TD-LTE 2/8天線性能對(duì)比的研究

楊博

【摘要】 在TD-LTE系統(tǒng)中，采用了多天線技術(shù)，這也充分保證了LTE系統(tǒng)的整體性能。論文首先對(duì)多天線技術(shù)進(jìn)行了簡單的介紹，然后對(duì)2/8天線上下行信道性能進(jìn)行了對(duì)比分析，最后提出了8天線在TD-LTE產(chǎn)品中面臨的挑戰(zhàn)，通過論文的分析和討論，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究提供一定的參考意見。

【關(guān)鍵詞】 TD-LTE 多天線技術(shù) 2/8天線 性能對(duì)比

引言

多天線技術(shù)（MIMO）是LTE系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，通過與OFDM及技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，能夠?qū)铡r(shí)、頻多維信號(hào)進(jìn)行很好的聯(lián)合處理和調(diào)度，使系統(tǒng)的靈活性和傳輸效率大幅度提升。TD-LTE系統(tǒng)集成了TDD的固有特點(diǎn)和優(yōu)勢，能夠很好的滿足非對(duì)稱移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求。隨著LTE上涌進(jìn)程的不斷推進(jìn)，全球各大電信運(yùn)營商已經(jīng)大面積部署LTE網(wǎng)絡(luò)，大部分FDD運(yùn)營商采取了將LTE和3G系統(tǒng)共同部署的策略，基站主要采用2天線，而TDD運(yùn)營商為了將TDD技術(shù)的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，其基站主要采用4天線和8天線技術(shù)，因此，需要充分了解不同天線技術(shù)各自的特點(diǎn)，從而為TD-LTE的實(shí)際部署和后續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

一、多天線技術(shù)

多天線技術(shù)是一種統(tǒng)稱，根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同可以分為天線分集、波束賦形以及空分復(fù)用三種[1]。從LTE的發(fā)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(shù)在TD-LTE系統(tǒng)中的發(fā)展及應(yīng)用對(duì)于TDLTE的發(fā)展發(fā)揮著非常重要的作用。最優(yōu)的MIMO算法對(duì)于不同的天線屬配置來說存在一定的差異。

在TD-LTE系統(tǒng)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(shù)[2]。表1給出了2天線和8天線的上下行對(duì)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(yīng)技術(shù)，當(dāng)信道條件較好時(shí)會(huì)采用雙流技術(shù)，而當(dāng)信道條件較差時(shí)，則采用了單流技術(shù)。

二、2/8天線性能對(duì)比

2.1 2/8天線下行信道性能對(duì)比

表2給出了2/8天線SU-MIMO的系統(tǒng)性能對(duì)比數(shù)據(jù)，基于3GPP Casel-3D場景進(jìn)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(yīng)。

從表2中的數(shù)據(jù)來看，8天線相對(duì)于2天線來說，平均頻譜效率的增益達(dá)到了19%，邊緣頻譜效率的增益達(dá)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(qiáng)的波束，使有用信號(hào)提高，干擾也大幅降低。同時(shí)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(jìn)行矩陣分解，可以得到更加準(zhǔn)確的預(yù)編碼向量。

由于8天線相對(duì)于2天線來說具有更大的空間自由度，因此8天線能夠?qū)U-MIMO進(jìn)行更好的支持。表3給出了8天線的SU-MIMO和MU-MIMO的性能對(duì)比，其中SUMIMO采用了單雙流自適應(yīng)技術(shù)，MU-MIMO則采用了2用戶配對(duì)的單流技術(shù)。從表中的數(shù)據(jù)能夠看出，MU-MIMO相對(duì)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(duì)準(zhǔn)則以及用戶之間的干擾消除的預(yù)編碼算法會(huì)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(duì)比

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

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?yàn)?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(shù)能夠進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能增益。

三、8天線在產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)中的挑戰(zhàn)

從前文的分析來看，基于8天線和2天線在物理實(shí)現(xiàn)、器件性能方面基本保持一致[3]。但是在實(shí)際產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)方面，兩者之間存在一定的差異，比如天線增益，這些對(duì)會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際上下行性能產(chǎn)生不同程度的影響。TD-LTE基于信道互易的8天線技術(shù)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(duì)上行容量進(jìn)行充分的考慮，因此，一般會(huì)選擇較粗的時(shí)頻顆粒度進(jìn)行反饋。但是在TDD系統(tǒng)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(yù)編碼計(jì)算的過程中不會(huì)受到碼本量化帶來的影響。當(dāng)硬件處理能力較高時(shí)，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)所有物理資源塊的波束賦型矩陣的計(jì)算，這能夠使得波束賦型與信道條件之間的匹配程度進(jìn)一步提高，從而促進(jìn)波束賦型技術(shù)性能的進(jìn)一步提升。

四、結(jié)語

TD-LTE繼承了TDD的優(yōu)勢和特點(diǎn)，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(duì)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(shí)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(fā)揮空間和復(fù)用和干擾抑制方面的優(yōu)勢，能夠進(jìn)一步提升TD-LTE系統(tǒng)的性能。

參 考 文 獻(xiàn)

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

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

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