LTE高速移动环境下多天线技术研究

卜青云

（长讯通信服务有限公司）

LTE高速移动环境下多天线技术研究

卜青云

（长讯通信服务有限公司）

随着科技的发展，人们生活水平的提高，人们之间的通讯也越来越方便。而通讯的日益便利则取决于移动网络的普及以及它的快速发展。近几年移动网络经历了2G到3G，3G向4G的发展，4G在社会也即将得普及。移动网络的快速发展，是由于它充分发挥了当今高新科技技术的优势，依赖于当今科技的稳步提升。LTE正是高新技术的产物，LTE的出现，极大促进了移动网络的发展。相信在未来移动网络事业的发展中，与其它行业有更多的交汇，形成多元化业务，发挥越来越重要的作用。本文先对多天线技术进行了简要阐述，又分析了LET性能与多天线技术的关系，最后探究了在高速移动的环境下，LET多天线技术会呈现怎样的状态。

LTE；高速移动环境；多天线技术

虽然我国的通讯工程已经做得很完善了，但我们还是要向更高、更快的方向发展。这就要求我们对过去，现在的通讯系统有全面的了解。在了解中对它们进行比较，在比较中发现不同系统的优缺点，从而对将来的通讯系统有所预测，明白相关技术人员应该在哪一方面对系统进行改进。当今时代，第四代通讯系统逐渐取代了第三代通讯系统，成为时代的主流。CDMA系统是第三代通讯系统的主要系统，而第四代通讯系统的主要系统分别是：LTE、OFDMA、HSPA三个系统。而在这三个系统中，最先进的就是LTE了。下文就是对LET系统的详细介绍。

1 什么是多天线技术

多天线技术，主要分为四种技术，包括全向天线、定向天线、机械天线、双极化天线以及电调天线。全向天线即水平图上呈均匀辐射，也就是辐射没有方向性；定向天线与全向天线相反，在水平图上表现为向一确定的角度辐射，也就是定向辐射；机械天线，就是用机械调整角度的移动天线；电调天线，就是用电子调整辐射角度的天线；双极化天线则是指+45°和－45°两种极化方向相互正交的天线同时进行工作的新型天线技术。

多天线技术就是多种天线技术的统一表述，从大的方面来看，主要分为两种方式，即波束赋型和分集空分复用两种形式[2]。波束赋型是通过特定的方法，合成某种特定波束的方式。这种波束会抑制干扰，能够最大程度的实现天线增益，但是前提是要有多根天线辅助。相比上一种方式，天线分集在这方面有很大的优势，它可以充分利用无线信道的特点，从而在无线信道衰弱的时候，充分利用多余的分集来使其衰弱度降低，或者使其衰弱度得到一定的控制；空分复用也就是为了使空口达到最高的传输效率，而借助无线信道的独特优势构造数个并行信道的一种方式。在这两种方式中，Beamforming是指第一种方式，MIMO是第二种方式。

2 LTE性能与多天线技术的关系

LTE技术之所以比OFDMA、HSPA更先进，是因为它和后两个技术相比，有很多优势。比如说，LTE讲求三高两低，三高指高峰值速率，高频谱效率，高移动性，两低是指低时延、低成本[1]。此外，LTE比较注重用户体验，近几年在用户体验和网络效应上都有很大提升，它的网结构呈扁平化，极大地提高了业务传送的效率。LTE采用1ms子帧作为调度周期，能够更加灵活地适配各种场景，而各种关键技术的前提就是快速调度。MIMO可以在复用模式和分集模式之间自适应动态改变，和Beamforming结合使用，既能够改变覆盖，又能够增大容量。

