TD-SCDMA智能天线技术介绍V3

TD-SCDMA智能天线技术介绍3G建设办公室2009年10月前言前言前言前言•TD-SCDMA是中国主导的第一个国际移动通信标准，它采用了智能天线、联合检测、软件无线电、接力切换、上行同步、动态信道配置等一系列新技术，大大提升了频率利用率和系统容量。•智能天线是TD-SCDMA标准的关键技术之一，也是TD-SCDMA区别于其他标准的特点之一。它的应用大大提高了系统抗干扰能力，提升了系统容量。本文将从智能天线的技术特点、智能天线的发展和革新、智能天线广播波速权值赋形和智能天线在LTE中的应用等四个方面，对智能天线进行介绍。内容概要内容概要内容概要内容概要•智能天线技术简介智能天线技术简介智能天线技术简介智能天线技术简介•智能天线的新发展•智能天线广播波速权值赋形技术•智能天线在LTE的应用什么是智能天线技术什么是智能天线技术什么是智能天线技术什么是智能天线技术•智能天线是由多根天线阵元组成天线阵列•天线陈列因基带算法而智能•实现天线和传播环境与用户和基站之间的最佳匹配智能天线基本原理智能天线基本原理智能天线基本原理智能天线基本原理•智能天线下行发送是基于波束形成的思想，其目的是利用用户的空间方位信息对多用户信号实现空分或抑制干扰，即在同一时间同一载频上只用同一副阵列天线在空间中形成多个波束并把它们分配给多个用户，不同用户的波束中承载的用户信息不同。TD系统中使用智能天线的物理基础系统中使用智能天线的物理基础系统中使用智能天线的物理基础系统中使用智能天线的物理基础•TDD方式：上、下行链路权值相同–上、下行链路传输频率相同–时间间隔短TDDFDD上行上行上行上行下行下行下行下行
FDD方式：上、下行链路权值不同上、下行链路传输频率不同受频率选择性衰落影响不同
TDD的工作方式的工作方式的工作方式的工作方式，，，，便于权值的应用便于权值的应用便于权值的应用便于权值的应用智能天线的算法智能天线的算法智能天线的算法智能天线的算法•智能天线之所以能够识别和利用空间方位信息，是因为它的阵列天线中，各个天线阵元位于不同的空间位置上，在接收的上行信号时，信号到达各个天线阵元的时间不同，在已知天线阵元的空间分布情况的前提下，可根据各个天线阵元接收到的信号之间的时间差推算出信号的来波方向DOA。•同理，在下行发送时，在波束方向（以上行DOA作为下行波束方向）可推算出信号从各个天线阵元到达用户的波程差，以及因波程差造成的信号时差，通过控制各个天线阵元上激励信号的时延，可以抵消波程差造成的时差，使得在指定的DOA方向上各路信号同相叠加，形成预期的波束。dtcΔΔ=智能天线的两种算法智能天线的两种算法智能天线的两种算法智能天线的两种算法：：：：EBB：权值的幅度和相位可以自由搜索GOB：权值的幅度恒为1，相位在满足导向矢量表约束的情况下搜索内容概要内容概要内容概要内容概要•智能天线技术简介•智能天线的新发展智能天线的新发展智能天线的新发展智能天线的新发展•智能天线广播波速权值赋形技术•智能天线在LTE的应用智能天线的改进智能天线的改进智能天线的改进智能天线的改进宽频化天线小型双极化天线电调双极化天线一体化双极化天线采用小型双极化天线可以使天线尺寸大大降低，尺寸、重量减小50%以上通过电调程控可以轻松的改变天线下倾角，无需人员登塔作业，并且还能克服智能天线波束畸变引起邻区干扰的问题RRU与天线采用盲插接口进行连接，减少了馈线根数，方便了施工与工程美化A+B+C宽频天线，可以满足未来中移TD发展及LTE建设的需求A+B+C超宽带天线超宽带天线超宽带天线超宽带天线•方案描述：–天线：采用ABC超宽带智能天线（N头）或者（BMA）–RRU：B-RRU（N头/BMA）、A-RRU（N头/BMA+合路器）、AB-RRU（N头/BMA）、C-RRU（N头/BMA+合路器）•引入方式：–早期：A频段和B频段RRU采取RRU内部合路，降低天线设计难度；–后期：采用A+B频段RRU彻底