【摘 要】針對(duì)TD-LTE R9階段新增加的TM8技術(shù)，從原理分析上給出了TM8的實(shí)現(xiàn)基本原理以及相較于TM3/TM7等傳輸模式的優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)合實(shí)際測(cè)試情況，分析了TM8在現(xiàn)網(wǎng)中的性能，并對(duì)提高單用戶吞吐量、提升小區(qū)吞吐量、抗小區(qū)間干擾等方面進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析，同時(shí)給出了TM8的應(yīng)用建議。

　　【關(guān)鍵詞】通信工程師論文,TD-LTE,MIMO,TM8,雙流波束賦形

　　1 引言

　　TD-LTE在R9階段新增了雙流波束賦形技術(shù)，共八種傳輸模式，每種模式對(duì)應(yīng)了不同的MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出)傳輸形式，其中模式7、模式8又是針對(duì)TDD系統(tǒng)所特有的波束賦形技術(shù)[1]，模式7的波束賦形技術(shù)在一階段測(cè)試時(shí)，已經(jīng)較為充分地驗(yàn)證了其性能的優(yōu)越性。針對(duì)邊緣用戶以及無(wú)線環(huán)境不理想的情況下，TM7(單流波束賦形)對(duì)于改善無(wú)線環(huán)境、提高用戶感知、提升小區(qū)的整體吞吐量有著較為重要的作用。TM3(開(kāi)環(huán)空間復(fù)用)目前采用的2*2MIMO，可以針對(duì)同一個(gè)用戶傳輸雙流，理論上翻倍地提高了單用戶的峰值吞吐量，直接體現(xiàn)了TD-LTE系統(tǒng)的性能優(yōu)越性[2]。正是基于此，TM8(雙流波束賦形)同時(shí)取納了開(kāi)環(huán)空間復(fù)用與單流波束賦形的優(yōu)點(diǎn)，將空間復(fù)用與波束賦形有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，這樣在改善無(wú)線環(huán)境的同時(shí)又能盡量合理地提高用戶的吞吐量。

　　2 TM8原理簡(jiǎn)介

　　雙流波束賦形技術(shù)應(yīng)用于信號(hào)散射體比較充分的條件下，是智能天線波束賦形技術(shù)和MIMO空間復(fù)用技術(shù)的有效結(jié)合，在TD-LTE系統(tǒng)中，利用TDD信道的對(duì)稱性，同時(shí)傳輸兩個(gè)賦形數(shù)據(jù)流來(lái)實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用，并且能夠保持傳統(tǒng)單流波束賦形技術(shù)廣覆蓋、提高小區(qū)容量和減少干擾的特性，既可以提高邊緣用戶的可靠性，還能有效提升小區(qū)中心用戶的吞吐量[3]。

　　根據(jù)多天線理論可知，接收天線數(shù)不能小于空間復(fù)用的數(shù)據(jù)流數(shù)。8天線雙流波束賦形技術(shù)的使用，接收端至少需要有2根天線。根據(jù)調(diào)度用戶的情況不同，雙流波束賦形技術(shù)可以分為單用戶雙流波束賦形技術(shù)和多用戶雙流波束賦形技術(shù)。

　　2.1 單用戶

　　單用戶雙流波束賦形技術(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，從而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。

　　2.2 多用戶

　　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。

　　2.3 應(yīng)用場(chǎng)景

　　8天線雙流波束賦形技術(shù)是TD-LTE建網(wǎng)的主要技術(shù)，應(yīng)用于室外場(chǎng)景的宏小區(qū)覆蓋，可以有效地增加空間隔離度，降低數(shù)據(jù)流之間的干擾。利用4+4雙極化天線，使用雙流波束賦形技術(shù)可實(shí)現(xiàn)室外宏小區(qū)覆蓋。

　　2.4 雙流波束賦形的參考信號(hào)時(shí)頻圖

　　LTE R9版本中對(duì)于DM-RS(Demodulation Reference Signal，解調(diào)參考信號(hào))參考信號(hào)的引入不是R8解調(diào)參考信號(hào)的簡(jiǎn)單延伸，而是一個(gè)新的結(jié)構(gòu)。如果基于R8的DM-RS結(jié)構(gòu)，將難以實(shí)現(xiàn)，因而R9版本引入了一個(gè)新的、更加面向未來(lái)的結(jié)構(gòu)，而不是擴(kuò)展R8結(jié)構(gòu)以支持兩個(gè)參考信號(hào)。如圖1所示，在雙流波束賦形的傳輸模式下，采用12個(gè)資源塊對(duì)的參考信號(hào)，這12個(gè)資源塊均為兩個(gè)參考信號(hào)所用，參考信號(hào)之間的干擾是通過(guò)給連續(xù)的參考符號(hào)對(duì)使用相互正交的模式來(lái)處理，即正交覆蓋代碼(OCC)，除了相互正交的模式，還可以給這些參考符號(hào)使用一個(gè)偽隨機(jī)序列[4]。該序列對(duì)這兩個(gè)參考信號(hào)相同，因此不會(huì)影響傳輸參考信號(hào)之間的正交性。相反，偽隨機(jī)序列是為了在所謂的MU-MIMO傳輸?shù)那闆r下區(qū)分給不同終端的解調(diào)參考。

