TD-LTE 2/8天線性能對比的研究

楊博

【摘要】 在TD-LTE系統中，采用了多天線技術，這也充分保證了LTE系統的整體性能。論文首先對多天線技術進行了簡單的介紹，然后對2/8天線上下行信道性能進行了對比分析，最后提出了8天線在TD-LTE產品中面臨的挑戰，通過論文的分析和討論，希望能夠為相關研究提供一定的參考意見。

【關鍵詞】 TD-LTE 多天線技術 2/8天線 性能對比

引言

多天線技術（MIMO）是LTE系統的關鍵技術之一，通過與OFDM及技術結合應用，能夠對空、時、頻多維信號進行很好的聯合處理和調度，使系統的靈活性和傳輸效率大幅度提升。TD-LTE系統集成了TDD的固有特點和優勢，能夠很好的滿足非對稱移動互聯網業務應用的需求。隨著LTE上涌進程的不斷推進，全球各大電信運營商已經大面積部署LTE網絡，大部分FDD運營商采取了將LTE和3G系統共同部署的策略，基站主要采用2天線，而TDD運營商為了將TDD技術的優勢充分發揮出來，其基站主要采用4天線和8天線技術，因此，需要充分了解不同天線技術各自的特點，從而為TD-LTE的實際部署和后續發展提供依據。

一、多天線技術

多天線技術是一種統稱，根據實現方式的不同可以分為天線分集、波束賦形以及空分復用三種[1]。從LTE的發展過程來看，最基本的LTE MIMO形式采用了兩端口的2×2形式。因此，多天線技術在TD-LTE系統中的發展及應用對于TDLTE的發展發揮著非常重要的作用。最優的MIMO算法對于不同的天線屬配置來說存在一定的差異。

在TD-LTE系統中，常用傳輸方式主要包括TM2、TM3、TM4、TM7以及TM8，其中2天線主要采用的傳輸模式包括TM2、TM3和TM4；8天線除了支持2天線支持的傳輸模式之外，還支持TM7和TM8，其中TM8模式為R9支持技術[2]。表1給出了2天線和8天線的上下行對天線模式的支持能力。從表1來看，在上行上都是采用MIMO的分集模式，下行由于采用了模式間的自適應技術，當信道條件較好時會采用雙流技術，而當信道條件較差時，則采用了單流技術。

二、2/8天線性能對比

2.1 2/8天線下行信道性能對比

表2給出了2/8天線SU-MIMO的系統性能對比數據，基于3GPP Casel-3D場景進行仿真，2天線采用TM4模式，8天線采用TM8模式，均支持單雙流自適應。

從表2中的數據來看，8天線相對于2天線來說，平均頻譜效率的增益達到了19%，邊緣頻譜效率的增益達到了22%。8天線的性能增益主要是由于其本身的空間自由度更高，能夠形成更窄、指向性更強的波束，使有用信號提高，干擾也大幅降低。同時2天線通過終端反饋碼本的方式存在碼本量化損失，而8天線通過信道互易性得到的信道進行矩陣分解，可以得到更加準確的預編碼向量。

由于8天線相對于2天線來說具有更大的空間自由度，因此8天線能夠對MU-MIMO進行更好的支持。表3給出了8天線的SU-MIMO和MU-MIMO的性能對比，其中SUMIMO采用了單雙流自適應技術，MU-MIMO則采用了2用戶配對的單流技術。從表中的數據能夠看出，MU-MIMO相對于SU-MIMO的平均頻譜效率和邊緣頻譜效率均有15%左右的提升。8天線MU-MIMO模式下，用戶配對準則以及用戶之間的干擾消除的預編碼算法會在較大程度上影響傳輸性能。

2.2 2/8天線上行信道性能對比

從上行鏈路的性能來看，8天線相對于2天線具有更大的接收分集增益。同時，8天線的空間自由度優勢方便基站通過更具優勢的接收算法來提升處理增益。表5給出了2/8天線系統上行仿真性能對比，仿真基于理想的信道估計。

接收端通過采用8天線和基于MMSE的干擾消除接收算法，8天線在平均頻譜效率以及邊緣頻譜效率均有50%以上的增益效果，尤其是邊緣頻譜效率的增益接近80%左右。因為8天線具有很好的干擾消除性能，因此8天線的基站上行引入MU-MIMO技術能夠進一步提升系統性能增益。

三、8天線在產品實現中的挑戰

從前文的分析來看，基于8天線和2天線在物理實現、器件性能方面基本保持一致[3]。但是在實際產品實現方面，兩者之間存在一定的差異，比如天線增益，這些對會對網絡的實際上下行性能產生不同程度的影響。TD-LTE基于信道互易的8天線技術方案存在一定的問題。基于用戶反饋碼本的多天線方案，需要對上行容量進行充分的考慮，因此，一般會選擇較粗的時頻顆粒度進行反饋。但是在TDD系統中，基站能夠通過上下行信道互易性獲取上下行信道信息。因此，在預編碼計算的過程中不會受到碼本量化帶來的影響。當硬件處理能力較高時，甚至能夠實現所有物理資源塊的波束賦型矩陣的計算，這能夠使得波束賦型與信道條件之間的匹配程度進一步提高，從而促進波束賦型技術性能的進一步提升。

四、結語

TD-LTE繼承了TDD的優勢和特點，具有較高的靈活性和性能。通過論文的分析可以看出，8天線相對于2天線在平均頻譜效率和邊緣頻譜效率具有更好的性能，同時8天線的MU-MIMO比SU-MIMO在平均頻譜效率和邊緣頻譜效率具有更好的性能。因此，8天線能夠更好的發揮空間和復用和干擾抑制方面的優勢，能夠進一步提升TD-LTE系統的性能。

參 考 文 獻

[1]畢奇.LTE多天線技術發展趨勢[J].電信科學，2014（10）：1-7.

[2]吳群英.LTE系統中的多天線技術[J].電信科學，2009（10）：67-71.

[3]符新.TD-LTE網絡2/8天線性能對比研究[J].中國新通信，2015（01）：56-58.