TDLTE雙流波束賦形技術(shù)

1、td-lte雙流波束賦形技術(shù)td-lte為了追求更高的傳輸速率，在lte r9中引入了智能天線雙流波束賦形技術(shù)，即在td-scdma現(xiàn)有的智能天線上，引入兩個(gè)數(shù)據(jù)流，對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)流分別進(jìn)行波束賦形。該技術(shù)把智能天線波束賦形技術(shù)與mimo系統(tǒng)的空間復(fù)用技術(shù)結(jié)合在一起，相應(yīng)的，把智能天線帶來的賦形增益和干擾抑制增益與mimo帶來的空間復(fù)用增益結(jié)合在一起。 多天線是天線技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，現(xiàn)有td-scdma已經(jīng)引入了8天線，理論上可以帶來9db波束賦形增益，有效地增加了小區(qū)的覆蓋范圍，降低了系統(tǒng)干擾。在td-lte網(wǎng)絡(luò)基站側(cè)也引入了8發(fā)2收的天線配置，到lte-a則引入了8發(fā)8收的天線配置。在td-lt

2、e中引入8天線，一方面提升了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力，同時(shí)也降低了td-lte的成本，另一方面可以充分發(fā)揮tdd系統(tǒng)在波束賦形方面的優(yōu)勢(shì)，可以滿足tdd系統(tǒng)平滑演進(jìn)的需求。 傳統(tǒng)的智能天線波束賦形技術(shù) 通常的波束賦形技術(shù)是一種應(yīng)用于小間距的天線陣列多天線傳輸技術(shù)。其主要原理是利用空間信道的強(qiáng)相關(guān)性和波的干涉原理產(chǎn)生強(qiáng)方向性的輻射方向圖，使方向圖的主瓣指向用戶來波方向，這樣保證終端收到的信號(hào)有最大的接收功率，并降低了對(duì)其他方向的干擾。 而lte利用mimo技術(shù)，可以在不增加帶寬資源的情況下，顯著的提升網(wǎng)絡(luò)容量。多天線理論表明，假設(shè)發(fā)送天線數(shù)和接收天線數(shù)分別為nt與nr，則mimo系統(tǒng)的容量為單入單出(si

3、so)系統(tǒng)的min(nt,nr)倍，這是傳統(tǒng)的其他技術(shù)所做不到的。因而在lte系統(tǒng)中引入mimo技術(shù)，極大地滿足了更高的傳輸速率的而要求。 圖1: 智能天線波束賦形示意圖。tm8中的雙流波束賦形技術(shù) 在lte release 8中給出的是單流波束賦形，相同的時(shí)間和頻率資源分配一個(gè)數(shù)據(jù)流。鑒于雙流波束賦形對(duì)于單流波束賦形能更進(jìn)一步的提高頻譜效率，擴(kuò)大小區(qū)覆蓋范圍,提高系統(tǒng)容量，在release9中給出了雙流波束賦形，不同的數(shù)據(jù)流可以面向單個(gè)用戶或多個(gè)用戶。為了支持雙流波束賦形，lte rel-9中定義了新的雙端口專用導(dǎo)頻(端口7與8)，并引入了新的控制信令。其中一個(gè)傳輸塊通過天線端口7發(fā)送，另一

4、個(gè)傳輸塊通過天線端口8發(fā)送。 圖2: 與雙流波束賦形對(duì)應(yīng)的天線端口7和天線端口8。單用戶雙流波束賦形：?jiǎn)斡脩綦p流波束賦形技術(shù)，由基站測(cè)量上行信道，得到上行信道狀態(tài)信息后，基站根據(jù)上行信道信息計(jì)算兩個(gè)賦形矢量，利用該賦形矢量對(duì)要發(fā)射的兩個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行下行賦形。 采用單用戶雙流波束賦形技術(shù)，使得單個(gè)用戶在某一時(shí)刻可以進(jìn)行兩個(gè)數(shù)據(jù)流傳輸，同時(shí)獲得賦形增益和空間復(fù)用增益，可以獲得比單流波束賦形技術(shù)更大的傳輸速率，進(jìn)而提高系統(tǒng)容量。圖3給出了單用戶雙流波束賦形的示意圖。在發(fā)端兩個(gè)數(shù)據(jù)流分別經(jīng)過加擾、調(diào)制，然后進(jìn)行天線層映射，經(jīng)過預(yù)編碼處理，進(jìn)入波束賦形單元，對(duì)于兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)流計(jì)算得到兩組賦形系數(shù)，對(duì)兩個(gè)

5、數(shù)據(jù)流分別賦形，送入天線端口。 圖3: 單用戶雙流波束賦形。多用戶雙流波束賦形：多用戶雙流波束賦形技術(shù)，基站根據(jù)上行信道信息或者ue反饋的結(jié)果進(jìn)行多用戶匹配，多用戶匹配完成后，按照一定的準(zhǔn)則生成波束賦形矢量，利用得到的波束賦形矢量為每一個(gè)ue、每一個(gè)流進(jìn)行賦形。多用戶雙流波束賦形技術(shù)，利用了智能天線的波束定向原理，實(shí)現(xiàn)多用戶的空分多址。系統(tǒng)獲得多用戶分集增益。圖4給出了對(duì)兩個(gè)用戶的雙流波束賦形圖，這里與單用戶不同的是，這里兩個(gè)數(shù)據(jù)流針對(duì)兩個(gè)不同用戶，波束賦形后得到兩個(gè)波束指向不同的用戶。 圖4: 多用戶雙流波束賦形。雙流波束賦形的解決方案 雙流波束賦形在實(shí)現(xiàn)上可以利用把陣列天線分成兩組的方式來

