李壽鵬, 邢小剛

（1 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司山東分公司，濟(jì)南 250001; 2 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

隨著無(wú)線GSM和TD-SCDMA基站的增加和業(yè)主對(duì)于無(wú)線基站的輻射敏感程度的提高，市區(qū)的天面選址越來(lái)越困難。中國(guó)移動(dòng)如果要建設(shè)TD-LTE系統(tǒng)，那么需要在所有的基站上加3幅天線。有些基站的天面已經(jīng)是抱桿林立，再增加3根抱桿難度較大。但是如果TD-LTE能夠與TD-SCDMA共天線的話，就無(wú)需再增加抱桿，只需更換一下原TD-SCDMA天線即可，這對(duì)于工程實(shí)施比較方便。但是兩系統(tǒng)共天線對(duì)于各自的數(shù)據(jù)傳輸性能是否有影響，系統(tǒng)間的互干擾可能性和干擾程度如何是需要我們考慮的問(wèn)題。

本文通過(guò)測(cè)試考察TD-LTE和TD-SCDMA雙系統(tǒng)在室外覆蓋情況下，使用雙頻天線對(duì)于各個(gè)系統(tǒng)的覆蓋、數(shù)據(jù)傳輸性能的影響。希望可以為T(mén)D-LTE在未來(lái)大規(guī)模部署時(shí)，在系統(tǒng)共存的規(guī)劃、建設(shè)和優(yōu)化上積累經(jīng)驗(yàn)。

本文中提到的雙頻天線是指支持TD-SCDMA和TD-LTE兩個(gè)系統(tǒng)的天線。其中TD-SCDMA使用F（1880～ 1920GHz）、A（2010～ 2025GHz）頻段，TD-LTE使用D（2570～2620GHz）頻段。

1 TD-SCDMA的智能天線技術(shù)

在TD-SCDMA系統(tǒng)中，基站使用陣列天線，在基帶處理中引入了智能天線信號(hào)處理技術(shù)。智能天線是一個(gè)天線陣列，它由多個(gè)天線單元組成，不同天線單元對(duì)信號(hào)施以不同的權(quán)值，然后相加，產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)。它使一組天線和對(duì)應(yīng)的收發(fā)信機(jī)按照一定的方式排列和激勵(lì)，利用波的干涉原理可以產(chǎn)生強(qiáng)方向性的輻射方向圖，如圖1所示。

智能天線技術(shù)主要包括以下兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是上行多用戶(hù)信號(hào)的空間濾波，即利用空間信道估計(jì)和均衡技術(shù)對(duì)同一時(shí)隙中發(fā)往基站的不同用戶(hù)的信號(hào)進(jìn)行空間濾波；二是下行賦形發(fā)送，即利用用戶(hù)信號(hào)和干擾信號(hào)的空間方位特性，對(duì)不同的用戶(hù)按照不同的賦形波束來(lái)發(fā)送下行信號(hào)。由于TDD方式所特有的上下行同頻鏈路的對(duì)稱(chēng)性，對(duì)下行鏈路的賦形參數(shù)可以從上行接收信號(hào)的信道估計(jì)結(jié)果中提取。

圖1 智能天線輻射圖

目前的TD-SCDMA工程中一般采用8陣元的雙極化天線。

2 TD-LTE的多天線技術(shù)

多天線技術(shù)是指在無(wú)線通信的發(fā)射端或接收端采用多副天線，同時(shí)結(jié)合先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一種綜合技術(shù)。TD-LTE的多天線技術(shù)包括一系列不同的技術(shù)。

2.1 分集

使用發(fā)送分集技術(shù)時(shí)，多路信道傳輸?shù)氖峭瑯拥男畔?。分集包括時(shí)間分集，空間分集和頻率分集。使用分集技術(shù)可以提高接收的可靠性和提高覆蓋，適用于需要保證可靠性或覆蓋的環(huán)境，如圖2所示。

圖2 分集示意圖

2.2 空間復(fù)用

使用空間復(fù)用技術(shù)時(shí)，多路信道同時(shí)傳輸不同信息。由于同一時(shí)刻可以傳輸兩個(gè)信息流，所以理論上成倍提高峰值速率。空間復(fù)用技術(shù)適合應(yīng)用在密集城區(qū)信號(hào)散射多的地區(qū)，不適合有直射信號(hào)的情況，如圖3所示。

