LTE高速移動(dòng)環(huán)境下多天線技術(shù)分析

李定龍

【摘要】 目前世界范圍內(nèi)已經(jīng)經(jīng)過(guò)2G網(wǎng)到3G網(wǎng)的過(guò)渡，正由3G網(wǎng)朝著4G網(wǎng)發(fā)展，在這個(gè)背景下也讓LTE的影響力逐步加大，未來(lái)LTE將會(huì)有更大的施展平臺(tái)與施展空間，同時(shí)與其他行業(yè)形成整合從而形成多元化融合業(yè)務(wù)。本文對(duì)LTE高速移動(dòng)環(huán)境下的多天線技術(shù)進(jìn)行了分析，并提出了相關(guān)觀點(diǎn)，供以參考。

【關(guān)鍵詞】 LTE 高速移動(dòng)環(huán)境 多天線技術(shù)

進(jìn)入21世紀(jì)以后第三代通信系統(tǒng)以CDMA為主，如今第四代通信系統(tǒng)則包括了OFDMA、HSPA以及LTE。作為最先進(jìn)的移動(dòng)通信系統(tǒng)LTE具備了正交頻分復(fù)用及多輸入多輸出等技術(shù)，大大地提升了頻譜利用率以及數(shù)據(jù)傳輸速率。另外LTE可以實(shí)現(xiàn)多帶寬分配，其容量以及覆蓋面叫以往的移動(dòng)通訊系統(tǒng)都有著優(yōu)勢(shì)。FDD-LTE和TDD-LTE是主流的LTE形式，在運(yùn)作模式上大致相同但是FDD屬于雙工方式也就是說(shuō)FDD在上下行速率上要優(yōu)于TDD，而TDD較FDD具有更加廣泛的頻譜利用面。

一、多天線技術(shù)概述

多天線技術(shù)事實(shí)上是多種技術(shù)的統(tǒng)稱，它又可分為天線分集空分復(fù)用以及波束賦型等方式。天線分集可以對(duì)無(wú)線信道的相關(guān)性進(jìn)行充分的利用并且給予額外分集來(lái)緩解或控制無(wú)線信道衰弱；空分復(fù)用即MIMO是指利用無(wú)線信道的特點(diǎn)來(lái)構(gòu)建出多個(gè)并行信道，這樣就可以讓空口傳輸速率得到極大的提升；波束賦型即Beamforming實(shí)際上是以特定方式形成的特定波束，當(dāng)然它也需要多根天線來(lái)作為基礎(chǔ)這樣就可以實(shí)現(xiàn)天線增益最大化并對(duì)干擾產(chǎn)生抑制作用。

二、多天線技術(shù)對(duì)LTE性能的影響

以TD-LTE組網(wǎng)為例，在進(jìn)行組網(wǎng)過(guò)程中主要涉及到兩種配置及即8天線波束賦型以及2天線 MIMO，仿真結(jié)果如圖1所示。

從圖1中進(jìn)行分析可以明顯看出8天線波束賦型較2天線 MIMO在下行鏈路上的覆蓋面要更優(yōu)，但是從速率上來(lái)看2天線 MIMO則較8天線波束賦型更快。從邊界速率來(lái)看8天線波束賦型則要高于2天線 MIMO。另外在高負(fù)荷條件下兩者的吞吐速率都出現(xiàn)了一定程度的提升，但8天線波束賦型改善幅度更大；但在低負(fù)荷條件下兩者的吞吐速率相差不大，差異性并不顯著。另外從覆蓋能力上來(lái)看8天線波束賦型與2天線 MIMO基本持平[2]。

三、高速移動(dòng)條件LTE多天線技術(shù)分析

在本文中以高速鐵路移動(dòng)環(huán)境為虛擬環(huán)境來(lái)對(duì)多天線技術(shù)進(jìn)行分析。在上述環(huán)境下事實(shí)上移動(dòng)終端與基站存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)且相對(duì)運(yùn)動(dòng)遵循多普勒效應(yīng)，換句話說(shuō)終端的信號(hào)發(fā)送與基站接受并不能同步，且頻率偏差體現(xiàn)為多普勒頻移。若載波頻率為f0，在多普勒頻移的條件下由公式Δf=f0*v/c可知終端接收頻率為（f0+Δf），若移動(dòng)速度v增大那么多普勒頻移將會(huì)顯著增大，那么就需要找到一個(gè)合適的頻偏容忍度。通過(guò)單天線仿真模型構(gòu)建以及多天線仿真模型構(gòu)建對(duì)ML頻偏補(bǔ)償進(jìn)行計(jì)算后發(fā)現(xiàn)頻偏算法可消除頻偏所帶來(lái)的影響同時(shí)可以讓誤碼率性能得到保持。

在高速移動(dòng)條件LTE多天線技術(shù)的有效實(shí)施主要靠以下技術(shù)基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先LTE多天線技術(shù)是基于FDD或TDD雙工方式進(jìn)行的，F(xiàn)DD在功率控制、鏈路自動(dòng)適應(yīng)以及抗干擾方面有著很大優(yōu)勢(shì)；TDD可以讓上下行信號(hào)在同一個(gè)頻段內(nèi)進(jìn)行傳播，這樣就可以發(fā)揮信道的對(duì)稱性特點(diǎn)。預(yù)編碼技術(shù)也是多天線技術(shù)實(shí)施的基礎(chǔ)之一，通過(guò)預(yù)編碼可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的反饋，在終端接收到訓(xùn)練序列之后，從中進(jìn)行細(xì)致化的搜索從而得到預(yù)編碼矩陣并將序號(hào)傳至發(fā)射端，與此同時(shí)還可以將信道的信噪比向發(fā)射端傳遞。重傳技術(shù)可以讓信號(hào)能量產(chǎn)生疊加效應(yīng)，那么再次傳輸時(shí)就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的增益效果。

四、結(jié)語(yǔ)

LTE將是未來(lái)移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的主流，但是目前在高速環(huán)境下LTE的應(yīng)用還不夠成熟。通過(guò)對(duì)多天線技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化可以讓LTE更好地適應(yīng)高速環(huán)境，讓其得到更廣泛的應(yīng)用空間。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 喬明月. 淺析3G與4G移動(dòng)通信技術(shù)[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（22）

[2] 陳紅彬. 關(guān)于移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展研究[J]. 廣東科技，2012（09）

[3] 田金鳳，鄭小盈，胡宏林，尤肖虎. 中國(guó)下一代移動(dòng)通信研究[J]. 科學(xué)通報(bào)，2012（05）