智能天線是一種安裝在基站現(xiàn)場的雙向天線，通過一組帶有可編程電子相位關(guān)系的固定天線單元獲取方向性，并可以同時獲取基站和移動臺之間各個鏈路的方向特性。智能天線的原理是將無線電的信號導向具體的方向，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向DOA（Direction of Arrinal），旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到充分高效利用移動用戶信號并刪除或抑制干擾信號的目的。智能天線潛在的性能效益表現(xiàn)在多方面，例如，抗多徑衰落、減小時延擴展、支持高數(shù)據(jù)速率、抑制干擾、減少遠近效應、減小中斷概率、改善BER（Bit Error Rate）性能、增加系統(tǒng)容量、提高頻譜效率、支持靈活有效的越區(qū)切換、擴大小區(qū)覆蓋范圍、靈活的小區(qū)管理、延長移動臺電池壽命、以及維護和運營成本較低，等等。

將MIMO技術(shù)與OFDM技術(shù)相結(jié)合的MIMO-OFDM系統(tǒng)能有效克服多徑效應和頻率選擇性衰落帶來的不良影響，實現(xiàn)信號傳輸?shù)母叨瓤煽啃裕黾酉到y(tǒng)容量，提高頻譜利用率。

本文深入研究了基于智能天線的多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)下的JT技術(shù)（簡稱JT-SA MIMO-OFDM）。通過在TD-SCDMA系統(tǒng)應用環(huán)境中的仿真，驗證了JT-SA MIMO-OFDM方案比JT MIMO方案在系統(tǒng)誤比特率方面具有更優(yōu)越的性能。

1 系統(tǒng)模型及數(shù)據(jù)發(fā)送算法

圖1給出了JT-SA MIMO-OFDM系統(tǒng)模型。基于此系統(tǒng)模型的數(shù)據(jù)發(fā)送及檢測算法的原理是首先在基站將發(fā)送給移動終端的數(shù)據(jù)串并變換后進行OFDM調(diào)制，然后進行聯(lián)合發(fā)送，基站發(fā)送天線采用智能天線下行波束形成技術(shù)，移動終端將經(jīng)過匹配濾波后的數(shù)據(jù)進行OFDM解調(diào)后再進行并串變換即可得到檢測后的數(shù)據(jù)。

假定一個基站服務K個移動終端，每個移動終端采用KM元天線陣列，基站采用KB元天線陣列，基站為每個移動終端發(fā)送L個數(shù)據(jù)符號：

2 權(quán)向量的確定

TD-SCDMA作為中國提出的第三代移動通信標準[2]（簡稱3G），自1998年正式向ITU（國際電聯(lián)）提交以來，已經(jīng)歷十多年的時間，完成了標準的專家組評估、ITU認可并發(fā)布、與3GPP（第三代伙伴項目）體系的融合、新技術(shù)特性的引入等一系列的國際標準化工作，從而使TD-SCDMA[3]標準成為第一個由中國提出的，以我國知識產(chǎn)權(quán)為主的、被國際上廣泛接受和認可的無線通信國際標準。這是我國電信史上重要的里程碑。（注：3G共有4個國際標準，另外3個是美國主導的CDMA2000、WiMAX和歐洲主導的WCDMA.）

由于TD-SCDMA是時分雙工的移動通信系統(tǒng)，其上行信道與下行非常接近，因此可以用上行時隙訓練序列估計得到的信道沖激響應作為下行鏈路的預計值，由此得到天線權(quán)值。

本文智能天線下行波束形成準則采用最小均方誤差準則（MMSE），要求輸出信號y（k）與本地期望信號b（k）的均方誤差最小，尋求最佳權(quán)亦即解如下優(yōu)化問題：

C(k)=C■…C■■ (12)

4 仿真結(jié)果與結(jié)論

本文對上述模型就TD-SCDMA系統(tǒng)環(huán)境進行了Monte Carlo仿真。仿真所用的系統(tǒng)參數(shù)如下：碼片速率1.28 Mchip/s,載波頻率2 GHz,采樣頻率8 000 Hz.擴頻碼為OVSF碼，擴頻因子Q=16,基站發(fā)送天線數(shù)為KB,用戶數(shù)為K,每用戶的接收天線數(shù)為KM,FFT的長度是256點，信號映射采用QPSK調(diào)制。信道為基于Clarke模型的四徑Rayleigh衰落信道，信道沖激響應有效長度W=4,基站采用最大似然算法估計信道沖激響應，并作為下行發(fā)送的信道矩陣。信道模型采用3GPP中TD-SCDMA的多徑衰落信道情況3的參數(shù)[6]:速度120 km/h,相對時延[0 781 1 563 2 344] ns,平均功率[0 -3 -6 -9] dB.

圖2給出了當基站發(fā)送天線數(shù)和每用戶的接收天線數(shù)都為2且用戶數(shù)為16時，JT MIMO與JT-SA MIMO-OFDM誤比特率性能仿真結(jié)果。從仿真圖上可以看出，JT-SA MIMO-OFDM方案比JT-SA方案在系統(tǒng)誤比特率性能上有明顯的改善。如誤比特率為10-2時，JT-SA MIMO-OFDM相比JT MIMO有近1.5 dB的增益。隨著信噪比的增大，系統(tǒng)誤比特率性能改善更為顯著。

圖3給出了用戶數(shù)不同對多用戶MIMO-OFDM下行鏈路JT-SA技術(shù)性能的影響。可以看出，隨著用戶數(shù)的增加，多用戶MIMO-OFDM下行鏈路JT-SA技術(shù)的系統(tǒng)性能有所下降。

本文成功地將傳統(tǒng)JT技術(shù)和SA技術(shù)擴展到多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)中。給出了多用戶MIMO-OFDM下行鏈路模型，研究了數(shù)據(jù)發(fā)送及檢測算法。通過在TD-SCDMA系統(tǒng)應用環(huán)境中的仿真表明多用戶MIMO-OFDM的JT-SA技術(shù)可以獲得比多用戶MIMO的JT技術(shù)更好的系統(tǒng)誤比特率性能。說明多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)下的智能天線聯(lián)合發(fā)送方案具有良好的應用價值。