作者：何华勇 劳松均 吴烨宇 广东省电信规划设计院有限公司

【摘要】 多天线系统作为一项前沿的空间分集技术，通过波束赋形以及映射算法在多天线产生不相关性，向多个终端并行发射数据流，或从多个终端并行接收数据流，从而在空间上提高系统容量，目前3GPP和3GPP2都各自提出了针对多天线的信道模型。本文将对多天线技术的原理和传输模式做简要介绍，并对TD-LTE的多天线解决方案做进一步的阐述及探讨。 
【关键词】 TD-LTE 多天线技术 解决方案 
一、多天线技术的概述 
多天线是在密集多径散射环境中，通过在发射机和（或）接收机侧部署多根天线的技术，如图1给出了四种基本的无线信号发射-接收模型。 


图中包含SISO、MISO 、SIMO以及MIMO，后三种是通常所称的多天线技术。根据多天线技术实现方法的不同，一般可以分为三类：空间分集、空间复用和波束赋形。 


二、TD-LTE支持的多天线传输模式 
在如表1里面，列出了TD-LTE支持的多天线传输模式。 


原则上，3GPP对天线数目与所采用的传输模式没有特别的搭配要求，但在实际应用中，移动台的速度、空间传播条件、硬件配置和业务服务类型等因素会影响系统对传输模式的选择。一般情况下，单天线系统常用模式为TM1，2天线系统常用模式为TM2和TM3，而8天线系统常用模式为TM7和TM8。 


三、多天线的演进方案 
多天线产品主要涵盖两个部分：主设备和天线系统。从主设备设计角度来看，主要体现在3个方面：（1）多通道架构的设计。可借鉴和采用在TD-SCDMA产品中多通道RRU的设计思路，在收发通道，射频设计方面的思路基本上是一致的。（2）大容量Ir接口的设计。相对于TD-SCDMA8通道RRU同BBU之间的Ir接口来看，由于LTE系统容量更大，基带信息远高于TD-SCDMA系统，对于Ir的设计既要考虑到容量问题也要考虑到接口协议的通用性和兼容性。（3）波束赋形技术（BF）引入LTE需要新增相应算法及硬件处理能力，除了3GPP标准目前已经支持的单流BF以外，还需要考虑未来多流BF算法的支持等。 


四、TD-LTE多天线解决方案 
4.1 室外站 
根据室外站技术发展情况， TD-LTE技术中的室外站2、8天线都可以自行独立实现组网的功能。 TD-LTE中的2天线是为了获得分集以及复用的增益，8天线是为了综合获得3种不同增益，包括：赋形增益、分集/复用的增益，在波束赋形中提高覆盖的能力；另一方面，该技术降低小区内部或者小区之间的干扰，实现提升系统吞吐量。调查分析，在8天线通道上容量增益非常的明显，下行的8通道中平均吞吐量增益116%，双流增益能够到达130%，边缘的吞吐量在单流还是在双流中都能够达到150%左右在同一个传输速率下，TD-LTE天线覆盖的范围是2天线两倍，相似于TD-SCDMA的覆盖半径，相同覆盖半径中，TD-LTE中天线8产生的边缘速率是天线2产生的2倍。 
通过分析，2/8天线优点如下：（1）天线8在容量以及覆盖范围上面具有优势，站与站的距离相同下，提升网络的容量；但是，在相同的边缘用户速率中，天线8的使用减少站址建设的需求，达到节省了对网络建设的投资。（2）在施工难度上，天线8的施工难度大于天线2的难度，参考TD-SCDMA和TD-LTE试验网建设经验，可以明确，大部分站址的建设具备天线8施工条件。（3）容量跟覆盖范围的性能上天线8具有优势，它减少了站址需求，中国移动具备丰富的天线8建设经验，建议多采用天线8建设。 
4.2 室内站 
TD-LTE室内站建设分为单路建设和双路建设两种模式。所谓的单路模式主要是是通过合路器，把TD-LTE的系统加入到现有的单路室内分布系统，双路模式是指在把TD-LTE系统加入到室内分布的系统中，还建立了一路新的通道，通过两个通道实现MIMD双流。通过分析，双路系统的性能是单路系统的1.6倍，性能上明显得到提高。 
即使双路系统在MIMD上实现了上下行容量的增益，但双路系统的改造难度大，双路系统建设投资是单路2倍，工程实际中必须考虑物业对业务需求、改造难度等各种因素，综合选择适当的比例来建设新的站址、对新的场景进行双路室内系统进行改造。 
室分MIMD使用了2路单极天线，以及1路的双极天线进行部署，对场景封闭的时候，双极天线在性能上低于单极化天线。但是，在场景的开阔上，单极化天线或者双极化天线都能够满足MIMD应用需求。通过分析，得出了室内天线具有的特点有：（1）在组成MIMD线阵上采用了两个10λ间距的单极化天线，例如在安装空间受限的双天线，间距不低于4λ。（2）在支持MIMD双路系统要求中，2个单极化天线功率只差必须控制在5dB之内。（3）双极化天线降低了双路室内分布系统施工难度，在改善中具有局限性。（4）在场景的封闭中，双极化天线在性能上不如单极化天线，但是在安装条件具备下，还是优先采用单极化天线。（5）在开阔场景中，单极化天线和双极化天线都能满足MIMD应用，可根据工程安装需求选择安装。 
 

五、结束语 
多天线技术是LTE的关键技术之一，如何在现网建设中实现多天线方案是LTE网络成功建设的重要因素。本文以多天线的技术理论研究为基础，研究TD-LTE 传输特性，并结合多天线外场测试的结果，给出了工程实际中的室内及室外场景的多天线解决方案。