關于TD—LTE多天線解決方案的探討

【摘要】 多天線系統作為一項前沿的空間分集技術，通過波束賦形以及映射算法在多天線產生不相關性，向多個終端并行發射數據流，或從多個終端并行接收數據流，從而在空間上提高系統容量，目前3GPP和3GPP2都各自提出了針對多天線的信道模型。本文將對多天線技術的原理和傳輸模式做簡要介紹，并對TD-LTE的多天線解決方案做進一步的闡述及探討。

【關鍵詞】 TD-LTE 多天線技術 解決方案

一、多天線技術的概述

多天線是在密集多徑散射環境中，通過在發射機和（或）接收機側部署多根天線的技術，如圖1給出了四種基本的無線信號發射-接收模型。

圖中包含SISO、MISO 、SIMO以及MIMO，后三種是通常所稱的多天線技術。根據多天線技術實現方法的不同，一般可以分為三類：空間分集、空間復用和波束賦形。

二、TD-LTE支持的多天線傳輸模式

在如表1里面，列出了TD-LTE支持的多天線傳輸模式。

原則上，3GPP對天線數目與所采用的傳輸模式沒有特別的搭配要求，但在實際應用中，移動臺的速度、空間傳播條件、硬件配置和業務服務類型等因素會影響系統對傳輸模式的選擇。一般情況下，單天線系統常用模式為TM1，2天線系統常用模式為TM2和TM3，而8天線系統常用模式為TM7和TM8。

三、多天線的演進方案

多天線產品主要涵蓋兩個部分：主設備和天線系統。從主設備設計角度來看，主要體現在3個方面：（1）多通道架構的設計。可借鑒和采用在TD-SCDMA產品中多通道RRU的設計思路，在收發通道，射頻設計方面的思路基本上是一致的。（2）大容量Ir接口的設計。相對于TD-SCDMA8通道RRU同BBU之間的Ir接口來看，由于LTE系統容量更大，基帶信息遠高于TD-SCDMA系統，對于Ir的設計既要考慮到容量問題也要考慮到接口協議的通用性和兼容性。（3）波束賦形技術（BF）引入LTE需要新增相應算法及硬件處理能力，除了3GPP標準目前已經支持的單流BF以外，還需要考慮未來多流BF算法的支持等。

四、TD-LTE多天線解決方案

4.1 室外站

根據室外站技術發展情況， TD-LTE技術中的室外站2、8天線都可以自行獨立實現組網的功能。 TD-LTE中的2天線是為了獲得分集以及復用的增益，8天線是為了綜合獲得3種不同增益，包括：賦形增益、分集/復用的增益，在波束賦形中提高覆蓋的能力；另一方面，該技術降低小區內部或者小區之間的干擾，實現提升系統吞吐量。調查分析，在8天線通道上容量增益非常的明顯，下行的8通道中平均吞吐量增益116%，雙流增益能夠到達130%，邊緣的吞吐量在單流還是在雙流中都能夠達到150%左右在同一個傳輸速率下，TD-LTE天線覆蓋的范圍是2天線兩倍，相似于TD-SCDMA的覆蓋半徑，相同覆蓋半徑中，TD-LTE中天線8產生的邊緣速率是天線2產生的2倍。

通過分析，2/8天線優點如下：（1）天線8在容量以及覆蓋范圍上面具有優勢，站與站的距離相同下，提升網絡的容量；但是，在相同的邊緣用戶速率中，天線8的使用減少站址建設的需求，達到節省了對網絡建設的投資。（2）在施工難度上，天線8的施工難度大于天線2的難度，參考TD-SCDMA和TD-LTE試驗網建設經驗，可以明確，大部分站址的建設具備天線8施工條件。（3）容量跟覆蓋范圍的性能上天線8具有優勢，它減少了站址需求，中國移動具備豐富的天線8建設經驗，建議多采用天線8建設。

4.2 室內站

TD-LTE室內站建設分為單路建設和雙路建設兩種模式。所謂的單路模式主要是是通過合路器，把TD-LTE的系統加入到現有的單路室內分布系統，雙路模式是指在把TD-LTE系統加入到室內分布的系統中，還建立了一路新的通道，通過兩個通道實現MIMD雙流。通過分析，雙路系統的性能是單路系統的1.6倍，性能上明顯得到提高。

即使雙路系統在MIMD上實現了上下行容量的增益，但雙路系統的改造難度大，雙路系統建設投資是單路2倍，工程實際中必須考慮物業對業務需求、改造難度等各種因素，綜合選擇適當的比例來建設新的站址、對新的場景進行雙路室內系統進行改造。

室分MIMD使用了2路單極天線，以及1路的雙極天線進行部署，對場景封閉的時候，雙極天線在性能上低于單極化天線。但是，在場景的開闊上，單極化天線或者雙極化天線都能夠滿足MIMD應用需求。通過分析，得出了室內天線具有的特點有：（1）在組成MIMD線陣上采用了兩個10λ間距的單極化天線，例如在安裝空間受限的雙天線，間距不低于4λ。（2）在支持MIMD雙路系統要求中，2個單極化天線功率只差必須控制在5dB之內。（3）雙極化天線降低了雙路室內分布系統施工難度，在改善中具有局限性。（4）在場景的封閉中，雙極化天線在性能上不如單極化天線，但是在安裝條件具備下，還是優先采用單極化天線。（5）在開闊場景中，單極化天線和雙極化天線都能滿足MIMD應用，可根據工程安裝需求選擇安裝。

五、結束語

多天線技術是LTE的關鍵技術之一，如何在現網建設中實現多天線方案是LTE網絡成功建設的重要因素。本文以多天線的技術理論研究為基礎，研究TD-LTE 傳輸特性，并結合多天線外場測試的結果，給出了工程實際中的室內及室外場景的多天線解決方案。

參 考 文 獻

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[2] 胡恒杰，朱強，孟繁麗，劉煜鵬. TD-LTE組網策略研究[J]. 移動通信. 2010（05）

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