簡介

有關多天線概念，在業內很早就有所研究。但是真正取得進展，應用到通信系統中則是在近些年，伴隨著相關元器件的高速發展，在3G系統中被廣泛開始應用，像MIMO，波束賦型等。本文主要是對近期TD-LTE試驗網中所用到的波束賦型, 空分復用和天線分集這幾種技術, 從其特點, 性能容量, 和覆蓋等方面進行分析比較。

各種多天線技術簡單描述及優點

多天線技術是一種統稱，可根據不同的實現方式分為天線分集，波束賦型和空分復用。

天線分集是指利用多天線間較低的無線信道的相關性，提供額外的（發射或接收）分集來對抗無線信道的衰落，按天線類型可有空間分集，或極化分集。

波束賦型（Beamforming）是指利用發射端或接受段的多根天線，以一定的方式形成一個特定波束，使目標方向上天線增益最大以及抑制/降低干擾。

空分復用（MIMO）是指在一定的高SINR環境中，利用無線信道特性，在空口創建多條并行信道，從而使空口的傳輸速率大大提高。

以上多天線技術給網絡帶來的效果大致分為：

 更好的覆蓋效果

通過天線分集或波束賦型可以提高接收端的SINR從而增強鏈路儲備，同時也可視為同樣的距離的條件下對速率的改進

更高的速率

用空分復用實現更高的小區吞吐率及峰值速率，它的效果在較高載干比的無線環境中對數據速率的提高非常明顯。

在實際應用中空分復用往往與分集相結合使用，如在低SINR環境時，系統會從空分復用轉為天線分集。

多天線性能容量分析

針對以上各種多天線技術的特點，目前TD-LTE組網時主要考慮兩種配置，8天線波束賦型（單流,雙流波束賦型），和2天線 MIMO。

對于上面兩種配置，各廠家已有許多仿真結果，基本結果大致類似。以下是愛立信的仿真結果：

下行鏈路

8X2單流波束賦型在小區邊緣的覆蓋效果好于2X2 MIMO，但小區平均吞吐速率要低于2X2 MIMO場景。

對于8X2雙流波束賦型而言，同樣，邊界速率要好于2X2 天線MIMO；對于小區平均速率，在低負荷條件下（即LTE網絡初期部署時期），2X2 MIMO場景的小區平均吞吐速率與8X2雙流波束賦型的效果接近。在高負荷條件下，對比2X2 MIMO場景，8X2雙流波束賦型的小區平均吞吐速率會有一定幅度改善。

上行鏈路

8天線上行接收要明顯優于2天線的場景，從小區邊界速率到小區容量都要好于2天線MIMO

從目前現場路測的單流波束賦型和雙流MIMO測試數據看,結果也和上述仿真結果基本一致,在小區邊界下行速率單流波束賦型要好;小區路測得出的下行平均速率雙流MIMO要好。

覆蓋能力分析

由于LTE主要針對數據業務，通常在計算LTE覆蓋時，往往以一定的邊界速率為覆蓋目標。依此為設計依據時，網絡中通常是上行業務信道為受限信道。如: TD –LTE網絡設定上行邊界覆蓋目標為200kbps時。

然而，實際網絡中，從終端最終是否出服務區來判定，決定小區的覆蓋半徑并非上行業務信道的速率。在多數情況下，在判決是否能駐留在LTE網絡，或判決是否應該做異系統切換時，以UE接收到的RSRP（或RSRQ）為判決條件。PDCCH公共信道以及與之對應的RSRP(干擾受限時需參考RSRQ)通常成為受限因素。此時，上行業務信道的速率可維持在40kbps左右。

根據以上兩種思路，８天線和２天線覆蓋能力分析的結果是不同的。當考慮上行速率要求，以上行業務信道為受限因素時，８天線在上行的鏈路儲備要優于２天線，這種前提下，８天線基站的覆蓋要好于２天線。

當考慮覆蓋范圍最終以終端出ＬＴＥ服務區為判決依據時，8天線的覆蓋范圍不強于2天線，原因是８天線在公共信道賦型時沒有業務信道的賦型增益，而且根據某天線廠家提供的廣播信道的賦形權值，可以看到廣播信道的發射功率沒有達到全部的可用功率。這樣, 8天線下行公共信道的覆蓋性能和2天線覆蓋性能基本相當。

下圖是用SCANNER從相同環境中測得的結果,其中2天線的天線增益為17dBi, 8天線的天線增益為15dBi. 從中可看出: 2天線系統中的RSRP覆蓋效果與8天線的覆蓋相比主瓣方向略強, 但基本相當. 如下圖:

上述測試中使用的基站天線為常見的型號。目前市場上在同樣物理尺寸的條件下,8天線的增益要小于2天線2-3dB左右。因而，在部署網絡中，如果天線高度要求一定，8天線和２天線下行公共信道的覆蓋效果基本是相當的。

所以，在網絡中根據實際系統中的判決機制，覆蓋取決于公共信道的有效輻射功率，8天線的覆蓋距離與2天線基本相當。而如果，以一定的速率為準考察覆蓋能力，則8天線要好于2天線。

應用場景

綜合來看，室外部署8天線和2天線各有優勢. 利用各自的特點, 他們的部署場景可以互相補充。在城區和密集城區，站間距較小（大約200到500米左右），下行公共信道通常是受限因素，考慮到上述２／８天線的覆蓋特點對比及共址時安裝條件要求較高，在這類場景下，建議選擇兩天線.　8天線的優勢是可以通過波束賦型在業務功率受限場景，提高網絡邊界下行的性能，以及總的上行性能，所以在安裝條件允許的情況下，也可選擇８天線。
國際商用情況及未來的演進

目前來看，已經部署LTE的運營商選擇2天線MIMO 技術的占主要部分，原因是其側重點主要在技術的成熟程度和提高下行峰值速率上。而且，在天線安裝，抗風能力等方面2天線也較有明顯優勢。8天線波束賦型雖然在邊緣速率等方面有明顯改善，但8天線的安裝實施要求較高，效果還受制于天線的校準，天線系統隨時間的惡化程度等影響，所以目前商用LTE網絡中應用不多。

另外，整體基站的費用也是其考慮的一個重點因素。8天線的多通道RRU與天線，以及安裝要求等都會增加基站的初期投入；在運維方面，同樣8天線基站的運維費用也高于2天線。

在未來演進方面，2天線會向4天線接收及4流MIMO方向演進。目前已有運營商開始考慮先從4X2MIMO部署開始。而目前的8天線單流波束賦型會升級為8天線雙流波束賦型。