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·2013年 第1期·

TD-LTE技术专题

T D - LT E T E C H N I C A L C O L U M N

TD-LTE双流波束成形探讨

郭建光

（中国移动通信集团设计院有限公司河北分公司，石家庄 050021）

摘　要　针对TD-LTE R9阶段新增加的TM8(双流波束成形)技术，本论文从原理分析上给出了TM8的实现基本原

理，以及相较于TM3/TM7等传输模式的优缺点。结合实际测试情况，分析了TM8在现网中的性能，并给出

了TM8的应用建议,希望为TD-LTE的建设与应用方面提供一些借鉴。

关键词　TD-LTE; MIMO; TM8; 双流波束成形

中图分类号 TN929.5 文献标识码 A 文章编号 1008-5599（2013）01-0060-04

收稿日期 ：2012-12-18

1 引言

TD-LTE 在 R9 阶段新增了双流波束成形技术，

共 8 种传输模式，每种模式对应了不同的 MIMO 传输

形式，其中模式 7、模式 8 又是针对 TDD 系统所特有

的波束成形技术 [1]，模式 7 的波束成形技术在一阶段测

试时，已经较为充分的验证了其性能的优越性。针对边

缘用户以及无线环境不理想的情况下，TM7( 单流波束

成形 ) 对于改善无线环境，提高用户感知，提升小区的

整体吞吐量有着较为重要的作用。TM3（开环空间复

用）目前采用的 2×2MIMO，可以针对同一个用户传

输双流，理论上翻倍的提高了单用户的峰值吞吐量，直

接体现了 TD-LTE 系统的性能优越性 [2]。正是基于此，

TM8（双流波束成形）同时取纳了开环空间复用与单流

波束成形的优点，将空间复用与波束成形有机的结合起

来，这样在改善无线环境的同时又尽量合理的提高了用

户的吞吐量。

2 TM8 原理简介

双流波束成形技术应用于信号散射体比较充分的条

件下，是智能天线波束成形技术和 MIMO 空间复用技

术的有效结合，在 TD-LTE 系统中，利用 TDD 信道的

对称性，同时传输两个成形数据流来实现空间复用，并

且能够保持传统单流波束成形技术广覆盖、提高小区容

量和减少干扰的特性，既可以提高边缘用户的可靠性，

同时又可有效提升小区中心用户的吞吐量 [3]。

根据多天线理论可知，接收天线数不能小于空间复

用的数据流数。8 天线双流波束成形技术的使用，接收

端至少需要有 2 根天线。根据调度用户的情况不同，双

流波束成形技术可以分为单用户双流波束成形技术和多

用户双流波束成形技术。

2.1 单用户

单用户双流波束成形技术，由基站测量上行信道，

得到上行信道状态信息后，基站根据上行信道信息计算

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两个成形矢量，利用该成形矢量对要发射的两个数据流

进行下行成形。采用单用户双流波束成形技术，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

成形增益和空间复用增益，可以获得比单流波束成形技

术更大的传输速率，进而提高系统容量。

2.2 多用户

多用户双流波束成形技术，基站根据上行信道信息

或者 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成形矢量，利用得到的波

束成形矢量为每一个 UE、每一个流进行成形。

多用户双流波束成形技术，利用了智能天线的波束

定向原理，实现多用户的空分多址。

2.3 应用场景

8 天线双流波束成形技术是

TD-LTE 建网的主要技术，应用于

室外场景的宏小区覆盖，可以有效

的增加空间隔离度，降低数据流之

间的干扰。利用 4+4 双极化天线，

使用双流波束成形技术实现室外宏

小区覆盖 [4]。

2.4 双流波束成形的参考信号时频图

LTE R9 版本中对于 DM-RS

参考信号的引入不是 R8 解调参考

信号的简单延伸，而是一个新的结

构。如果基于 R8 的 DM-RS 结构，

将难以实现，因而 R9 版本引入了

一个新的，更加面向未来的结构，

而不是扩展 R8 结构以支持两个参

考信号。如下图 1 所示，在双流波

束成形的传输模式下，采用 12 个资

源块对的参考信号，这 12 个资源块

均为两个参考信号所用，参考信号

之间的干扰是通过给连续的参考符

号对使用相互正交的模式来处理，

即正交覆盖代码（OCC）, 除了相

互正交的模式，还可以给这些参考符号使用一个伪随机

序列 [5]。这个序列对这两个参考信号相同，因此不会影

响传输参考信号之间的正交性。相反，伪随机序列是为

了在所谓的 MU-MIMO 传输的情况下区分给不同终端

的解调参考。

3 TM8 性能探讨

3.1 提高单用户吞吐量

由于双流波束成形既采用了双流来提高吞吐量，又

采用了波束成形来抗干扰，由于成形技术更适合边缘用

图1 TM8模式下的DM-RS参考信号时频结构

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户，因而相交于开环空间复用，双流波束成形更适合应

用于中点以及差点等相关位置。如图 2 所示。

分别定义了好点、中点、差点的 SINR 范围，为了

使对比更加明显，在好点分别采用开环空间复用（TM3）、

双流波束成形（TM8）对单个用户的吞吐量进行测量，