LTE之所以能够在很大程度上提升数据的传输速度，充分发挥利用频谱的功能，是因为它具备了多输入、多输出以及分复用正交频谱等高新技术。目前，LTE主要存在两种形式，即FDD-LTE和TDD-LTE，这两种形式虽然在运作模式上有极大的相似性，但是在上下行速率和频谱利用率上还是有较大差距，各占优势。比如，FDD上下行速率较快，而TDD较慢，所以在这方面FDD显示出TDD所不具备的上下行速率优势；但是在对频谱的利用范围上，FDD的利用范围较小，TDD的利用范围则较大，所以在这方面TDD略胜一筹。这两种方式，各具优势，互补不足。和之前的技术相比，LTE在其覆盖面和容量上，做出了很大突破，覆盖面积增加，容量大幅度提高。所以和之前的那些技术相比，有着很大优势。除此之外，LTE技术还使多个宽带得以实现分配使用。

比如说TD-LTE组网技术，主要和两种配置相关，即二天线和八天线，也就是MIMO和波束赋形，其仿真效果及二者在功能上的差异如表1所示。

根据图表，可以看出，2天线的吞吐量不论是从扇区来看，还是边缘来看，都比8电线波束赋形低，说明了2天线即MIMO要比8天线的运行速率快。再结合上两图，可以看出2天线在下行链路上的覆盖范围不如8电线广泛。再经过进一步分析，可知虽然2天线比8天线快，但如果仅从边界速率上来看，8天线却比2天线快。在高负荷环境中，2天线和8天线的吞吐速率都有所提高，只是程度不同，2天线MIMO提高的范围较小；在低负荷条件下二者的吞吐率也有所提高，而且幅度相近。

表1 2天线与8天线对比表

3 LTE高速移动环境下多天线技术研究

高速移动环境，即快速移动的环境，本文中将选取高速移动的高铁作为研究对象，对LTE在高速移动环境中的多天线技术进行探究。在高铁上，实际上基站与移动终端并不是相对静止，相反，是存在相对运动的，而且这种运动遵循着一种特定的规律，即多普勒效应。也就是说，当移动终端发送信号时，基站虽然可以接受这种信号，但是信号并不能保持同步，在这种情况下，信号的频率偏差并不是毫无规律，这种规律性偏差的现象就是多普勒效应，这种偏差就叫作多普勒频移。在多普频移的条件下，如果移动速度增大，那么多普勒频移就会出现明显的增大。针对这种情况，就应该找到一个频偏容忍度，使其与这种现象相匹配。经过相关计算后，可以发现要想降低或者消除频率偏差所带来的影响，可以进行频偏算法。而且这种算法除了可以降低影响，还可以让误码率的性能保持在一定范围内。

LTE多天线技术在高速移动环境下，主要依靠一些基础技术实现。这些基础技术中，主要是TDD和FDD，LTE技术就是通过这两种技术的双工形式展开的。TDD能够控制上下行信号的传播范围，使其在相同的频段下进行传播，这样可以使信道的对称性得以充分发挥。而FDD抗干扰能力很强，还能够自动适应链路，功率控制。实施多天线技术，还需要依靠一种基本技术，那就是预编码技术。预编码技术可以接收数据，并对数据进行分析产生一个训练序列发送至终端，终端对其进行搜索后就可以获得一个预编码矩阵，并将这个矩阵的序号发送至发射端，同时发送出信道的信噪比向[3]。通过这样的两次传递，就可以在传输时起到信号增强的效果。

4 结语

科技的进步必将带来更多的新技术，LTE技术就是在这样的环境下产生的。移动网络在近几年发展迅速，迈出了通讯工程中的一大步，是通讯工程中很成功的一个通讯系统，极大促进了通讯工程的发展。虽然移动网络已经很成熟，但我们还是希望它能有更多的突破，LTE技术就是近几年刚出现的一门技术，正在慢慢发展，目前还不是特别成熟，尤其在高速移动的环境下。相信未来LTE将会成为移动网络上的主要方式，回和其它技术相互交融，共同发展，产生多元化技术，得到更为广阔的发展空间。

[1]付强.LTE高速移动环境下多天线技术研究[D].北京邮电大学，2010.

[2]罗万团.高移动环境下的高性能切换和多天线技术研究[D].西南交通大学，2014.

TN929.5

A

1004-7344（2016）24-0279-01

-LTE系统增强多天线技术研究[D].北京邮电大学，2014.

2016-8-11