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(dòng)通信系統(tǒng)長(zhǎng)期演進(jìn)(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution，3GPP-LTE)項(xiàng)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(shí)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(hào)的信噪比，從而提高數(shù)據(jù)的傳輸速率或者信號(hào)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(guò)采用發(fā)射端的波束成形或預(yù)編碼，可進(jìn)一步提升鏈路質(zhì)量與系統(tǒng)容量。在3GPP-L

3、TE的時(shí)分雙工(Time Division Duplex，TDD)系統(tǒng)中，由于上下行信號(hào)同頻異時(shí)隙，基站端根據(jù)上下行信道互易性原理通過(guò)上行信道估計(jì)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(shì)。
　　在3GPP-LTE標(biāo)

4、準(zhǔn)的寬帶MIMO-OFDM系統(tǒng)中，如何估計(jì)來(lái)波方向(Direction of Arrival，DOA)，及如何利用DOA信息設(shè)計(jì)低復(fù)雜度的波束成形算法，是兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)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(jìn)而增強(qiáng)系統(tǒng)性能是多用戶通信的核心問(wèn)題。因此，本文重點(diǎn)對(duì)3GPP-LTE系統(tǒng)TDD模式下的波束成形技術(shù)進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容簡(jiǎn)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(jì)與仿真需要，先簡(jiǎn)述了采用波束成形技術(shù)的MIMO-OFDM系統(tǒng)的信號(hào)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(duì)LTE-TDD系統(tǒng)的單用戶波束成形問(wèn)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(jì)算法為基礎(chǔ)，提出了一種可適用OFDM系統(tǒng)的DOA估計(jì)的算法，其核心思想是對(duì)頻域信道矩陣進(jìn)行傅立葉變換得到DOA信息。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了一種基于頻域DOA估計(jì)的波束成形技術(shù)。在空間信道模型下對(duì)所提出的波束成形算法進(jìn)行了計(jì)算機(jī)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(gè)資源塊的情況下，當(dāng)誤碼率為10-3時(shí)所提的基于頻域DOA估計(jì)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(shì)。
　　在第四章中，針對(duì)LTE-TDD系統(tǒng)的多用戶波束成形問(wèn)題，提出了一種基于塊對(duì)角化(Block Diagnalization，BD)算法的BD-EBB(Block Diagonalization Eigenvalue Based Beamforming)算法。并進(jìn)一步提出了干擾排序算法來(lái)降低所提出的BD-EBB算法的復(fù)雜度。仿真結(jié)果證明，相對(duì)于傳統(tǒng)的BD算法，BD-EBB算法可以以微小的