LTE-TDD下行波束成形技術(shù)研究.pdf

1、多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技術(shù)與正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM)技術(shù)是第三代移動通信系統(tǒng)長期演進(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution，3GPP-LTE)項目的核心技術(shù)。其中，波束成形(Beamforming)、傳輸分集(Transmi

2、t Diversity)及空間復(fù)用(Spatial Multiplexing, SM)技術(shù)是MIMO技術(shù)的三種實現(xiàn)方式。應(yīng)用傳輸分集技術(shù)和波束成形技術(shù)能夠有效地提高接收信號的信噪比，從而提高數(shù)據(jù)的傳輸速率或者信號覆蓋范圍。
　　已有的MIMO理論研究表明，在發(fā)送端獲取了信道狀態(tài)信息(Channel State Information，CSI)的情況下，通過采用發(fā)射端的波束成形或預(yù)編碼，可進一步提升鏈路質(zhì)量與系統(tǒng)容量。在3GPP-L

3、TE的時分雙工(Time Division Duplex，TDD)系統(tǒng)中，由于上下行信號同頻異時隙，基站端根據(jù)上下行信道互易性原理通過上行信道估計結(jié)果便可獲得發(fā)端信道信息(Channel state Information at Transmitter，CSIT)。因此在3GPP-LTE系統(tǒng)的TDD模式下應(yīng)用波束成形技術(shù)較頻分雙工(Frequency Division Duplex，F(xiàn)DD)系統(tǒng)具有優(yōu)勢。
　　在3GPP-LTE標

4、準的寬帶MIMO-OFDM系統(tǒng)中，如何估計來波方向(Direction of Arrival，DOA)，及如何利用DOA信息設(shè)計低復(fù)雜度的波束成形算法，是兩個關(guān)鍵問題。而在多用戶系統(tǒng)中如何協(xié)調(diào)和消除用戶之間的干擾進而增強系統(tǒng)性能是多用戶通信的核心問題。因此，本文重點對3GPP-LTE系統(tǒng)TDD模式下的波束成形技術(shù)進行了研究，主要內(nèi)容簡述如下：
　　本文首先概述了波束成形技術(shù)的研究現(xiàn)狀，介紹了全文的研究思路及結(jié)構(gòu)。
　　在第二

5、章中，為后續(xù)算法設(shè)計與仿真需要，先簡述了采用波束成形技術(shù)的MIMO-OFDM系統(tǒng)的信號模型，及3GPP-LTE技術(shù)規(guī)范建議的空間信道模型(Spatial Channel Model，SCM)。隨后闡述了目前的兩種典型波束成形算法，即基于信道特征矩陣分解的波束成形算法與基于DOA的波束成形方法。
　　在第三章中，針對LTE-TDD系統(tǒng)的單用戶波束成形問題，首先討論了基于信道矩陣分解的EBB(Eigenvalue Based Beam

6、forming)算法以及傳統(tǒng)的基于DOA的波束成形技術(shù)。然后，以傳統(tǒng)的DOA估計算法為基礎(chǔ)，提出了一種可適用OFDM系統(tǒng)的DOA估計的算法，其核心思想是對頻域信道矩陣進行傅立葉變換得到DOA信息。在此基礎(chǔ)上，進一步提出了一種基于頻域DOA估計的波束成形技術(shù)。在空間信道模型下對所提出的波束成形算法進行了計算機仿真與比較研究。仿真結(jié)果表明在波束成形預(yù)編碼單位為5個資源塊的情況下，當誤碼率為10-3時所提的基于頻域DOA估計的波束成形方法可獲

7、得較傳統(tǒng)的EBB算法0.5dB以上的優(yōu)勢。
　　在第四章中，針對LTE-TDD系統(tǒng)的多用戶波束成形問題，提出了一種基于塊對角化(Block Diagnalization，BD)算法的BD-EBB(Block Diagonalization Eigenvalue Based Beamforming)算法。并進一步提出了干擾排序算法來降低所提出的BD-EBB算法的復(fù)雜度。仿真結(jié)果證明，相對于傳統(tǒng)的BD算法，BD-EBB算法可以以微小的