TD-LTE 2/8天线性能对比的研究

杨博

【摘要】 在TD-LTE系统中，采用了多天线技术，这也充分保证了LTE系统的整体性能。论文首先对多天线技术进行了简单的介绍，然后对2/8天线上下行信道性能进行了对比分析，最后提出了8天线在TD-LTE产品中面临的挑战，通过论文的分析和讨论，希望能够为相关研究提供一定的参考意见。

【关键词】 TD-LTE 多天线技术 2/8天线 性能对比

引言

多天线技术（MIMO）是LTE系统的关键技术之一，通过与OFDM及技术结合应用，能够对空、时、频多维信号进行很好的联合处理和调度，使系统的灵活性和传输效率大幅度提升。TD-LTE系统集成了TDD的固有特点和优势，能够很好的满足非对称移动互联网业务应用的需求。随着LTE上涌进程的不断推进，全球各大电信运营商已经大面积部署LTE网络，大部分FDD运营商采取了将LTE和3G系统共同部署的策略，基站主要采用2天线，而TDD运营商为了将TDD技术的优势充分发挥出来，其基站主要采用4天线和8天线技术，因此，需要充分了解不同天线技术各自的特点，从而为TD-LTE的实际部署和后续发展提供依据。

一、多天线技术

多天线技术是一种统称，根据实现方式的不同可以分为天线分集、波束赋形以及空分复用三种[1]。从LTE的发展过程来看，最基本的LTE MIMO形式采用了两端口的2×2形式。因此，多天线技术在TD-LTE系统中的发展及应用对于TDLTE的发展发挥着非常重要的作用。最优的MIMO算法对于不同的天线属配置来说存在一定的差异。

在TD-LTE系统中，常用传输方式主要包括TM2、TM3、TM4、TM7以及TM8，其中2天线主要采用的传输模式包括TM2、TM3和TM4；8天线除了支持2天线支持的传输模式之外，还支持TM7和TM8，其中TM8模式为R9支持技术[2]。表1给出了2天线和8天线的上下行对天线模式的支持能力。从表1来看，在上行上都是采用MIMO的分集模式，下行由于采用了模式间的自适应技术，当信道条件较好时会采用双流技术，而当信道条件较差时，则采用了单流技术。

二、2/8天线性能对比

2.1 2/8天线下行信道性能对比

表2给出了2/8天线SU-MIMO的系统性能对比数据，基于3GPP Casel-3D场景进行仿真，2天线采用TM4模式，8天线采用TM8模式，均支持单双流自适应。

从表2中的数据来看，8天线相对于2天线来说，平均频谱效率的增益达到了19%，边缘频谱效率的增益达到了22%。8天线的性能增益主要是由于其本身的空间自由度更高，能够形成更窄、指向性更强的波束，使有用信号提高，干扰也大幅降低。同时2天线通过终端反馈码本的方式存在码本量化损失，而8天线通过信道互易性得到的信道进行矩阵分解，可以得到更加准确的预编码向量。

由于8天线相对于2天线来说具有更大的空间自由度，因此8天线能够对MU-MIMO进行更好的支持。表3给出了8天线的SU-MIMO和MU-MIMO的性能对比，其中SUMIMO采用了单双流自适应技术，MU-MIMO则采用了2用户配对的单流技术。从表中的数据能够看出，MU-MIMO相对于SU-MIMO的平均频谱效率和边缘频谱效率均有15%左右的提升。8天线MU-MIMO模式下，用户配对准则以及用户之间的干扰消除的预编码算法会在较大程度上影响传输性能。

2.2 2/8天线上行信道性能对比

从上行链路的性能来看，8天线相对于2天线具有更大的接收分集增益。同时，8天线的空间自由度优势方便基站通过更具优势的接收算法来提升处理增益。表5给出了2/8天线系统上行仿真性能对比，仿真基于理想的信道估计。

接收端通过采用8天线和基于MMSE的干扰消除接收算法，8天线在平均频谱效率以及边缘频谱效率均有50%以上的增益效果，尤其是边缘频谱效率的增益接近80%左右。因为8天线具有很好的干扰消除性能，因此8天线的基站上行引入MU-MIMO技术能够进一步提升系统性能增益。

三、8天线在产品实现中的挑战

从前文的分析来看，基于8天线和2天线在物理实现、器件性能方面基本保持一致[3]。但是在实际产品实现方面，两者之间存在一定的差异，比如天线增益，这些对会对网络的实际上下行性能产生不同程度的影响。TD-LTE基于信道互易的8天线技术方案存在一定的问题。基于用户反馈码本的多天线方案，需要对上行容量进行充分的考虑，因此，一般会选择较粗的时频颗粒度进行反馈。但是在TDD系统中，基站能够通过上下行信道互易性获取上下行信道信息。因此，在预编码计算的过程中不会受到码本量化带来的影响。当硬件处理能力较高时，甚至能够实现所有物理资源块的波束赋型矩阵的计算，这能够使得波束赋型与信道条件之间的匹配程度进一步提高，从而促进波束赋型技术性能的进一步提升。

四、结语

TD-LTE继承了TDD的优势和特点，具有较高的灵活性和性能。通过论文的分析可以看出，8天线相对于2天线在平均频谱效率和边缘频谱效率具有更好的性能，同时8天线的MU-MIMO比SU-MIMO在平均频谱效率和边缘频谱效率具有更好的性能。因此，8天线能够更好的发挥空间和复用和干扰抑制方面的优势，能够进一步提升TD-LTE系统的性能。

参 考 文 献

[1]毕奇.LTE多天线技术发展趋势[J].电信科学，2014（10）：1-7.

[2]吴群英.LTE系统中的多天线技术[J].电信科学，2009（10）：67-71.

[3]符新.TD-LTE网络2/8天线性能对比研究[J].中国新通信，2015（01）：56-58.