LTE系统下行波束形成技术的研究

作     者：张建红 

作者单位：西安科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曾召华

授予年度：2011年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：LTE 波束形成 QR分解 SVD分解 对角加载 

摘      要：目前,在个人手持式电话系统PHS和TD-SCDMA智能天线中,下行都采用波束形成技术,提高下行载干比,增强覆盖;在LTE协议中定义了七种下行发射模式,其中模式七为单天线端口,即为通常所述的波束形成模式,主要用途是提高接收信干噪比,增加小区的覆盖范围。波束形成技术具有良好应用前景,必须对其进行深入的研究。 首先,本文从阵列信号的建模角度对波束形成的基础理论进行了阐述;介绍了LTE的帧结构、下行时隙结构和下行采用的三种参考信号;对LTE下行物理信道的一般信号处理过程进行了详细介绍和深入研究,该部分是进行算法仿真的基础。 其次,重点研究了波束形成中加权矢量的计算和QR分解的波束形成算法,在其研究的基础上,本文提出了一种新的算法,称为SVD分解算法,该算法对阵列数据矩阵进行奇异值分解,利用奇异值和奇异值矢量计算加权矢量,完成波束形成,避免了对阵列协方差矩阵的估计和求逆,而且改变对较小的奇异值赋零的多少,可以在复杂度与性能之间进行某种折衷,可以降低运算量;针对采样数较少,采样协方差矩阵估计值的噪声特征值分散会导致波束形成算法的性能下降问题,引入了对角加载概念,本文提出了对角加载的SVD分解算法,提出的新算法实现简单且性能好。 最后,对基于最强径准则的波束形成算法进行了仿真,仿真结果说明,基站天线数越大或上行链路的信道估计越精确,该算法的性能越好;对SVD分解算法和QR分解算法的仿真结果显示,两种算法都能实现正确的波束形成,有很好的性能,QR分解算法性能略优于SVD分解算法性能,但SVD分解算法复杂度低;对对角加载的算法进行了仿真及结果分析,说明了对角加载降低了小特征值及其特征向量的扰动,其性能优于非对角加载算法的性能。通过仿真,进一步说明了本文提出的新算法在LTE系统中的可行性和有效性。