6、實(shí)現(xiàn)，可以采用把這兩組之間的距離拉大或兩組采用不同的極化方向來降低兩組天線之間的相關(guān)性，每組天線賦予一個(gè)數(shù)據(jù)流。 在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，雙極化天線得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)于td-scdma網(wǎng)絡(luò)，4+4雙極化天線是一種典型的8天線形態(tài)，其天線形態(tài)適合使用雙流波束賦形技術(shù)。 圖5: 利用分組天線實(shí)現(xiàn)雙流波束賦形。雙流波束賦形tm8技術(shù)優(yōu)勢(shì) 2011年9月，創(chuàng)毅視訊正式推出兼容3gpp r9版本的40nm工藝warpdrive 5000芯片。該款芯片支持td-lte fdd/tdd共模，采用40納米工藝，兼容3gpp lte標(biāo)準(zhǔn)(release-9)，采用超低功耗設(shè)計(jì)，支持多種上下行配比及同頻、異頻測(cè)量和

7、切換，支持cat4速率等級(jí)，下行高達(dá)150mbps。該款產(chǎn)品是全球首款支持先進(jìn)的雙流波束賦形tm8傳輸技術(shù)的芯片，并與包括愛立信、諾西、大唐在內(nèi)的多家主流系統(tǒng)廠商通過了工信部室內(nèi)外測(cè)試驗(yàn)證。 圖6是創(chuàng)毅視訊warpdrive5000芯片tm8雙流波束賦形外場(chǎng)測(cè)試獲得的實(shí)測(cè)曲線，天線配置為是8發(fā)送天線和2接收天線，單用戶rank自適應(yīng)傳輸，mcs自適應(yīng)調(diào)度。 圖6: 外場(chǎng)單小區(qū)單用戶測(cè)試場(chǎng)景，時(shí)隙配比2:2。測(cè)試結(jié)果表明： 1，邊緣吞吐量提升約70% 在小區(qū)邊緣如中低速度，snr=0db的點(diǎn),從圖7給出的單流tm3和雙流tm8的小區(qū)邊緣吞吐量可以看出tm8，tm3其邊緣吞吐量分別約為：8mbps

8、，4.5mbps，邊緣吞吐量提升約70%。 圖7: tm3單流與tm8雙流賦形的小區(qū)邊緣吞吐量比較。2，系統(tǒng)吞吐量提升20% 在小區(qū)中心tm8調(diào)度的是雙流，雙流賦形技術(shù)使數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的速率提高。圖8給出了單流tm3和雙流tm8的系統(tǒng)吞吐量，tm8天線相比于tm3有明顯優(yōu)勢(shì)，平均大約提高20%30%，在某些點(diǎn)甚至更高。 圖8: tm3單流與tm8雙流賦形的系統(tǒng)吞吐量比較。3，覆蓋半徑提高到大約1.5倍 tm8波束賦形技術(shù)比tm3帶來了高達(dá)4db的snr改善;例如td-lte在邊緣snr=0；tm3能達(dá)到4mbps速率，tm8在4mbps情況下覆蓋半徑約提升1.5倍。基于相同的帶寬，高清視頻流應(yīng)用的覆

9、蓋范圍提高了大約1.5倍，同時(shí)8天線的使用有效地降低了td-lte站點(diǎn)數(shù)量，降低了td-lte建網(wǎng)capex。使用tm8，8天線的小區(qū)覆蓋半徑對(duì)比2天線有大幅提高(實(shí)際覆蓋半徑大約提升到1.5倍)，并且可以實(shí)現(xiàn)與td-scdma共站址共天面共覆蓋，全面降低了td-lte的建網(wǎng)成本。 圖9: tm3單流與tm8雙流賦形的小區(qū)覆蓋半徑比較。4，小區(qū)間的干擾抑制 tm8通過波束賦形降低干擾的作用，可以有效的降低小區(qū)間干擾：如圖10多個(gè)小區(qū)的聯(lián)合調(diào)度，相同資源分配給不同方向的波束，或相同方向的波束使用不同的資源，從而避免了小區(qū)間的干擾。tm8雙流波束賦形具有抗小區(qū)間干擾的能力。 圖10: tm8小區(qū)間干擾抑制。5，多用戶增益 小區(qū)邊緣每個(gè)用戶調(diào)度的是單流，使用tm8還可以對(duì)邊緣用戶進(jìn)行多用戶的調(diào)度，兩用戶占用相同的時(shí)頻資源，并且各自獨(dú)立選擇波束賦形預(yù)編碼矩陣，從而提高系統(tǒng)的整體容量。 通過以上的介紹可以看到8天線雙流波束賦形技術(shù)(tm8)可以有效提升小區(qū)邊緣吞吐量，系統(tǒng)容量和覆蓋范圍是一種優(yōu)秀的無線技術(shù)。從上述支持雙流波束賦形ue的聯(lián)調(diào)和測(cè)試結(jié)果看出，創(chuàng)毅視訊完整驗(yàn)證了雙流波束賦形智能天線系統(tǒng)射頻特性的測(cè)試，該芯片完全滿足雙流波束賦形的性能要求。