LTE高速移動環境下多天線技術研究

卜青云

（長訊通信服務有限公司）

LTE高速移動環境下多天線技術研究

卜青云

（長訊通信服務有限公司）

隨著科技的發展，人們生活水平的提高，人們之間的通訊也越來越方便。而通訊的日益便利則取決于移動網絡的普及以及它的快速發展。近幾年移動網絡經歷了2G到3G，3G向4G的發展，4G在社會也即將得普及。移動網絡的快速發展，是由于它充分發揮了當今高新科技技術的優勢，依賴于當今科技的穩步提升。LTE正是高新技術的產物，LTE的出現，極大促進了移動網絡的發展。相信在未來移動網絡事業的發展中，與其它行業有更多的交匯，形成多元化業務，發揮越來越重要的作用。本文先對多天線技術進行了簡要闡述，又分析了LET性能與多天線技術的關系，最后探究了在高速移動的環境下，LET多天線技術會呈現怎樣的狀態。

LTE；高速移動環境；多天線技術

雖然我國的通訊工程已經做得很完善了，但我們還是要向更高、更快的方向發展。這就要求我們對過去，現在的通訊系統有全面的了解。在了解中對它們進行比較，在比較中發現不同系統的優缺點，從而對將來的通訊系統有所預測，明白相關技術人員應該在哪一方面對系統進行改進。當今時代，第四代通訊系統逐漸取代了第三代通訊系統，成為時代的主流。CDMA系統是第三代通訊系統的主要系統，而第四代通訊系統的主要系統分別是：LTE、OFDMA、HSPA三個系統。而在這三個系統中，最先進的就是LTE了。下文就是對LET系統的詳細介紹。

1 什么是多天線技術

多天線技術，主要分為四種技術，包括全向天線、定向天線、機械天線、雙極化天線以及電調天線。全向天線即水平圖上呈均勻輻射，也就是輻射沒有方向性；定向天線與全向天線相反，在水平圖上表現為向一確定的角度輻射，也就是定向輻射；機械天線，就是用機械調整角度的移動天線；電調天線，就是用電子調整輻射角度的天線；雙極化天線則是指+45°和－45°兩種極化方向相互正交的天線同時進行工作的新型天線技術。

多天線技術就是多種天線技術的統一表述，從大的方面來看，主要分為兩種方式，即波束賦型和分集空分復用兩種形式[2]。波束賦型是通過特定的方法，合成某種特定波束的方式。這種波束會抑制干擾，能夠最大程度的實現天線增益，但是前提是要有多根天線輔助。相比上一種方式，天線分集在這方面有很大的優勢，它可以充分利用無線信道的特點，從而在無線信道衰弱的時候，充分利用多余的分集來使其衰弱度降低，或者使其衰弱度得到一定的控制；空分復用也就是為了使空口達到最高的傳輸效率，而借助無線信道的獨特優勢構造數個并行信道的一種方式。在這兩種方式中，Beamforming是指第一種方式，MIMO是第二種方式。

2 LTE性能與多天線技術的關系

LTE技術之所以比OFDMA、HSPA更先進，是因為它和后兩個技術相比，有很多優勢。比如說，LTE講求三高兩低，三高指高峰值速率，高頻譜效率，高移動性，兩低是指低時延、低成本[1]。此外，LTE比較注重用戶體驗，近幾年在用戶體驗和網絡效應上都有很大提升，它的網結構呈扁平化，極大地提高了業務傳送的效率。LTE采用1ms子幀作為調度周期，能夠更加靈活地適配各種場景，而各種關鍵技術的前提就是快速調度。MIMO可以在復用模式和分集模式之間自適應動態改變，和Beamforming結合使用，既能夠改變覆蓋，又能夠增大容量。

