TD-LTE作為我國自主提出的3G系統(tǒng)(TD-SCDMA)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)技術(shù)，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(kuò)展業(yè)務(wù)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(wù)；(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(chǔ)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(shù)作為LTE系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)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(yù)處理技術(shù)，其工作原理是利用空間信道的強(qiáng)相關(guān)性及波的干涉原理產(chǎn)生具有一定方向性的輻射圖，使輻射方向圖的主瓣自適應(yīng)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(kuò)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(xiàn)[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(guān)矩陣進(jìn)行特征分解， 以找到最大特征值對應(yīng)的特征向量作為權(quán)矢量，從而實現(xiàn)波束賦形。但該類算法運(yùn)算中涉及復(fù)雜的矩陣分解求逆等運(yùn)算。參考文獻(xiàn)[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(fù)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(chǎn)生波束賦形權(quán)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(biāo)準(zhǔn)。
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(quán)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(dǎo)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(yīng)的波束賦形權(quán)值矩陣。基站在發(fā)射端對數(shù)據(jù)先加權(quán)再發(fā)送，形成窄的發(fā)射波束，將能量對準(zhǔn)目標(biāo)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(quán)值碼本進(jìn)行搜索， 當(dāng)權(quán)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(jié)果及分析
    在仿真過程中，各種PMI碼本組成如下：PMI32(極化內(nèi)8個值，極化間4個值)，PMI64(極化內(nèi)16個值，極化間4個值)，PMI128(極化內(nèi)32個值，極化間4個 值),PMI256(極化內(nèi)16個值，極化間16個值)，PMI512(極化內(nèi)32個值，極化間16個值)PMI1024(極化內(nèi)256個值，極化間4個值)PMI4096(極化內(nèi)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(quán)值也采用恒模計算，仿真選取MCS5和MCS16兩種條件并進(jìn)行了對比，如圖2、圖3所示。

    仿真結(jié)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(fù)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(yù)編碼思想，提出了一種基于碼本的波束賦形方法。通過設(shè)計一種適用于TD-LTE系統(tǒng)的8天線波束賦形權(quán)值碼本，并對碼本進(jìn)行搜索，在波束賦形過程中無需復(fù)雜的矩陣分解運(yùn)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(fù)雜度。因此，其在未來無線系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
[1] 曾召華.LTE基本原理與關(guān)鍵技術(shù)[M].西安: 西安電子科技大學(xué)出版社, 2010.
[2] BINELO M, ALMEIDA A L F D, et al. MIMO channel characterization and capacity evaluation in an outdoor environment[A].Proc of 2010 Fall IEEE 72nd Vehicular Technology Conference(VTC2010-Fall)[C].Ottawa: VETECF, 2010:1-5.
[3] GODARA L C. Application of antenna arrays to mobile communications-Part II: Beamforming and direction-of-arrival considerations[J]. IEEE Proceedings,1997,85(8):1195-1245.
[4] 3GPP TS36.104 V10.4.0, E-UTRA Base Station(BS) radio transmission and reception (release 10) [S]. 2011
[5] 3GPP TS36.213 V10.4.0, E-UTRA Physical layer proce-dures(release 10)[S]. 2011.
[6] 康紹莉，裘正定，李世鶴. TD-SCDMA系統(tǒng)中基于上行參數(shù)的下行波束賦形算法[J].通信學(xué)報,2002,23(8):69-71.
[7] 樊迅，郭彬，曹偉，等.TD- LTE系統(tǒng)中基于奇異值分解的高效波束賦形方法[J].電訊技術(shù)，2010，50(3):45-48.
[8] Zhou Zhixun,Cheng Xiantao,Liu Hongxuan,et al. An Adaptive approach to reduce complexity of EBB in LTE downlink TDD systems[J]. National Key Laboratory of Science and Technology on Communications, IEEE,2010,123(1):187-191.
[9] 曾召華，梁文娟. 基于對角加載奇異值分解的波束形成算法[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012,38(7):107-109.
[10] 3GPP TS 36.211 V10.4.0. E-UTRA Physical Channels and Modulation(release 10)[S]. 2011.