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(jìn)一步提升TD-LTE小區(qū)的吞吐量,同時8天線接收也會增強(qiáng)上行的業(yè)務(wù)速率。
一、頻譜危機(jī)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(jìn)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。TD-LTE 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(qiáng)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(dá)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。
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(jìn)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(jìn)路線,降低運營商管理和運維多制式網(wǎng)絡(luò)的投入成本。
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(kuò)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(jìn)行靈活部署,互相補(bǔ)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(bǔ)站,根據(jù)補(bǔ)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。
作者:魯義軒 來源:通信世界周刊