LTE之所以能夠在很大程度上提升數據的傳輸速度，充分發揮利用頻譜的功能，是因為它具備了多輸入、多輸出以及分復用正交頻譜等高新技術。目前，LTE主要存在兩種形式，即FDD-LTE和TDD-LTE，這兩種形式雖然在運作模式上有極大的相似性，但是在上下行速率和頻譜利用率上還是有較大差距，各占優勢。比如，FDD上下行速率較快，而TDD較慢，所以在這方面FDD顯示出TDD所不具備的上下行速率優勢；但是在對頻譜的利用范圍上，FDD的利用范圍較小，TDD的利用范圍則較大，所以在這方面TDD略勝一籌。這兩種方式，各具優勢，互補不足。和之前的技術相比，LTE在其覆蓋面和容量上，做出了很大突破，覆蓋面積增加，容量大幅度提高。所以和之前的那些技術相比，有著很大優勢。除此之外，LTE技術還使多個寬帶得以實現分配使用。

比如說TD-LTE組網技術，主要和兩種配置相關，即二天線和八天線，也就是MIMO和波束賦形，其仿真效果及二者在功能上的差異如表1所示。

根據圖表，可以看出，2天線的吞吐量不論是從扇區來看，還是邊緣來看，都比8電線波束賦形低，說明了2天線即MIMO要比8天線的運行速率快。再結合上兩圖，可以看出2天線在下行鏈路上的覆蓋范圍不如8電線廣泛。再經過進一步分析，可知雖然2天線比8天線快，但如果僅從邊界速率上來看，8天線卻比2天線快。在高負荷環境中，2天線和8天線的吞吐速率都有所提高，只是程度不同，2天線MIMO提高的范圍較小；在低負荷條件下二者的吞吐率也有所提高，而且幅度相近。

表1 2天線與8天線對比表

3 LTE高速移動環境下多天線技術研究

高速移動環境，即快速移動的環境，本文中將選取高速移動的高鐵作為研究對象，對LTE在高速移動環境中的多天線技術進行探究。在高鐵上，實際上基站與移動終端并不是相對靜止，相反，是存在相對運動的，而且這種運動遵循著一種特定的規律，即多普勒效應。也就是說，當移動終端發送信號時，基站雖然可以接受這種信號，但是信號并不能保持同步，在這種情況下，信號的頻率偏差并不是毫無規律，這種規律性偏差的現象就是多普勒效應，這種偏差就叫作多普勒頻移。在多普頻移的條件下，如果移動速度增大，那么多普勒頻移就會出現明顯的增大。針對這種情況，就應該找到一個頻偏容忍度，使其與這種現象相匹配。經過相關計算后，可以發現要想降低或者消除頻率偏差所帶來的影響，可以進行頻偏算法。而且這種算法除了可以降低影響，還可以讓誤碼率的性能保持在一定范圍內。

LTE多天線技術在高速移動環境下，主要依靠一些基礎技術實現。這些基礎技術中，主要是TDD和FDD，LTE技術就是通過這兩種技術的雙工形式展開的。TDD能夠控制上下行信號的傳播范圍，使其在相同的頻段下進行傳播，這樣可以使信道的對稱性得以充分發揮。而FDD抗干擾能力很強，還能夠自動適應鏈路，功率控制。實施多天線技術，還需要依靠一種基本技術，那就是預編碼技術。預編碼技術可以接收數據，并對數據進行分析產生一個訓練序列發送至終端，終端對其進行搜索后就可以獲得一個預編碼矩陣，并將這個矩陣的序號發送至發射端，同時發送出信道的信噪比向[3]。通過這樣的兩次傳遞，就可以在傳輸時起到信號增強的效果。

4 結語

科技的進步必將帶來更多的新技術，LTE技術就是在這樣的環境下產生的。移動網絡在近幾年發展迅速，邁出了通訊工程中的一大步，是通訊工程中很成功的一個通訊系統，極大促進了通訊工程的發展。雖然移動網絡已經很成熟，但我們還是希望它能有更多的突破，LTE技術就是近幾年剛出現的一門技術，正在慢慢發展，目前還不是特別成熟，尤其在高速移動的環境下。相信未來LTE將會成為移動網絡上的主要方式，回和其它技術相互交融，共同發展，產生多元化技術，得到更為廣闊的發展空間。

[1]付強.LTE高速移動環境下多天線技術研究[D].北京郵電大學，2010.

[2]羅萬團.高移動環境下的高性能切換和多天線技術研究[D].西南交通大學，2014.

TN929.5

A

1004-7344（2016）24-0279-01

-LTE系統增強多天線技術研究[D].北京郵電大學，2014.

2016-8-11