，反饋信道信息經(jīng)過接收端傳送到發(fā)射端，反饋信道信息被傳送到發(fā)射端后，發(fā)射端對信號進行預處理，保證空間的獨立性。

2.3 關(guān)于波束賦形

對于相應的數(shù)據(jù)，發(fā)射端能夠進行加權(quán)后會繼續(xù)發(fā)送出去，這時一種較窄的發(fā)射波束就會形成，這種能量可以和相應的目標用戶進行對準，對目標用戶的信噪比、用戶的接收性能，都具有有效的提高作用。

單流波束賦形在處理的過程中，對于層映射和預編碼而言，兩者處于一對一的映射狀態(tài)，這種功能的實現(xiàn)，一般都依靠邏輯和物理天線中的模塊。一般情況下，波束賦形的使用，通常是應用在業(yè)務信道上，控制信道仍然可以采用發(fā)射分集的技術(shù)，對小區(qū)的網(wǎng)絡覆蓋進行保障。

2.4 天線選擇技術(shù)

在MIMO上行可以采用天線選擇技術(shù)，提供空間分集增益SC-FDMA及其實現(xiàn)方式。多天線分集改善了相應的性能指標，能夠通過提高編碼率和降低重傳率來提高系統(tǒng)容量，該分集技術(shù)具有很好的抗衰落功能，在信道散射豐富、多根天線之間相關(guān)性不高時，抗衰落性能會更高。

3 總結(jié)

多天線（MIMO）技術(shù)作為一種能夠增強通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，在TD-LTE通信系統(tǒng)中能夠保證系統(tǒng)的上下行速率，在無線覆蓋區(qū)域也發(fā)揮著重要的作用。在接收分集模式下，UE能夠通過1根發(fā)射天線進行信號的發(fā)送，對于不同的UE其占用著不同的時頻資源，能夠使用多個天線接收信號，可以對多個天線上收到的信號進行相應的合并，達到SINR的最大值，并獲得相應的分集增益和陣列增益，實現(xiàn)小區(qū)的系統(tǒng)全覆蓋。