2/8天線性能對比

盧正偉??

【摘要】隨著4G牌照的發(fā)放，三家運營商都得到了TD-LTE牌照，在網(wǎng)絡建設中，到底是選擇2天線來建設還是選擇8天線，運營商需要根據(jù)各自對4G網(wǎng)絡制式期許及建設計劃來進行抉擇。本文對2/8天線從技術性能、建網(wǎng)成本和施工難度三個維度來做對比分析，希望對運營商的天線選擇有所借鑒。

【關鍵詞】4G；TD-LTE；2/8天線；MIMO

2/8 antenna performance comparison

Lu Zheng-wei

（Tianyuan Ruixin Communication Technology Co.， LtdXi'anShaanxi710075）

【Abstract】With 4 g licences issued， three carriers have been the td-scdma LTE licences， in the construction of the network， whether to build or 2 antenna selection eight antenna， operators need to 4 g network system according to their respective expectations and construction plans to make choices. This paper makes a comparative analysis of the technical performance， construction cost and construction difficulty of 2/8 antenna， and hopes to learn from the antenna selection of operators.

【Key words】4G；The td-scdma LTE；2/8 antenna；MIMO

1. 背景

（1）隨著2013年12月，工業(yè)和信息化部向三家電信運營商發(fā)放了第四代移動通信TD-LTE牌照，標志著我國4G時代的到來。

（2）多天線技術（MIMO）是TD-LTE系統(tǒng)的關鍵技術之一，是實現(xiàn)移動通信系統(tǒng)高容量、高頻譜效率的重要手段。通過與OFDM、波束賦形等技術結合應用，可以顯著提升空間分集的效果、改善小區(qū)邊界區(qū)域的信道條件、很好的實現(xiàn)空、時、頻多維信號的聯(lián)合處理和調度，大幅度提升系統(tǒng)的靈活性和傳輸效率。

（3）TD-LTE系統(tǒng)繼承了TDD的固有特點和優(yōu)勢，能夠很好的滿足非對稱移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務應用的需求。TD-LTE牌照的發(fā)放，我國三大電信運營商也開始部署TD-LTE網(wǎng)絡。鐵塔公司的成立，租金問題也成為擺在各大運營商面前需要考慮的現(xiàn)實問題之一，到底是選擇TD-LTE網(wǎng)絡的2通道天線還是選擇8通道天線，相信每個運營商都有自己的盤算。因此，本文對2通道天線和8通道天線從性能對比、建設成本和施工難度3個維度來做分析，為TD-LTE的天線選擇、實際部署和后續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

2. 多天線技術（MIMO）

（1）MIMO（Multiple Input Multiple Output）：在發(fā)射機和接收機處設置兩根或多根天線進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收的技術。多天線技術是一種統(tǒng)稱，根據(jù)實現(xiàn)方式的不同可以分為傳輸分集、空間復用、波束賦形和空分多址。

（2）四種技術對應空間信道的要求不同，在低信噪比場景，傳輸分集和波束賦形可以有效提高信噪比，從而提高容量和覆蓋范圍；在高信噪比場景，空間復用可以提高傳輸速率。

（3）從LTE的發(fā)展過程來看，最基本的LTE MIMO形式采用了兩端口的2x2的形式。因此，多天線技術在TD-LTE系統(tǒng)中的發(fā)展及應用對于TD-LTE的發(fā)展發(fā)揮著非常重要的作用。最優(yōu)的MIMO算法對于不同的天線屬配置來說存在一定的差異（TD-LTE多天線技術支持能力見表1）。

（4）在TD-LTE系統(tǒng)中，常見傳輸方式主要包括TM2、TM3、TM4、TM7及TM8，其中2天線主要采用的傳輸模式包括TM2、TM3和TM4；8天線除了支持2天線的傳輸模式之外，還支持TM7和TM8。表1給出了2天線和8天線的上下行對天線模式的支持能力。從表1來看，在上行都是采用MIMO的分集模式，下行由于采用了模式間的自適應技術，當信道條件較好時會采用雙流技術，而當信道條件較差時，則采用了單流技術。

3. 2/8天線性能對比

3.12/8天線下行信道性能對比。

（1）表2給出了2/8天線SU-MIMO的系統(tǒng)性能對比數(shù)據(jù)，基于3GPP Casel-3D場景進行仿真，2天線采用TM4模式，8天線采用TM8模式，均支持單雙流自適應（2/8天線SU-MIMO性能對比（單位：bps/Hz）見表2）。

