高速鐵路環(huán)境下波束賦形技術探究.pdf

1、傳統(tǒng)的單天線無線通信系統(tǒng)可利用的資源包括功率、帶寬和碼字等。如果通過增加發(fā)射功率或帶寬來提高系統(tǒng)性能會帶來很多問題，而且在碼分多址CDMA(Code Division Multi-Access)系統(tǒng)中如果用戶的碼字之間并非完全正交還會造成用戶的相互干擾。由此看來，單天線系統(tǒng)的資源具有一定的局限性。但是隨著信息技術的發(fā)展，人們對無線通信提出了“四高”的要求:高數(shù)據(jù)傳輸速率、高接收信號質(zhì)量、高頻譜利用效率和高系統(tǒng)容量，但是單天線系統(tǒng)難以滿足

2、上述要求，因此第三代移動通信系統(tǒng)開始采用多天線技術MIMO（Multi-InputMulti-Output），該技術在發(fā)射機和接收機配置多根天線，引入了豐富的空間資源，從而進一步改善通信系統(tǒng)的性能。
　　多天線技術在不顯著增加系統(tǒng)開銷的同時使系統(tǒng)獲得功率增益、空間分集增益、空間復用增益、干擾抑制增益和陣列增益，從而提高系統(tǒng)的覆蓋范圍，改善信號質(zhì)量，提高系統(tǒng)容量、頻譜利用率以及用戶數(shù)據(jù)速率。鑒于多天線技術的巨大潛力，該技術被認為是新

3、一代無線通信系統(tǒng)必須采用的關鍵技術，也成為當前研究的熱點。在3GPP TS36.211技術規(guī)范中已經(jīng)明確規(guī)定在LTE(Long TermEvolution)系統(tǒng)中使用該技術，并且針對不同類型的多天線技術進行了具體的規(guī)范。根據(jù)信號處理方法的不同，LTE系統(tǒng)中采用的多天線技術主要可以分為空間分集、空間復用和波束賦形，這三種技術具有不同的原理和適用范圍。
　　由于經(jīng)濟發(fā)展的需要，高速鐵路已經(jīng)成為一種重要交通方式，乘客在列車上也需要頻繁的

4、通信，如打電話、上網(wǎng)等業(yè)務。因此要保證業(yè)務的流暢，必須改善高速鐵路環(huán)境下的通信質(zhì)量。由于鐵軌一般鋪設在人煙稀少的地帶，基站到列車之間的信道環(huán)境不同于一般的蜂窩小區(qū)，因此在這種特殊的場景下，需要對LTE系統(tǒng)中的三種多天線技術進行具體分析和比較。
　　本文首先對多天線技術的研究現(xiàn)狀進行了總結，在分析空間分集、空間復用和波束賦形技術的原理、特點和適用條件的基礎上，指出前兩種技術要求信道具有弱相關性，只有波束賦形可以利用信道強相關性。因此

5、在高速鐵路這種典型的萊斯、強相關信道環(huán)境下采用波束賦形技術的性能最優(yōu)。然后提出了一種基于直達波離開角DOD(Direction of Departure)的位置輔助波束賦形算法LABF(LocationAssistant Beamforming)，根據(jù)位置信息計算直達波DOD，求出加權因子并在發(fā)射端對不同天線的信號進行加權處理。通過LTE鏈路仿真平臺驗證該算法可以使系統(tǒng)的信噪比提高N倍（N表示發(fā)射天線數(shù)量）。由于加權因子是根據(jù)直達波DO