圖3 空間復(fù)用示意圖

2.3 波束賦形

波束賦形技術(shù)是多路天線陣列賦形成單路信號(hào)傳輸，TD-SCDMA的智能天線技術(shù)在下行數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)也用到波束賦形。在TD-SCDMA的智能天線中已經(jīng)講過(guò)，它通過(guò)對(duì)信道的準(zhǔn)確估計(jì)，針對(duì)用戶(hù)形成波束，降低用戶(hù)間干擾，可以提高覆蓋能力，同時(shí)降低小區(qū)內(nèi)干擾，提升系統(tǒng)吞吐量，如圖4所示。

圖4 波束賦形示意圖

在多天線技術(shù)的應(yīng)用中，不同天線單元對(duì)應(yīng)的衰落信道間的相關(guān)性具有關(guān)鍵性的影響。通常，多天線信道強(qiáng)相關(guān)條件適于采用波束賦形或空分多址技術(shù)；多天線信道弱相關(guān)條件下適于采用分級(jí)或空分復(fù)用技術(shù)。而在實(shí)際移動(dòng)通信的復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境中，還可以采用多種技術(shù)結(jié)合的多天線增強(qiáng)技術(shù)或多種技術(shù)切換的自適應(yīng)技術(shù)。

目前TD-LTE系統(tǒng)所使用的天線也是8陣元的雙極化天線。

3 TD-LTE與TD-SCDMA共天線研究

既然TD-SCDMA與TD-LTE都是使用的8陣元的智能天線，那么，能否把天線做成寬頻，然后將TD-SCDMA和TD-LTE的信號(hào)合路后經(jīng)過(guò)同一個(gè)天線發(fā)送信號(hào)。如果可行，必將會(huì)大大降低天面的施工和協(xié)調(diào)難度。無(wú)需在天面增加天線數(shù)量，只需要把原來(lái)的TD-SCDMA天線更換成同時(shí)支持TD-SCDMA和TD-LTE的寬頻天線。從外觀上來(lái)看天面變化不大。

兩個(gè)系統(tǒng)合路使用同一天線是否可行，我們通過(guò)兩個(gè)測(cè)試來(lái)驗(yàn)證。一是覆蓋測(cè)試，主要驗(yàn)證使用雙頻天線合路雙系統(tǒng)后對(duì)于各個(gè)系統(tǒng)覆蓋的影響。二是峰值吞吐量測(cè)試，主要驗(yàn)證使用雙頻天線合路雙系統(tǒng)后對(duì)于各個(gè)系統(tǒng)下終端的吞吐量的影響。

由于TD-LTE的功能和性能測(cè)試尚未完成，結(jié)果還未公布。所以，本測(cè)試所取的測(cè)試值僅作為對(duì)比使用，不能體現(xiàn)真實(shí)的數(shù)據(jù)。

3.1 TD-LTE與TD-SCDMA共天線覆蓋測(cè)試

測(cè)試選取某一基站的一個(gè)小區(qū)，先后采用TDSCDMA單頻天線和TD-SCDMA/TD-LTE雙頻天線進(jìn)行測(cè)試。雙頻天線（FAD）測(cè)試時(shí)，使用合路器將TD-SCDMA系統(tǒng)和TD-LTE系統(tǒng)的跳線（各9條）經(jīng)過(guò)合路器合路后，經(jīng)同一天線發(fā)射。本次測(cè)試覆蓋距離取得是RSRP值為-95dBm時(shí)的地點(diǎn)。合路器帶外抑制為80dB，在FA頻段的插損小于0.4dB，在D頻段的插損小于0.6dB。

（1） TD-SCDMA單頻天線覆蓋。本測(cè)試使用一般的TD-SCDMA雙極化天線，進(jìn)行路測(cè)得出覆蓋圖。意在與雙頻天線的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比；

（2） 使用雙頻天線，只開(kāi)通TD-SCDMA系統(tǒng)，對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)的覆蓋進(jìn)行測(cè)試。與使用原TDSCDMA天線相比，增加了合路器的插損。本測(cè)試主要驗(yàn)證合路器以及雙頻TD-SCDMA/TD-LTE雙頻天線對(duì)于TD-SCDMA覆蓋范圍的影響；

（3） 同時(shí)開(kāi)通兩個(gè)系統(tǒng)，對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)的覆蓋進(jìn)行測(cè)試。與沒(méi)有開(kāi)通TD-LTE系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行對(duì)比。測(cè)試系統(tǒng)間干擾對(duì)TD-SCDMA覆蓋的影響。