（2）從表2中的數(shù)據(jù)來看，8天線相對于2天線來說，平均頻譜效率的增益達到了19%，邊緣頻譜效率的增益達到了22%。8天線的性能增益主要是由于其本身的空間自由度更高，能夠形成更窄、指向性更強的波束，使有用信號提高，干擾也大幅度降低。同時2天線通過終端反饋碼本的方式存在碼本量化損失，而8天線通過信道互易性得到的信道進行矩陣分解，可以得到更加準確的預編碼向量。

（3）由于8天線相對于2天線來說具有更大的空間自由度，因此8天線能夠對MU-MIMO進行更好的支持。表3給出了8天線的SU-MIMO和MU-MIMO的性能對比，其中SU-MIMO采用了單雙流自適應技術，MU-MIMI則采用了2用戶配對的單流技術。從表中的數(shù)據(jù)能夠看出，MU-MIMO相對于SU-MIMO的平均頻譜效率和邊緣頻譜效率均有15%左右的提升。8天線MU-MIMO模式下，用戶配對準則以及用戶之間的干擾消除的預編碼算法會在較大程度上影響傳輸性能（8天線下行SU-MIMO與MU-MIMO性能對比（單位：bps/Hz）見表3）。endprint

3.22/8天線上行信道性能對比。

（1）從上行鏈路的性能來看，8天線相對于2天線具有更大的接收分集增益。同時，8天線的空間自由度優(yōu)勢方便基站通過更具有優(yōu)勢的接收算法來提升處理增益。表4給出了2/8天線系統(tǒng)上行仿真性能對比，仿真基于理想的信道估計（2/8天線系統(tǒng)上行性能對比（單位：bps/Hz）見表4）。

（2）接收端通過采用8天線和基于MMSE的干擾消除接收算法，8天線在平均頻譜效率以及邊緣頻譜效率具有50%以上的增益效果，尤其是邊緣頻譜效率的增益接近80%左右。

（3）因為8天線具有很好的干擾消除性能，因此8天線的基站上行引入MU-MIMO技術能夠進一步替身系統(tǒng)性能增益。

4. 建網(wǎng)成本

（1）TD-LTE基站的2天線和8天線站址的配套建設成本是一樣的，鐵塔的租金方面也沒有區(qū)別，建設的主要成本區(qū)別是天線及設備價格及施工費用的差異。

（2）主設備價格：8端口設備單價比2端口設備單價價格略高，但由于8端口設備集采量大，目前兩種設備價格相仿，我們認為兩者價格相同。

（3）天線價格：8天線單價是2天線單價的4倍，但由于天線價格占比較小，對總價格影響不太大。

（4）施工費用：8天線施工費用比2天線多20%左右。

（5）綜合目前各大無線和天線設備廠商的價格，8天線的建網(wǎng)總成本約為2天線成本的1.15倍。

（6）表5給出了城區(qū)環(huán)境下10Km2覆蓋范圍內2天線和8天線無線網(wǎng)絡建設成本計算過程。由結果可以看出，在相同的邊緣速率要求下，由于8天線的覆蓋半徑較大，雖然單站建設成本8天線較高，但總體建網(wǎng)成本低于2天線，可節(jié)約成本47%（2天線和8天線網(wǎng)絡建設對比見表5）。

5. 施工難度對比

（1）2天線和8天線的主要參數(shù)如表6所示。

（2）通過對比可以得出，8天線的RRU及天線尺寸均較大，設備重量較重，對天面要求較高，與2天線相比增加了施工和維護的工作量。

6. 結語

TDD-LTE繼承了TDD的優(yōu)勢和特點，具有較高的靈活性和性能。通過分析可以看出，8天線在容量和覆蓋性能方面有一定優(yōu)勢，在同等站距情況下可以提升網(wǎng)絡容量；而在同等邊緣用戶速率要求下，采用8天線可以減少站址建設需求，從而節(jié)省網(wǎng)絡建設投資。雖然8天線施工難度大于2天線，但參考網(wǎng)絡建設經(jīng)驗，大部分站址具備8天線安裝條件，建議在城區(qū)、郊區(qū)以及農村等需要連續(xù)覆蓋的區(qū)域采用8天線。2天線產品對于天面要求低，饋線少，易于安裝，因此主要在部分實施受限的場景使用，例如天面受限站點、物業(yè)和居民對大面板天線反感較大難以實施的炸點、街道站、高速公路站點、補盲站點等。

參考文獻

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