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波束賦形是一種基于天線陣列的信號預(yù)處理技術(shù)，波束賦形通過調(diào)整天線陣列中每個陣元的加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生具有指向性的波束，從而能夠獲得明顯的陣列增益。因此，波束賦形技術(shù)在擴(kuò)大覆蓋范圍、改善邊緣吞吐量以及干擾抑止等方面都有很大的優(yōu)勢。由于波束賦形帶來的空間選擇性，使得波束賦形與SCDMA之間具有緊密的聯(lián)系。實際系統(tǒng)中應(yīng)用的波束賦形技術(shù)可能具有不同的目標(biāo)，如側(cè)重鏈路質(zhì)量改善(覆蓋范圍擴(kuò)展、用戶吞吐量提高)或者針對多用戶問題(如小區(qū)吞吐量與干擾消除/避免)。
波束賦形的目標(biāo)是根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)，形成對基帶(中頻)信號的最佳組合或者分配。具體地說，其主要任務(wù)是補(bǔ)償無線傳播過程中由空間損耗、多徑效應(yīng)等因素引入的信號衰落與失真，同時降低同信道用戶間的干擾。因此，首先需要建立系統(tǒng)模型，描述系統(tǒng)中各處的信號，而后才可能根據(jù)系統(tǒng)性能要求，將信號的組合或分配表述為一個數(shù)學(xué)問題，尋求其最優(yōu)解。
關(guān)于波束賦形的基本原理，可以首先考慮自由空間中電磁波的遠(yuǎn)場輻射情況。(1)當(dāng)只存在單個天線振子時，以同極化方向從各個角度對電場振幅進(jìn)行觀測時，信號是各向同性衰減的，即不存在方向選擇性。(2)如果增加一個同極化方向的振子，且兩個振子處于同一位置時，即使兩個天線發(fā)射信號可能存在一定的相差，但從任何角度觀測，兩列波的相差并不隨觀測角度的變化而發(fā)生變化，因此信號仍然不存在方向選擇性。(3)如果增加一個同極化方向的振子，且兩個振子保持一定間隔，則兩列波之間會發(fā)生干涉現(xiàn)象，即某些方向振幅增強(qiáng)，某些方向振幅減弱(振幅增強(qiáng)部分的能量來自于振幅減弱部分)。假設(shè)觀測點距離天線振子很遠(yuǎn)，可以認(rèn)為兩列波到達(dá)觀測點的角度是相同的。此時兩列波的相位差將隨觀測角度的變化而變化，在某些角度兩列波同相疊加導(dǎo)致振幅增強(qiáng)，而在某些方向反相疊加導(dǎo)致振幅減小。
因此，如果能夠根據(jù)信道條件，適當(dāng)?shù)乜刂泼總�陣元的加權(quán)系數(shù)，就有可能在增強(qiáng)期望方向信號強(qiáng)度的同時，盡可能降低對非期望方向的干擾。對于TDD系統(tǒng)，可以方便地利用信道的互易性，通過上行信號估計信道傳播向量或DoA(Direction-of-Arrival)并用其計算波束賦形向量。對于FDD系統(tǒng)，也可以通過上行信號估計DoA等長期統(tǒng)計信息并進(jìn)行下行賦形。
波束賦形技術(shù)已經(jīng)在TD-SCDMA系統(tǒng)中得到了成功的應(yīng)用，在TD-LTE R8中也采用了波束賦形技術(shù)。在TD-LTE R8的PDSCH傳輸模式7中定義了基于單端口專用導(dǎo)頻的波束賦形傳輸方案。TD-LTE R9中則將波束賦形技術(shù)擴(kuò)展到雙流傳輸方案中，通過新定義的傳輸模式8引入了雙流波束賦形技術(shù)，并定義了新的雙端口專用導(dǎo)頻與相應(yīng)的控制、反饋機(jī)制。
作者：李黎 來源：人民郵電報
