智能天线在TD—LTE中的应用分析(3)
当用户的数据流数<接收天线数时,该算法可提供更多的正交用户配对,较BD算法有较高的性能提升。该算法的主要步骤为:
1)压缩用户信道矩阵:对第i个用户的信道矩阵Hi进行SVD分解,如式(6)。取ui前第ri个列向量的共轭转置,那么:
当用户的数据流数ri<接收天线数nR时,用户的信道矩阵由nR行压缩为ri行。
2)抑制用户间干扰(构建“我为人人,人人为我”的和谐信号传输)。
定义:
对进行SVD分解,
其中表示0奇异值对应的特征向量。多用户波束赋形矩阵已经能保证干扰用户位于该用户信号的零限。
3)在保证不对其他配对用户干扰的同时,最大化有用信号强度。
将寻找更优化的波束赋形算法,在抑制用户间干扰的同时,最大化有用信号的强度,再对有用信号进行一次波束赋形,对进行SVD分解,得到:
其中,取的前ri个右奇异向量表示。那么以为波束赋形矩阵的干扰消除算法不仅能保证完全消除干扰,还能将有用信号功率增强,优化系统性能。
所以,多用户波束赋形矩阵表示为:
(8)
总之,智能天线刚开始在TD-LTE应用时,就已经与MIMO技术结合了。在LTER8的TM7中,表面上只支持单流波束赋形,但eNodeB可以采用“透明”方式将两个或多个UE调度在同一时频资源上,从而构成多用户MIMO传输,因其只定义了一个专用导频端口,所以eNodeB只支持单流波束赋形。在LTER9的TM8中定义了两个专用导频端口,eNodeB可以通过下行控制信令指示两个Rank1传输的UE分别占用相互正交的一对专用导频端口,避免了UE间干扰对专用导频信道估计的影响,也保证了多用户MIMO有更好的传输质量。
4智能天线的发展方向[4]
随着TD-LTE系统的演进,智能天线将会向情景化、小型化、电调化、宽带化、集成化,以及快速、高效、简单、可DBF固件化的自适应算法等方向发展。
情景化:既要适应户外环境特点的美观型天线表面,又要适应具体环境的最佳波束赋形;
小型化:用介质谐振器代替传统天线阵列的介质型智能天线是理想的小型化途径;
电调化:通过调整赋形波束权值达到虚拟调整阵列垂直和水平波束对应的下倾角和方位角的目的;
宽带化:工作频段可覆盖GSM、TD-SCDMA、TD-LTE、WLAN、WiMAX等多种异构网络频段;
集成化:既可美化环境又可节约资源的适应多种异构网络制式、可同时接入多家运营商的共塔型智能天线。
另外,在TD-LTE的演进系统中,智能天线还有可能支持采用多个小区联合的调试方法,既可使相同资源分配不同方向波束、相同方向波束使用不同资源以达到避免干扰的目的,又可在单个小区赋形中考虑让外小区被干扰用户通过零陷方法来避免对外小区用户干扰的干扰抑制,还可支持在某种特殊情况下用多个小区同时对一个用户进行波束赋形,以达到提升其信号强度的目的。总之,TD-LTE系统智能天线的智能特征将会越来越高。
5总结
智能天线技术在TD-LTE系统中的应用,虽然仅在国内的试验网和极少国外商业网中开始使用,但已广泛应用于TD-SCDMA,是3G系统的成熟技术。智能天线利用空间信道的强相关性及波的干涉原理产生的强方向性,形成非常明确的辐射方向图,使其主瓣自适应地指向用户来波方向,不仅极大地提高了用户的声噪比,获得了明显的阵列增益,还使网络扩大了覆盖范围、改善了边缘吞吐量和干扰抑制性能。
TD-LTE网络的MIMO多天线技术是eNodeB和UE双方都采用多根天线进行收发,通过适当的发射信号形式和接收设计,可以在不显著增加系统成本的同时,提高系统容量,获得阵列增益、功率增益、干扰抑制增益、空间分集增益、空间复用增益等多种优势、为网络带来更高的速率、更好的覆盖效果。当智能天线技术与MIMO技术结合后,TD-LTE网络可为用户提供高速率、高带宽、高性能和短延时的体验感知。双流波束赋形就是智能天线与MIMO技术的结合,随着优秀算法的出现,多流波束赋形技术将会为TD-LTE及其演进系统提供更好的无线通信性能。
【参考文献】
[1]来萍.IEEE802.16eOFDMA系统中智能天线技术(AAS)的研究[D].杭州:浙江大学,2006.
[2]高峰,高泽华,等.TD-LTE技术标准与实践[M].北京:人民邮电出版社,2011.
[3]金婧,王启星,等.TD-LTE多用户双流波束赋形技术分析和评估[J].移动通信,2012(Z2).
[4]姚美菱,李明.智能天线发展方向浅析[J].移动通信,2012(1).
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