解决问题•主要优点：–天线初期即可支持ABC频段，演进全程无需更换天线，RRU也可利旧–RRU之间可采用盲插集束电缆方式，彻底解决安装接头多的问题AABCBABABCBMA接口N头AB/BC双天线双天线双天线双天线•方案描述：–天线：采用低增益AB天线（BMA）+BC天线（N）–RRU：A-RRU采用BMA接口、B-RRU采用N头•主要优点：–可以较为平滑得支持C–可保护原有B-RRU投资ABABBCABABBC过渡目标C内容概要内容概要内容概要内容概要•智能天线技术简介•智能天线的新发展•智能天线广播波速权值赋形技术智能天线广播波速权值赋形技术智能天线广播波速权值赋形技术智能天线广播波速权值赋形技术•智能天线在LTE的应用目前目前目前目前TD网络优化中遇到的问题网络优化中遇到的问题网络优化中遇到的问题网络优化中遇到的问题约70%的基站权值设置不合理，未区分单极化、双极化来设置权值、未区分天线厂家来设置天线权值，使小区覆盖形状发生了畸变，对其进行了规范化的设置。双极化权值输入到单极化天线中单极化权值输入到双极化天线中智能天线广播波束权值的统一配置和管理是非常必要的智能天线广播波束权值的统一配置和管理是非常必要的智能天线广播波束权值的统一配置和管理是非常必要的智能天线广播波束权值的统一配置和管理是非常必要的通过智能天线广播波束赋形控制覆盖范围通过智能天线广播波束赋形控制覆盖范围通过智能天线广播波束赋形控制覆盖范围通过智能天线广播波束赋形控制覆盖范围现阶段，TD-SCDMA系统业务波束进行GOB算法和EBB算法赋形；通过调整广播波束的赋形权值修正，可使得广播波束的方向图产生形变，进而获得本小区覆盖范围的变化。通过良好的控制广播波束的赋形，使得广播波束和小区实际覆盖更加的匹配，可以解决一些无线网络的覆盖问题，替代传统的人工上天面机械调整工程参数的过程。传统调整方式要达到的效果我们都可以通过控制广播波束的赋形达到同样的效果。通过智能天线广播波束赋形控制覆盖范围通过智能天线广播波束赋形控制覆盖范围通过智能天线广播波束赋形控制覆盖范围通过智能天线广播波束赋形控制覆盖范围广播波束赋形技术的覆盖优化方式举例如下：1.改变广播信道的波束宽度；2.改变广播信道波束的指向；3.改变广播信道波束的形状，根据需求形成部分特殊场景需要的覆盖形状，比如类似马鞍形的覆盖形状。技术实现方案技术实现方案技术实现方案技术实现方案通过路测通过路测通过路测通过路测（（（（后期也可以基于用户投后期也可以基于用户投后期也可以基于用户投后期也可以基于用户投诉诉诉诉），），），），采集问题小区的覆盖数据采集问题小区的覆盖数据采集问题小区的覆盖数据采集问题小区的覆盖数据分析数据分析数据分析数据分析数据，，，，找出弱覆盖找出弱覆盖找出弱覆盖找出弱覆盖、、、、覆盖盲区或覆盖盲区或覆盖盲区或覆盖盲区或导频污染区等问题区域导频污染区等问题区域导频污染区等问题区域导频污染区等问题区域确定问题区域所在小区的覆盖边界确定问题区域所在小区的覆盖边界确定问题区域所在小区的覆盖边界确定问题区域所在小区的覆盖边界和形状和形状和形状和形状，，，，形成目标覆盖形成目标覆盖形成目标覆盖形成目标覆盖基于目标覆盖生成对应的广播波束基于目标覆盖生成对应的广播波束基于目标覆盖生成对应的广播波束基于目标覆盖生成对应的广播波束赋形权值赋形权值赋形权值赋形权值通过通过通过通过OMCROMCROMCROMCR对小区天线权值进行优对小区天线权值进行优对小区天线权值进行优对小区天线权值进行优化化化化，，，，并并并并再次路测再次路测再次路测再次路测，，，，验证优化效果是否达验证优化效果是否达验证优化效果是否达验证优化效果是否达到预期的水平到预期的水平到预期的水平到预期的水平周而复始周而复始周而复始周而复始，，，，直到整个网络的指标达直到整个网络的指标达直到整个网络的指标达直到整个网络的指标达到满意的程度到满意的程度到满意的程度到满意的程度通过这种方法可以使网络的覆盖优化通过这种方法可以使网络的覆盖优化通过这种方法可以使网络的覆盖优化通过这种方法可以使网络的覆盖优化实现网络化管理实现网络化管理实现网络化管理实现网络化管理，，，，达到集中化达到集中化达到集中化达到集中化、、、、信息化信息化信息化信息化。。。。