為了加強對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持，時分同步碼分多址技術(shù)(TD-SCDMA)在第三代合作伙伴計劃(3GPP)版本5和版本7的規(guī)范里分別引入了高速下行包接入技術(shù)(HSDPA)和高速上行包接入技術(shù)(HSUPA)，合稱高速分組接入(HSPA)技術(shù)[1-2]。在3GPP 版本8中TD-SCDMA啟動了一個新的研究項目——增強HSPA(HSPA+)，作為HSPA的演進(jìn)版本。TD-SCDMA HSPA+（以下簡稱TD-HSPA+）要達(dá)到的性能目標(biāo)有：提高頻譜效率和峰值速率、增大系統(tǒng)容量和支持的用戶數(shù)、保持和TD-SCDMA HSPA系統(tǒng)/R4系統(tǒng)的后向兼容性、降低用戶面時延和控制面時延、降低終端功耗。

HSPA+主要采用了5方面的無線增強技術(shù)，包括多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)、高階調(diào)制技術(shù)、持續(xù)分組連接(CPC) 技術(shù)、增強小區(qū)前向接入信道(CELL-FACH)技術(shù)以及層2的增強技術(shù)[3-6]。下面分別對這5方面關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡單介紹。

MIMO是文章關(guān)注的重點，它通過在發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線，在不額外增加帶寬和功率的條件下充分開發(fā)空間資源，利用復(fù)用增益和空間分集增益提高數(shù)據(jù)速率、減少誤比特率、改善無線信號傳送質(zhì)量；高階調(diào)制技術(shù)的引入主要是為了進(jìn)一步提高HSPA+下行傳輸速率，相比HSPA，其主要修改在于在HSPA+下行引入64正交幅度調(diào)制(QAM)，而在上行依然保持HSPA階段的16 QAM；CPC技術(shù)是為了滿足高服務(wù)質(zhì)量(QoS)業(yè)務(wù)“一直在線”的需求，通過高效同步保持技術(shù)、高效VoIP支持技術(shù)以及高速轉(zhuǎn)換不連續(xù)發(fā)射/不連續(xù)接收(DTX/DRX)，達(dá)到提高小區(qū)專用信道(CELL_DCH)狀態(tài)下分組數(shù)據(jù)用戶數(shù)、VoIP用戶容量和系統(tǒng)效率的目的；CELL_FACH技術(shù)與CPC技術(shù)相對應(yīng)，其目的是滿足低QoS業(yè)務(wù)“一直在線”的需求；增強CELL-FACH狀態(tài)主要針對速率較低、在線時間長的業(yè)務(wù)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，其目的主要包括：提高CELL-FACH態(tài)的峰值速率，減少CELL-FACH、小區(qū)尋呼信道(CELL-PCH )和系統(tǒng)尋呼信道(URA-PCH)用戶面和控制面時延，減少URA-PCH、CELL-PCH、CELL-FACH到CELL-DCH狀態(tài)遷移時延及減少終端的電池消耗；HSPA+層2增強技術(shù)包括引入可變的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(RLC PDU)大小、媒體接入控制(MAC)層對RLC PDU的分段功能以及在一個傳輸時間間隔(TTI)內(nèi)引入可以調(diào)度多個優(yōu)先級隊列的數(shù)據(jù)等多個方面內(nèi)容。

文章針對TD-HSPA+系統(tǒng)的下行波束賦形方案，分析比較了傳統(tǒng)智能天線波束賦形(BF)算法的優(yōu)缺點，并提出了一種適用于多徑信道的基于奇異值分解(SVD)的8×1波束賦形算法，并提供一種對多徑信道進(jìn)行SVD分解的思路和方法。在此基礎(chǔ)上，文章將其與傳統(tǒng)的特征向量法(EBB)相對比，并進(jìn)行系統(tǒng)級仿真評估。另外，文章進(jìn)一步評估了引入64 QAM高階調(diào)制對TD-HSPA+ 8×1 MIMO系統(tǒng)的性能影響，并給出相應(yīng)結(jié)論。

1、基于SVD分解的8×1BF天線建模及分析

1.1、傳統(tǒng)智能天線下行賦形算法

目前常用的傳統(tǒng)智能天線的下行賦形算法主要有兩種：波束掃描法(GOB)和EBB[7]。

GOB算法是基于參數(shù)模型（利用信道的空域參數(shù)）的算法，它能使基站實現(xiàn)下行指向性發(fā)射。GOB算法是將整個空間分為L個區(qū)域，并為每個區(qū)域設(shè)置一個初始角度，再以各個區(qū)域的初始角度方向向量為加權(quán)系數(shù)，計算接收信號功率，然后找到最大功率對應(yīng)的區(qū)域，并將該區(qū)域的初始角度當(dāng)作估計的到達(dá)角。GOB算法實際上是利用上下行信道對稱的特點，來確定賦形角度。

EBB算法是通過對空間相關(guān)矩陣進(jìn)行特征值的分解來得到權(quán)矢量，實現(xiàn)方法就是找到第K個用戶的權(quán)矢量w k，使得用戶K接收到的有用信號功率與非有用信號功率比r (w k )最大。

EBB算法的基本思路如下：

在波束空間中，找到使接收信號功率最大的賦形權(quán)矢量，并通過對用戶空間相關(guān)矩陣進(jìn)行特征分解，分解后得到的最大特征值對應(yīng)的特征向量即為權(quán)矢量。

公式(2)中，是基站接收機(jī)估計的上行信道沖擊響應(yīng)，以信道沖擊響應(yīng)的相關(guān)矩陣為基礎(chǔ)的下行波束加權(quán)矢量雖然沒有進(jìn)行DoA的估計，但是在時延角度擴(kuò)散信道中仍能基本對準(zhǔn)移動臺的發(fā)射。對于EBB算法來說，信擾比r (w k )越大，信號分離就越大，天線陣的波束賦形抑制干擾的能力就越強，增益也越高。

從算法難度來看，EBB算法的實現(xiàn)難度略高于GOB算法，EBB算法得到的是全局最優(yōu)解，而GOB算法得到的是局部最優(yōu)解；從應(yīng)用場景來看，在低速情況下，EBB算法性能優(yōu)于GOB，而在高速情況下，EBB算法與GOB算法性能基本相當(dāng)；在市區(qū)場景下，無線的傳播環(huán)境很惡劣，EBB算法的優(yōu)勢也更加明顯。綜上所述，EBB算法性能要明顯優(yōu)于GOB算法。由于文章選擇的仿真場景為市區(qū)宏小區(qū)和市區(qū)微小區(qū)，所以在文章中將以EBB算法為參照，通過仿真給出基于SVD和EBB算法的性能差異。

1.2、基于SVD的下行賦形算法

傳統(tǒng)SVD算法只適用于單徑信道，而TD-HSPA+的信道是多徑的，所以傳統(tǒng)SVD算法并不能直接在TD-HSPA+系統(tǒng)中使用。文章提出一種對于多徑信道使用SVD的算法，以改進(jìn)TD-HSPA+波束賦形算法性能。

文獻(xiàn)[8]中給出了步行環(huán)境A類信道(PA)和車載環(huán)境A 類信道(VA)每一徑的功率以及每一徑相對于第一徑的延遲，如表1所示。

表1