TD-LTE組網(wǎng)8天線不可或缺

本刊記者 | 魯義軒

TD-LTE組網(wǎng)8天線不可或缺

本刊記者 | 魯義軒

隨著移動寬帶的快速發(fā)展，天線對網(wǎng)絡(luò)性能乃至用戶體驗的影響越來越大。如何在部署TD-LTE網(wǎng)絡(luò)時選擇最適合的天線，以保障最佳網(wǎng)絡(luò)性能，進而保證用戶體驗，已經(jīng)成為運營商日益關(guān)注的問題。

多天線技術(shù)（MIMO）是LTE系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，能夠在不增加頻譜帶寬和天線發(fā)射功率的情況下，大幅提高信道容量、頻譜利用率和數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量。試驗驗證，對于TD-LTE，8天線相比2天線、4天線更能夠充分發(fā)揮TDD的性能優(yōu)勢，發(fā)揮空間復(fù)用和干擾抑制的優(yōu)勢，進一步提升TD-LTE小區(qū)的吞吐量，同時8天線接收也會增強上行的業(yè)務(wù)速率。

一、頻譜危機下的8天線優(yōu)勢

在頻譜資源日益緊張的今天，全球移動互聯(lián)網(wǎng)進入爆炸式增長階段。面對爆炸性增長的無線數(shù)據(jù)寬帶需求，如何利用現(xiàn)有的TDD頻譜資源，實現(xiàn)LTE產(chǎn)業(yè)規(guī)模效益最大化，已成為全球LTE產(chǎn)業(yè)的重要課題。TDLTE 8天線的技術(shù)特性使之成為緩解頻譜資源壓力、顯著改善頻譜利用率的有效方法之一。

以密集市區(qū)場景為例，子幀配置為2D2U，特殊子幀配置為10:2:2時，不同天線形態(tài)的小區(qū)平均速率和小區(qū)邊緣用戶速率的仿真對比如圖1所示。

對于上行鏈路的性能，8天線相比于2天線和4天線有更大的接收分集增益。

對于下行鏈路的性能，小間距8天線相比4天線的空間自由度更大，能夠形成更窄、指向性更強的波束，提高有用信號，有效降低干擾，相比小間距4天線有更大的賦形增益。

從上述數(shù)據(jù)可以看出，天線數(shù)越多，頻譜效率越高，8天線能夠顯著提升上下行速率。

二、8天線應(yīng)對上行業(yè)務(wù)帶寬需求

隨著用戶業(yè)務(wù)的發(fā)展，微信、視頻電話等新業(yè)務(wù)導(dǎo)致上行業(yè)務(wù)的比重日益增加。在LTE系統(tǒng)中，由于UE在發(fā)送功率上顯著低于基站側(cè)，根據(jù)鏈路預(yù)算，上行業(yè)務(wù)信道相比下行業(yè)務(wù)信道更受限。同時，由于終端上行只有1根天線發(fā)送，對于接收側(cè)來說，采用多天線將能夠利用空間自由度獲得更大的處理增益，因此8天線能夠使其增益達到最優(yōu)。

同時，8天線具有良好的干擾消除功能，通過IRC（干擾抑制合并）算法，能夠有效提高小區(qū)上行平均吞吐量。經(jīng)現(xiàn)網(wǎng)充分驗證，在上行存在鄰小區(qū)終端加載時，8天線開啟干擾抑制算法能夠提高70%的總吞吐量，相對4天線不足30%的提升量，具有明顯優(yōu)勢。此外，8天線在上行引入MU-MIMO能夠更充分發(fā)揮空間自由度大的優(yōu)勢，極大提升上行性能。

圖1 不同天線形態(tài)的小區(qū)速率對比

圖2 8天線有利于對稱業(yè)務(wù)

三、針對對稱業(yè)務(wù)8天線性能更具優(yōu)勢

基于IMS的VoLTE話音方案是LTE網(wǎng)絡(luò)支持語音業(yè)務(wù)的重要演進路徑，VoLTE能夠提供高質(zhì)量的音視頻業(yè)務(wù)體驗，將成為全球主流的語音方案。

由于語音業(yè)務(wù)是對稱業(yè)務(wù)，而LTE受限于上行，因此語音業(yè)務(wù)的容量將取決于上行。TD-LTE下行能力超過上行，通過使用8天線，在上行具有天然的分集增益，保證上行覆蓋不受限，從而有效提升上行能力，可更好地匹配下行業(yè)務(wù)，如圖2所示。

TD-LTE基站側(cè)采用8天線形態(tài)，能夠有效解決TD-LTE系統(tǒng)上行受限的問題，滿足語音類業(yè)務(wù)包的時延抖動要求，并大幅提高語音業(yè)務(wù)的承載用戶數(shù)，全面保障LTE后續(xù)全面接管2G、3G的語音和分組業(yè)務(wù)的無線網(wǎng)演進路線，降低運營商管理和運維多制式網(wǎng)絡(luò)的投入成本。

表1 8天線與4天線的工程量對比

四、工程部署8天線與4天線建設(shè)難度相當(dāng)

通過對比8天線與4天線的主要參數(shù)，可以得出，8天線與4天線在重量和體積上幾乎相當(dāng)。如表1。

同時，對于2.6G單頻段的8天線在體積和重量上還要更小。由于TD-LTE（2.6GHz)頻率較高，天線半波陣子的尺寸只有800MHz的1/3左右，通過采用雙極化天線，8通道天線尺寸也較垂直極化時顯著減小。

目前，8天線已經(jīng)成功應(yīng)用于中國移動的TD-SCDMA現(xiàn)網(wǎng)和TD-LTE擴大規(guī)模試驗網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過多年的組網(wǎng)實踐和優(yōu)化，開發(fā)了包括集束線纜等工程實施新方法，在工程可實施性和故障率上均已滿足商用需求。

綜上所述，室外基站建設(shè)采用8天線相比采用4天線整體更具優(yōu)勢。在城區(qū)及密集城區(qū)等典型LTE覆蓋場景中，針對不同場景，可對2、8天線進行靈活部署，互相補充。對于站間距大、可新建天面的情況建議采用8天線建設(shè)；對于站間距大但天面緊張的情況，建議補站，根據(jù)補站后的情況，采用8天線或2天線建設(shè)；對于站間距較近（比如300米以內(nèi)），且天面建設(shè)困難的情況，建議采用2天線，并與現(xiàn)網(wǎng)2G或3G天線采用雙頻天線的建設(shè)方案。

相比于LTE傳統(tǒng)4天線技術(shù)，8天線在容量和覆蓋能力上都有明顯的性能增益，同時考慮到站點方案、運維復(fù)雜度、以及CAPEX/OPEX等因素，全球最大的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)目前正在采用8天線方案廣泛部署。