智能天线在td—lte中的应用分析

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1、智能天线在TD—LTE中的应用分析　　【摘要】文章从技术层面介绍了智能天线的基础技术、波束赋形技术和自适应算法，介绍了TD-LTE中智能天线的单流波束赋形、双流波束赋形技术及相关算法，分析了智能天线在TD-LTE中的应用情况，最后简述了智能天线技术的发展态势。　　【关键词】TD-LTE智能天线波束赋形　　1概述　　智能天线（SmartAntenna）技术是在微波技术、自动控制理论、自适应天线技术、数字信号处理DSP（DigitalSignalProcessing）技术和软件无线电技术等多学科基础上综合发展而成的一门新技术。智能天线是具

2、有一定程度智能性的自适应天线阵列。智能天线早期应用于军事领域，自3G时代开始走向民用通信，在今天的TD-LTE试验网和商用网中，智能天线技术得到了飞速发展。　　智能天线技术利用信号传输的空间相干性，通过调整天线阵列阵元发送信号的权值，产生空间预定波束，将无线信号导向具体方向，使主瓣波束自适应地跟踪用户主信号到达的方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达的方向，达到充分和高效利用移动用户信号，删除或抑制干扰信号的双重目的。智能天线可实现信号的空域滤波和定位，在多个指向不同用户的并行天线波束控制下，可以显著降低用户信号彼此间的干扰。　　智能天线通

3、常应用在基站侧，可在下行链路对发射信号进行预加权实现选择性发送，也可在上行链路对接收的混叠信号进行不同加权合并得到对应的波形。智能天线因其具有增加系统容量、提高通信质量和扩大小区覆盖等优点，已广泛应用于TD-SCDMA和TD-LTE网络。可以肯定的是，情景化、小型化、电调化、宽带化和集成化相结合的智能天线，将在TD-LTE及后期演进系统中发挥不可替代的作用。　　2智能天线简介[1]　　由于无线移动通信信道传输环境具有复杂性和不确定性，主要受多径衰落、时延扩展等不利因素影响，存在符号间串扰、同信道间干扰和多址干扰等恶化通信环境的情况，直

4、接降低了链路性能和系统容量，而智能天线是解决这些问题的重要手段之一。　　2.1智能天线的信号模型　　图1为智能天线接收部分简图，由阵元、加权和合并三部分组成。用户发射信号经过多径信道衰减和延迟后，到达天线阵列各阵元的是所有发射信号及各自延迟副本的叠加。　　假设系统中有K个用户，阵列有M个阵元，为了简单，采用均匀线阵模型，则在某时刻第k个用户的信号到达阵列的接收信号矢量可表示为：　　（1）　　其中，βk，l为第l条径的衰落幅值，τk，l为第l条径的延迟时间，sk（t）为第k个用户的发射信号。α（θk，l）是阵列响应矢量，而对应第k个用户

5、在经过信道第l条径时到达的角为θk，l，并可表示为：　　（2）　　其中，f为信号频率，且满足fc-B/2≤f≤fc+B/2，fc为载波频率，B为信号带宽；τ是由于信号有限传播速度造成的在相邻天线阵元上的时延，它与信号的到达角、阵元间隔和信号传播速度有关，可以表示为τ=（dsinθk，l）/c，d为阵元间隔，通常取λc/2，λc为载波波长，c为信号的传播速度。　　由于接收天线接收的是所有用户信号的叠加，所以（1）式可表达为：　　（3）　　其中，η（t）为接收端的加性白噪声矢量。　　因阵列具有方向性，据图1所示，通过对每个阵元加权form

6、in），其波束赋形矩阵具体计算如下：　设基站发送天线数为nr，移动台接收天线数为mR，基站到第i个用户的信道矩阵为Hi。第i个用户支持的独立数据流为ri（ri≤mR）。　　对Hi进行SVD分解，得到：　　（6）　　其中，从大到小排序的非零奇异值对应的特征向量分别表示为Vi，1（Vi的第1列）、Vi，2（Vi的第2列）、…、Vi，mR（Vi的第mR列）。取的前ri个右奇异向量表示为，那么单用户多流波束赋形矩阵为：　　（7）　　（3）双流波束赋形多用户算法：常用的多用户双流波束赋形算法如迫零ZF（ZeroForcing），块对角BD（Bl

7、ockDiagonalization）等，需要满足限制条件：配对用户的接收天线总数≤发送的天线总数。这个条件限制了配对的用户数，尤其是当用户接收天线数>1时，配对用户数将受限于配对用户的接收天线总数，这样将影响联合调度的性能增益。目前，一种更优的多用户波束赋形算法，即多用户特征模式传输MET（MultiuserEigenmodeTransmission）算法将DB算法的限制条件放松为：配对用户的总数据流数≤发送的天线总数，即：　　其中，M表示配对用户数。　　当用户的数据流数<接收天线数时，该算法可提供更多的正交用户配对，较

8、BD算法有较高的性能提升。该算法的主要步骤为：　　1）压缩用户信道矩阵：对第i个用户的信道矩阵Hi进行SVD分解，如式（6）。取ui前第ri个列向量的共轭转置，那么：　　当用户的数据流数ri<接收天线数nR时，用户