智能天线在TD-LTE中的应用分析

的DOA估计法是直接利用（4）式延迟相加法。下面简单介绍几种算法。

（1）最小均方LMS算法：遵循最小均方差（MMSE）准则，根据（4）式，加权矢量迭代更新方法可表示为估计二次型表面（即误差平方）关于权值的梯度，将权值沿递度负方向移动一个步长常数，进而反复迭代，即：
　　估计输出：
　　误差形成：
　　系数更新：

其中，y（n）为已知期望响应样本，x（n）为接收信号矢量的采样样本，μ为步长。LMS算法的收敛速度和稳定性与输入信号x（n）的协方差矩阵的特征根分布密切相关，一般特征根散布不是很大时，LMS算法的收敛较快。

（2）递归最小方差RLS算法：该算法总是使从滤波器开始运行到目前时刻的总平方误差达到最小，与LMS算法不同，RLS遵循的准则是最小方差（LSE）。若设、、、，则有：

同时得到最小二乘误差的更新为：。

RLS算法的收敛情况与相关矩阵的特征值扩展无关，而与λ的取值有关（小于或等于1）。

3、智能天线在TD-LTE中的应用

TD-LTE为智能天线应用进行了专门的标准化设计，定义了专门的传输模式。如3GPP R8支持的基于单端口5专用导频的传输模式TM7、3GPP R9支持的基于端口7和端口8专用导频的传输模式MT8，就分别支持单流波束赋形技术和双流波束赋形技术。根据3GPP协议，在LTE系统的eNode B端，虽然FDD和TDD均采用专用导频来实现波束赋形，但对终端来讲，仅有TD-LTE终端强制性地要求必须具有解调波束赋形数据的能力。

实践证明，TD-LTE系统采用智能天线后，可提高系统的峰值速率、提升边缘用户吞吐量、提高小区覆盖范围。尤其是在智能天线与MIMO多天线结合后产生的双流波束赋形技术中，单用户的波束赋形可使单用户获得空间复用增益；在多用户波束赋形方式中，则可使系统获得多用户的分集增益。所以可以预见，智能天线技术在TD-LTE系统中的广泛应用，可明显地改善系统性能。

3.1、TD-LTE中的波束赋形技术^[2]

（1）单流波束赋形技术：LTE R8定义的传输模式TM7支持基于专用导频的智能天线波束赋形，即单流波束赋形技术。在传输过程中，UE需要通过对专用导频的测量来估计波束赋形后的等效信道，并进行相干检测。为了能够估计波束赋形后的传输所经历的信道，基站必须发送一个与数据同时传输的波束赋形参考信号，这个参考信号是UE专用的，也叫UE专有导频，走天线端口5，用于传输模式7的业务解调。在图3所示的单流波束赋形流程中，层映射与预编码都只是简单的一对一的映射，后面生成的波束赋形当然也相对简单。

（2）双流波束赋形技术：在LTE R9的规范中，专门定义了有端口7和端口8两个专用导频用于业务信道解调的传输模式TM8。同时还引入了新的控制信令和天线配置（8×2），将波束赋形扩展到了双流传输，实现了波束赋形与MIMO空间复用技术的结合，这就是双流波束赋形技术。双流波束赋形应用可分为单用户波束赋形和多用户波束赋形，图4所示是单流、双流单用户和双流多用户三种情况的波束赋形情况。

1）单用户双流波束赋形技术：由eNode B测量上行信道，得到上行信道状态信息后，eNode B根据上行信道信息计算两个赋形矢量，利用该赋形矢量对要发射的两个数据流进行下行赋形。采用单用户双流波束赋形技术，使得单个用户在某一时刻可以进行两个数据流传输，同时获得赋形增益和空间复用增益，获得比单流波束赋形技术更大的传输速率，进而提高系统容量。

2）多用户双流波束赋形技术：eNode B根据上行信道信息或UE反馈的结果进行多用户匹配，多用户匹配完成后，按照一定的准则生成波束赋形矢量，利用得到的波束赋形矢量为每一个UE、每一个流进行赋形。多用户双流波束赋形技术利用了智能天线的波束定向原理，实现了多用户的空分多址。

基于TD-LTE的波束赋形技术，有一个重要应用是利用空间选择性来支持空分多址（SDMA，Spatial Division Multiple Access）。因受限于应用场景和终端尺寸及天线数量，单用户往往难以支持高Rank数据传输。而Rank是信道矩阵EBB分解后特征值不为0的特征向量个数，UE会将测得的Rank值RI（Rank Indicator）上报给eNode B，而eNode B根据RI可以在空间区分出相互独立而互不相关的信道数量。当系统用户数较多时，eNode B总可找到信道空间独立性较强的两个UE，若eNode B配备了多天线，则可以利用波束赋形信号空间隔离度实现对多个UE的并行传输，这就是多用户MIMO技术，或者说是TD-LTE中的波束赋形技术与MIMO技术的有机结合。所以，只有在多UE时，双流波束赋形才尽显SDMA功能。

3.2、TD-LTE中的智能天线算法^[3]

单流波束赋形其实就是普通的智能天线波束赋