TD-LTE作為我國自主提出的3G系統(tǒng)(TD-SCDMA)標準的演進技術，具有以下特征：(1)提高了通信速率和頻譜效率；(2)QoS(Quality of Service)保證，擴展業(yè)務的提供能力，以更低的成本、更佳的用戶體驗提供更多的業(yè)務；(3)系統(tǒng)帶寬配置更靈活；(4)明確提出系統(tǒng)在支持高速移動的基礎上，需要考慮為低速用戶提供優(yōu)化條件，同時改善小區(qū)邊緣用戶的吞吐量[1]。
   多天線技術作為LTE系統(tǒng)關鍵技術之一，能夠給系統(tǒng)帶來有效的分集增益和陣列增益[2-3]。波束賦形是一種基于天線陣列的信號預處理技術，其工作原理是利用空間信道的強相關性及波的干涉原理產生具有一定方向性的輻射圖，使輻射方向圖的主瓣自適應地指向用戶，從而提高信噪比，獲得明顯的陣列增益。波束賦形的目的是擴大信號覆蓋范圍、改善邊緣吞吐量及抑制干擾。目前，3GPPR10版本協(xié)議定義了9種發(fā)射模式，其中模式7、8和9是波束賦形[4-5]。
   TDD系統(tǒng)具有上下行信道互異性,參考文獻[6-8]研究了基于上行參數(shù)的波束賦形方法，通過對用戶空間相關矩陣進行特征分解， 以找到最大特征值對應的特征向量作為權矢量，從而實現(xiàn)波束賦形。但該類算法運算中涉及復雜的矩陣分解求逆等運算。參考文獻[9]研究了基于對角加載奇異值分解的波束形成算法，在一定程度上降低了波束賦形復雜度，但其計算量仍然較大。由于無線信道環(huán)境往往變化迅速，因此實現(xiàn)系統(tǒng)下行波束賦形不僅要考慮賦形效果，而且還要考慮賦形的處理速度。怎樣有效高效地產生波束賦形權值來匹配信道的變化，從而提高系統(tǒng)的吞吐量，成為衡量波束賦形算法的唯一標準。
1 系統(tǒng)模型
   端口5是LTE協(xié)議中定義用來支持單流波束賦形，單個端口的數(shù)據(jù)可以加權映射到多個物理天線上傳輸[9]。基站發(fā)送端從上行探測導頻(Sounding)估計出信道信息，然后根據(jù)用戶信道信息計算出對應的波束賦形權值矩陣。基站在發(fā)射端對數(shù)據(jù)先加權再發(fā)送，形成窄的發(fā)射波束，將能量對準目標用戶，TD-LTE系統(tǒng)8天線波束賦形處理流程如圖1所示。

3.2 TD-LTE 8天線碼本搜索方法
　    對波束賦形權值碼本進行搜索， 當權值顆粒度m=1 RB，為了簡化搜索空間，本文采用在i、j、k的3×16個碼本中搜索:

4.2 仿真結果及分析
    在仿真過程中，各種PMI碼本組成如下：PMI32(極化內8個值，極化間4個值)，PMI64(極化內16個值，極化間4個值)，PMI128(極化內32個值，極化間4個 值),PMI256(極化內16個值，極化間16個值)，PMI512(極化內32個值，極化間16個值)PMI1024(極化內256個值，極化間4個值)PMI4096(極化內256個值，極化間16個值)。由于PMI量化后的碼本是恒模的，因此，SVD分解得到權值也采用恒模計算，仿真選取MCS5和MCS16兩種條件并進行了對比，如圖2、圖3所示。

    仿真結果分析：兩圖給出了基于SVD分解算法和基于碼本搜索算法的性能對比曲線。傳統(tǒng)基于SVD分解的算法能夠較好地匹配用戶信道，因此其性能最優(yōu)。從圖中可以看到PMI的量化誤差在0.5~1 dB左右，相對于SVD算法，基于碼本搜索的算法性能增益有所損失，但損失不大，能夠保證波束賦形效果。而且，基于碼本搜索的算法在復雜度上有一定優(yōu)勢。另外，隨著碼本數(shù)的增加，基于碼本搜索的算法性能呈增長趨勢。
    本文基于預編碼思想，提出了一種基于碼本的波束賦形方法。通過設計一種適用于TD-LTE系統(tǒng)的8天線波束賦形權值碼本，并對碼本進行搜索，在波束賦形過程中無需復雜的矩陣分解運算，大大減少單流波束賦形的計算量，更易于軟硬件實現(xiàn)。再者，基于碼本的波速賦形能夠減小LTE子系統(tǒng)間的反饋，從而降低系統(tǒng)復雜度。因此，其在未來無線系統(tǒng)中有廣闊的應用前景。
參考文獻
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