TD-LTE多天线技术应用

文/史光明

LTE是一种移动宽带网络标准，它是在3GPP定义下产生的。多天线（MIMO）技术最早由国外学者Marconi于1908年提出，该技术能够通过利用多天线对信道衰弱进行相应的抑制，其中信道的容量与天线的数量成正比。无线通信相关技术不断发展，多天线技术在TD-LTE系统中得到广泛应用。多天线（MIMO）技术有丰富的传输模式，对系统容量和小区的峰值速率能有效提高。MIMO系统能加倍增加信道的容量，保障信号传输的稳定性，并极大提高频谱的利用率。针对LTE存在的高传输速率特点，多天线技术在LTE网络系统的建设中会发挥出重要的作用。

1 TD-LTE多天线（MIMO）技术概念和相应原理

1.1 TD-LTE多天线（MIMO）技术相关概念

对于LTE系统而言，其能够改善小区边缘用户系统的相关性能，将多天线技术应用到LTE系统中，空间维度资源能够得到充分的利用，相关发射功率和带宽在不受到改变的情况下，无线通信系统的传输容量可以得到成倍的提高。

对于多天线技术而言，其包含了天线分集、空间复用和波束赋型等三种应用技术，通过在无线通信系统中使用大规模的多天线（MIMO）技术，可以有效提高空间的分辨率，能够对各类资源进行深度挖掘，涉及维度更加广泛。同时，多天线技术能够有效提高天线接收端的信噪比，从而达到更好的网络覆盖效果，天线分集和波束赋型技术发挥了重要的作用。

通过使用多天线技术中的空间复用技术，还能够有效提高小区的吞吐率和峰值速率，在特定的环境下空间复用技术还能够提高数据的速率。通过将多天线（MIMO）技术应用到LTE通信系统中，能够有效保证LTE系统的高峰值速率和高频谱效率。

1.2 TD-LTE多天线（MIMO）技术相关原理

多天线接收原理：

在不同的传输信道中，UE发送的信号会通过这些信道到达对应的天线，能够合并各天线上的信号，这是在对各路接收信号乘以权值的基础上完成的，从而可以获得信号 。无线信道一般表现出衰落的特点，发射机和接收机两者之间的无线信道，在时间的变化下会出现深衰落的状况，这就会造成接收信号SINR产生相应的波动。不同天线上信号发生的深衰落状况，同时出现的情况一般不会发生，如果发生的话其概率也较小，当合并不同天线上的信号后，信号的深衰落的就会得到很大的减少，从而就能够获得相应的分集增益。

不同天线之间的白噪声是没有相关关系的，对不同天线上的接收信号进行合并后，这时会保持噪声的功率不会发生变化，并提高信号的能量，进而能够获得相应的阵列信号。针对信号合并相关的工作原理，MIMO系统中的MMSE接收机能够对合并权值进行相应的调整，对主瓣和旁瓣的方向进行改变，这样能够使得合并后的信号达到最大的SINR。

2 TD-LTE多天线（MIMO）的传输模式

2.1 单天线传输和发射分集

对于无法布放双通道室分系统的室内站而言，通常使用单天线传输模式进行相关消息的发送。传输模式中含有的分集技术存在许多的优点，其中表现为对抗衰落、提高链路的可靠性等。发射分集具有众多的实现方法，其中LTE标准作为一种发射分集方式，该标准的端口采用的是空频编码，通常在系统的发射端，就会对数据进行相应的联合编码，对于信道衰落和噪声产生的符号错误率，其能够有效地降低。

2.2 关于空间复用

空间复用传输模式，利用了不同天线间信道存在的弱相关性，其能够在互相独立的信道上，实现不同的数据流的传送，数据传输的峰值速率也会得到提高。线性预编码方式的不同，使空间复用可以分为两种模式，包括开环和闭环空间复用。在开环空间复用中，预编码矩阵进行轮询是根据相应的设置顺序，应用也较为广泛，作为一种普通的空间复用方式，接收端和发射端之间没有信息交互。

针对闭环空间复用，接收端和发射端具有相应的信息之间的交互，反馈信道信息经过接收端传送到发射端，反馈信道信息被传送到发射端后，发射端对信号进行预处理，保证空间的独立性。

2.3 关于波束赋形

对于相应的数据，发射端能够进行加权后会继续发送出去，这时一种较窄的发射波束就会形成，这种能量可以和相应的目标用户进行对准，对目标用户的信噪比、用户的接收性能，都具有有效的提高作用。

单流波束赋形在处理的过程中，对于层映射和预编码而言，两者处于一对一的映射状态，这种功能的实现，一般都依靠逻辑和物理天线中的模块。一般情况下，波束赋形的使用，通常是应用在业务信道上，控制信道仍然可以采用发射分集的技术，对小区的网络覆盖进行保障。

2.4 天线选择技术

在MIMO上行可以采用天线选择技术，提供空间分集增益SC-FDMA及其实现方式。多天线分集改善了相应的性能指标，能够通过提高编码率和降低重传率来提高系统容量，该分集技术具有很好的抗衰落功能，在信道散射丰富、多根天线之间相关性不高时，抗衰落性能会更高。

3 总结

多天线（MIMO）技术作为一种能够增强通信系统的关键技术，在TD-LTE通信系统中能够保证系统的上下行速率，在无线覆盖区域也发挥着重要的作用。在接收分集模式下，UE能够通过1根发射天线进行信号的发送，对于不同的UE其占用着不同的时频资源，能够使用多个天线接收信号，可以对多个天线上收到的信号进行相应的合并，达到SINR的最大值，并获得相应的分集增益和阵列增益，实现小区的系统全覆盖。