Differential Beam-Forming Using Two-Dimensional Antenna Arrays in an LTE FDD System

Abstract: Basstationer med flera antenner kan aktivt styra signalenergi mot en mottagare med hjälp av lobformning, vilket ger högre datatakt och lägre strömförbrukning än med en enda antenn. Lobformning kräver dock att kanalen skattas till varje antenn och i ett FDD-system måste denna skattning återkopplas till basstationen från mottagaren, vilket innebär en opraktiskt stor overhead, speciellt när loberna blir smalare. Differentiell lobformning är en robust teknik som med begränsad overhead möjliggör smala och välriktade lober genom differentiella justeringar av lobformen. Med hjälp av två förkodade referenssignaler från basstationen skattar mottagaren kanalen och rapporterar iterativt hur lobformningen ska förbättras så att SINR hos den mottagna signalen ökar. Den här uppsatsen utvecklar en algoritm som utökar differentiell lobformning till användandet av tvådimensionella antennuppställningar, vilket möjliggör justering av lobformen i två dimensioner och därmed potentiellt sett ökar mottagen signalstyrka. Algoritmen alternerar mellan att differentiellt justera lobformen horisontellt och vertikalt, utan ökad overhead. Algoritmen har testats för olika antennuppställningar i ett stadsscenario och ett landsbygdsscenario med horisontell användarfördelning, vilken dock har visat sig vara en begränsande faktor för att påvisa de potentiella vinster som differentiell lobformning i två dimensioner för med sig. Resultatet visar att det är viktigare att kunna erhålla en smal lob i den dimension där det finns många användare, i detta fall den horisontella dimensionen, än i den ortogonala dimensionen.