中点、差点依然。从图中可以发现，在好点 TM3 的性

能与 TM8 相差无几，基本持平，在中点、以及差点，

TM8 的成形增益逐渐较好的体现出来，由部分实验结果

可以发现，在中点TM8的较 TM3的性能提升 40%左右，

在差点，TM8 的性能体现的更为明显性能提升大概在

70% 左右。以上分析均为 TM8 较 TM3 的性能体现，现

对比一下 TM8 相较于 TM7 的性能优劣，如图 3 所示。

图3 TM7、8模式下单用户吞吐量对比

从图 3 分析可以得出，TM8 相较于 TM7 在好、中、

差点的性能增益的提高趋势，与 TM8 跟 TM3 的增益趋

势截然相反，在好点 TM3 的增益较 TM7 约为 50%, 在

中点约为 25%, 在差点 TM8 的性能与 TM7 的性能相差

无几，基本持平。归其原因笔者认为在好点，由于 TM8

大多采用了双流，速率会成倍提高，在中点由于信道环

境不如好点理想，因而 TM8 双流与单流均有采用，但

整体上会比单流波束成形速率高。在差点 TM8 也大多

采用单流，因而与 TM7 的性能基本持平。综合各种相

关因素，笔者认为，TM8 更适合应用于无线环境较好

的中点环境，相较于 TM3、TM7 两种常采用的传输模式，

性能均有较大提升，从而整体上提高用户的感知。

3.2 提升小区吞吐量

对于小区吞吐量的提升效果验证，采用了全小区

采用开环空间复用（TM3），全小区采用单流波束成形

(TM7)、全小区采用模式 3/7 自适应、全小区采用 TM8

4 种情况下进行对比测试。实验条件均为单小区 20MHz

带宽，2:2 时隙配置。

图4 TM3、7、8模式下小区平均吞吐量对比

从图 4 不难得到，TM3、TM7 以及 TM3/7 自适应

3 种情况下，各自对应的小区吞吐量唯 TM3/7 自适应

最高，TM3 次之，TM7 最低。也应证了模式自适应较

固定模式的优势，TM7 由于其始终为单流，因而小区

吞吐量最低。此三种情况相较于 TM8 模式，无论是小

区采用开环空间复用还是单流波束成形的小区吞吐量均

不如双流波束成形的小区吞吐量高，TM8 对于小区吞

吐量的抬升较为明显，统计数据显示，TM8 对于小区

图2 TM3、8模式下单用户吞吐量对比

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Research on TD-LTE dual beam forming

GUO Jian-guang

(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Hebei Branch, Shijiazhuang 050021, China)

Abstract For the R9 stage of TD-LTE, there’s a new technology TM8 (double beam forming). This paper analyzes the basic principles of TM8,and gives the advantages and disadvantages compared the mode of TM3/7.By analyzing the TM8’s performance in the current network, this paper gives suggestions about the TM8 applying in the network, in order to provide some reference for the construction and application of the TD-LTE.

Keywords TD-LTE; MIMO; TM8; dual beam forming

参考文献

[1] 沈嘉，索士强，全海洋. 3GPP长期演进（LTE）技术原理与系

统设计[M]. 北京：人民邮电出版社，2008.

[2] 王映民，孙韶辉. TD-LTE技术原理与系统设计[M]. 北京：人

民邮电出版社，2010.

[3] 郭建光，李寿鹏. TD-LTE传输模式性能分析[J], 移动通信，

2011年8月增刊.

[4] http://wenku.baidu.com/view/a9726ff2f90f76c661371aad.html

[5] 堵久辉，缪庆育. 4G移动通信技术权威指南[M]. 北京: 人民

邮电出版社, 2012.

吞吐量的提高大概有 10%-30% 的增益。

3.3 双流波束成形抗小区间干扰

双流波束成形由于其成形特性，对于小区边缘用户

间的干扰具有很强的协调作用，从而降低了小区间的干

扰。对于小区间的干扰直接体现为 SINR 指标的抬升，

由如图 5 所示。

图5 TM3、7、8模式下全网平均SINR与边缘SINR对比

可以推知在全网平均 SINR 值以及边缘用户的

SINR 平均值，TM8 模式均较 TM7 以及 TM3 两种模式

的性能有所提升。从而优化了全网的无线环境，实现了

小区间的干扰协调作用。

4 总结

结合前三节的分析结果，不难发现双流波束成形技

术无论是在技术实现原理层面还是在现网的实验结果层

面，均有一定的技术优势，尤其是对于单用户小区吞吐

量的抬升、全网吞吐量的抬升，以及对于无线环境的优

化及抗干扰方面均有其自身特点。因而双流波束成形为

R9 阶段 TD-LTE 不可或缺的一项创新，为推动 TD-

LTE 技术的发展起着较为重要的作用。