注：由于TD-LTE測(cè)試終端和軟件的限制，這里只列出TD-SCDMA在手機(jī)Idle狀態(tài)下的覆蓋圖。

圖5 覆蓋距離對(duì)比圖

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)于TD-SCDMA系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，單頻天線的覆蓋范圍與使用雙頻天線時(shí)基本一致。同時(shí)開(kāi)啟TD-SCDMA和TD-LTE信號(hào)，TDSCDMA信號(hào)的覆蓋范圍受到影響，會(huì)有一定的縮小(如圖5所示)。

3.2 峰值吞吐量測(cè)試

本測(cè)試意在考察使用雙頻天線和開(kāi)通雙系統(tǒng)時(shí)對(duì)于峰值吞吐量的影響。我們根據(jù)信號(hào)質(zhì)量的好壞選取近中遠(yuǎn)3個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行以下測(cè)試。

（1） 使用TD-SCDMA單頻天線測(cè)試TD-SCDMA峰值吞吐量；

（2） 使用TD-SCDMA/TD-LTE雙頻天線，但是只開(kāi)通TD-SCDMA系統(tǒng)，測(cè)試TD-SCDMA峰值吞吐量；

（3） 使用TD-SCDMA/TD-LTE雙頻天線，但是只開(kāi)通TD-LTE系統(tǒng)，測(cè)試TD-LTE峰值吞吐量；

（4） 使用TD-SCDMA/TD-LTE雙頻天線，開(kāi)通雙系統(tǒng)，測(cè)試TD-SCDMA峰值吞吐量；

（5） 使用TD-SCDMA/TD-LTE雙頻天線，開(kāi)通雙系統(tǒng)，測(cè)試TD-LTE峰值吞吐量。

測(cè)試數(shù)據(jù)（僅供對(duì)比使用）如表1所示。

從數(shù)據(jù)分析可以看出，TD-SCDMA與TD-LTE系統(tǒng)合路的工作狀態(tài)對(duì)確定的測(cè)試點(diǎn)的吞吐量有影響，但是影響不大。單系統(tǒng)工作的時(shí)候好于多系統(tǒng)同時(shí)工作。

本次測(cè)試由于受TD-LTE終端限制，只涉及到定點(diǎn)吞吐量，并且沒(méi)有完成TD-LTE的覆蓋圖。在測(cè)試終端軟件完善后需要做更全面的測(cè)試，以便更詳細(xì)準(zhǔn)確的了解雙頻天線的特性及對(duì)系統(tǒng)間的影響。

表1 速率對(duì)比表

4 結(jié)束語(yǔ)

從本次測(cè)試可以看出，無(wú)論是TD-SCDMA還是TD-LTE系統(tǒng)，使用雙頻天線共天線并同時(shí)開(kāi)啟雙系統(tǒng)工作時(shí)，覆蓋范圍都會(huì)受到影響，但是影響不大。因而建議在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)部署中，考慮到工程實(shí)施和覆蓋效果，可以采用雙頻天線的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。同時(shí)考慮到如果TD-SCDMA和TD-LTE使用不同的天線時(shí)，需要靠空間的隔離（保持一定的天線間距）來(lái)實(shí)現(xiàn)雙系統(tǒng)的隔離。而共用天線時(shí)兩系統(tǒng)的隔離可以通過(guò)合路器來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于合路器對(duì)于系統(tǒng)間隔離度的指標(biāo)為大于等于80dB，所以相對(duì)于TD-SCDMA/TD-LTE使用不同的天線而言，共天線在系統(tǒng)隔離度上可以做的更好。

因?yàn)槟壳癟D-LTE規(guī)模實(shí)驗(yàn)網(wǎng)測(cè)試正在進(jìn)行中，所以對(duì)于TD-LTE的測(cè)試并不完善，還需要進(jìn)一步的驗(yàn)證。

由于TD-SCDMA和TD-LTE使用頻段不同。TD-SCDMA使用F和A頻段，TD-LTE使用D頻段。所以TD-SCDMA和TD-LTE的波長(zhǎng)是不一樣的。8陣元的雙極化天線陣元之間的間距不可能同時(shí)滿(mǎn)足TDSCDMA和TD-LTE頻段都是0.5λ，所以在制作天線的時(shí)候只能做折中。目前天線使用的間隔在TD-LTE頻段都是0.7λ，與使用0.5λ間距對(duì)于TD-LTE的覆蓋影響還需要進(jìn)一步的研究。

[1] 王映民, 孫韶輝等編著. TD-LTE技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京：人民郵電出版社，2010.