　　3 TM8性能探討

　　3.1 提高單用戶吞吐量

　　雙流波束賦形既采用了雙流來(lái)提高吞吐量，又采用了波束賦形來(lái)抗干擾。由于賦形技術(shù)更適合邊緣用戶，因此相較于開(kāi)環(huán)空間復(fù)用，雙流波束賦形更適合應(yīng)用于中點(diǎn)、差點(diǎn)等相關(guān)位置。如圖2所示：

　　分別定義好點(diǎn)、中點(diǎn)、差點(diǎn)的SINR范圍，為了使對(duì)比更加明顯，在好點(diǎn)、中點(diǎn)、差點(diǎn)分別采用開(kāi)環(huán)空間復(fù)用(TM3)和雙流波束賦形(TM8)對(duì)單個(gè)用戶的吞吐量進(jìn)行測(cè)量。從圖2可以發(fā)現(xiàn)，在好點(diǎn)，TM3的性能與TM8相差無(wú)幾，基本持平;在中點(diǎn)以及差點(diǎn)，TM8的賦形增益逐漸較好地體現(xiàn)出來(lái)，由部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在中點(diǎn)TM8較TM3的性能提升約40%，在差點(diǎn)TM8的性能體現(xiàn)得更為明顯，性能提升約70%。

　　以上分析均為T(mén)M8相較于TM3的性能體現(xiàn)，下面對(duì)比一下TM8相較于TM7的性能優(yōu)劣，如圖3所示：

　　由圖3分析可以得出，TM8相較于TM7在好點(diǎn)、中點(diǎn)、差點(diǎn)的性能增益的提高趨勢(shì)，與TM8跟TM3的增益趨勢(shì)截然相反。在好點(diǎn)TM3的增益較TM7約為50%，在中點(diǎn)約為25%，在差點(diǎn)TM8的性能與TM7相差無(wú)幾，基本持平。歸其原因，筆者認(rèn)為：在好點(diǎn)，由于TM8大多采用了雙流，速率會(huì)成倍提高;在中點(diǎn)，由于信道環(huán)境不如好點(diǎn)理想，因而TM8雙流與單流均有采用，但整體上會(huì)比單流波束賦形速率高;在差點(diǎn)，TM8也大多采用單流，所以與TM7的性能基本持平。

　　綜合各種相關(guān)因素，筆者認(rèn)為T(mén)M8更適合應(yīng)用于無(wú)線環(huán)境較好的中點(diǎn)環(huán)境，相較于TM3、TM7兩種常采用的傳輸模式，性能均有較大提升，從而整體上提高用戶的感知。

　　3.2 提升小區(qū)吞吐量 　　對(duì)于小區(qū)吞吐量的提升效果驗(yàn)證，通過(guò)在全小區(qū)采用開(kāi)環(huán)空間復(fù)用(TM3)、全小區(qū)采用單流波束賦形(TM7)、全小區(qū)采用模式3/7自適應(yīng)、全小區(qū)采用TM8四種情況下進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。測(cè)試條件均為單小區(qū)20MHz帶寬，2：2時(shí)隙配置。如圖4所示：

　　由圖4可見(jiàn)，TM3、TM7以及TM3/7自適應(yīng)三種情況下，各自對(duì)應(yīng)的小區(qū)吞吐量為T(mén)M3/7自適應(yīng)最高、TM3次之、TM7最低。同時(shí)也印證了模式自適應(yīng)較固定模式的優(yōu)勢(shì)，由于TM7始終為單流，因而小區(qū)吞吐量最低。這三種情況相較于TM8模式，無(wú)論是小區(qū)采用開(kāi)環(huán)空間復(fù)用還是單流波束賦形的小區(qū)吞吐量均不如雙流波束賦形的高，TM8對(duì)于小區(qū)吞吐量的抬升較為明顯。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，TM8對(duì)于小區(qū)吞吐量的提升有10%～30%的增益。

　　3.3 雙流波束賦形抗小區(qū)間干擾

　　雙流波束賦形由于其賦形特性，對(duì)于小區(qū)邊緣用戶間的干擾具有很強(qiáng)的協(xié)調(diào)作用，從而降低了小區(qū)間的干擾。對(duì)于小區(qū)間的干擾直接體現(xiàn)為SINR指標(biāo)的抬升，如圖5所示：

　　可以推知在全網(wǎng)平均SINR值以及邊緣用戶的SINR平均值，TM8模式均較TM7、TM3兩種模式的性能有所提升，從而優(yōu)化了全網(wǎng)的無(wú)線環(huán)境，實(shí)現(xiàn)小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)作用。

　　4 總結(jié)

　　結(jié)合上述分析結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，雙流波束賦形技術(shù)無(wú)論是在技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理層面還是在現(xiàn)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果層面，均有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，尤其是對(duì)于單用戶小區(qū)吞吐量的抬升、全網(wǎng)吞吐量的抬升以及無(wú)線環(huán)境的優(yōu)化和抗干擾方面均有其自身特點(diǎn)。因此，雙流波束賦形是R9階段TD-LTE不可或缺的一項(xiàng)創(chuàng)新，為推動(dòng)TD-LTE 技術(shù)的發(fā)展起著較為重要的作用。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 沈嘉，索士強(qiáng)，全海洋. 3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2008.

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　　[3] 郭建光，李壽鵬. TD-LTE傳輸模式性能分析[A]. 2011 TD-LTE網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研討會(huì)論文集[C]. 2011.

　　[4] Erik Dahlman. 4G移動(dòng)通信技術(shù)權(quán)威指南[M]. 堵久輝，繆慶育，譯. 北京： 人民郵電出版社， 2012.