基于广播波束赋形的基于广播波束赋形的基于广播波束赋形的基于广播波束赋形的TD无线网络优化流程无线网络优化流程无线网络优化流程无线网络优化流程河北移动关于智能天线权值的设置原则河北移动关于智能天线权值的设置原则河北移动关于智能天线权值的设置原则河北移动关于智能天线权值的设置原则•智能天线权值的设置原则–对于密集城区，初期规划应采用65度的权值设置–对于开阔地带，初期规划应采用90度的权值设置–对于特殊场景的覆盖需求，应规划特殊的权值•智能天线的使用原则–一个本地网建议使用最少数目的天线型号，便于维护、优化–同一种天线型号需成片使用，避免不同型号的天线插花使用河北公司应用效果河北公司应用效果河北公司应用效果河北公司应用效果内容概要内容概要内容概要内容概要•智能天线技术简介•智能天线的新发展•智能天线广播波速权值赋形技术•智能天线在智能天线在智能天线在智能天线在LTE的应用的应用的应用的应用20LTE技术原理技术原理技术原理技术原理——多天线技术多天线技术多天线技术多天线技术•通常提到的多天线技术是指MIMO，但实际上严格的多天线技术是指以下3种主要技术类型：diversity、MIMO和beamforming。下图为各种多天线技术下的无线信道接入模式：智能天线作为多天线系统可以很好的应用于LTE21LTE技术原理技术原理技术原理技术原理——多天线的应用多天线的应用多天线的应用多天线的应用•8天线应用–8天线BF，单流；–8天线实现２×２MIMO，双流方式；•4天线应用–4天线BF，单流–4天线实现２×２MIMO，双流；•2天线应用–两天线收发分集应用；–两天线实现２×２MIMO，双流；•手机接收1、2天线配置–手机单天线配置时，下行只能实现分集发送或者下行波束赋形–手机双天线，实现上下行２×２MIMO22双极化智能天线在双极化智能天线在双极化智能天线在双极化智能天线在LTE中的应用方案中的应用方案中的应用方案中的应用方案
eNB采用双极化8天线阵列
单流
下行UE2天线接收，上行轮流发射
上行eNB8天线接收，下行采用EBB算法实现波束赋形方案一方案一方案一方案一8x28x28x28x2BeamformingBeamformingBeamformingBeamforming方案二方案二方案二方案二8x2MIMO8x2MIMO8x2MIMO8x2MIMO
同极化的4天线组成某一子阵，即Ant1~Ant4和Ant5~Ant8分别构成两个子阵
子阵内采用广播波束赋形
两个子阵间实现MIMO抗干扰能力强抗干扰能力强抗干扰能力强抗干扰能力强边缘用户速率有保障边缘用户速率有保障边缘用户速率有保障边缘用户速率有保障抗干扰能力强抗干扰能力强抗干扰能力强抗干扰能力强抗干扰能力强抗干扰能力强抗干扰能力强抗干扰能力强边缘用户速率有保障边缘用户速率有保障边缘用户速率有保障边缘用户速率有保障边缘用户速率有保障边缘用户速率有保障边缘用户速率有保障边缘用户速率有保障BF与与与与MIMO结合结合结合结合BFBF与与与与与与与与MIMOMIMO结合结合结合结合结合结合结合结合23双极化智能天线在双极化智能天线在双极化智能天线在双极化智能天线在LTE中的应用方案中的应用方案中的应用方案中的应用方案（（（（续续续续））））
双极化8天线中Ant1/Ant4/Ant5/Ant8为间距最大的交叉极化4天线
4天线实现MIMO方案三方案三方案三方案三4x2MIMO4x2MIMO4x2MIMO4x2MIMO
自适应切换准则：基于吞吐率最大原则
根据信道相关性瞬时值、信干比等信息，分别估算BF和多流MIMO传输方式下各自的瞬时吞吐量，并采用瞬时吞吐量较高的一种方式方案四方案四方案四方案四Adaptive