智能天线在TD-SCDMA中的应用

在第三代移动通信系统中，我国TD-SCDMA系统是应用智能天线技术的典型范例。 

    智能天线良好的抗多用户干扰性能使其成为TD-SCDMA系统关键技术之一，它对网络性能有着重要影响。

　　对网络规划的影响

　　智能天线利用到达天线阵的信号之间的完全相关性形成天线方向图。到达天线阵的信号的DOA信息在智能天线技术中非常重要，根据基站接收信号的DOA信息，实时调整天线的方向图，使天线主波束对准用户信号的到达方向，旁瓣和零陷对准干扰信号的到达方向。然而角度扩展将会影响到智能天线对DOA信息的识别，角度扩展越严重智能天线越难以形成有效的方向图，从而不能发挥其应有作用。

　　基站天线通常位于非常高的塔或山顶，高于一般建筑物或其他结构，可以提供视距传输。在这种环境中，基站处的多径分量限制在一个很小的角度区域内，即角度扩展很小，天线对网络的增益最大。在密集的城市地区，无论是基站附近，还是移动台周围都会有很多建筑物或障碍物，通常不存在视距传输。发射信号通过多条路径到达接收机，角度扩展很严重。

　　可见，智能天线在实际网络影响，与具体传播环境相关。智能天线在角度扩展不大的场合可利用接收信号之间的相关性自适应地形成波束，在有限方向上接收信号，减少了CDMA系统接收到的干扰和多径信号，从而抑制了MAI和ISI，对载干比贡献较大。而不适合角度扩展较大的场合，如城市高楼密集的环境下很难发挥其功效。

　　另外，智能天线功效具体实现与用户的位置有关，而且智能天线的应用和其他关键技术相关，如动态信道分配等，所以在用户仿真时必须考虑智能天线在仿真中的方向图。

　　覆盖预测

　　由于在覆盖预测和仿真计算中，我们侧重点应有所不同。覆盖预测的目的是评估现有基站所能达到的覆盖能力，相对是个静态的结果。另外，由于TD-SCDMA系统相对于WCDMA系统呼吸效应较小，覆盖和容量可分别考虑，所以在覆盖预测时，无须考虑用户的具体行为，也就是无须动态的智能天线的各个方向图。关键是将智能天线对网络载干比的增益加入计算。

　　不管是用哪一种模式来预测无线覆盖范围，只是基于理论和测试结果统计的近似计算，由于实际地理环境千差万别，很难用一种数学模型来精确地描述，特别是城区街道中各种密集的、下规则的建筑物反射、绕射及阻挡，给数学模型预测带来很大困难。由于移动环境的复杂性和多变性，要对接受信号中值进行准确计算是相当困难的。

　　从之前的问题分析中我们看到无线环境的智能天线的影响可以归结到角度扩展上，因此我们可在大量测试的基础上，经过对数据的分析与统计处理，找出各种地形地物下的角度扩展及其对天线增益的影响，给出的各种图表建立数据库，从而实现中将智能天线考虑在覆盖预测中。

　　由于覆盖预测中不需要考虑具体的用户行为，所以这里运用了这种宏观的手段来预测智能天线对覆盖的影响。

　　在具体规划中，一般可将地理环境划分为下列三类典型区域：高楼林立的城市中心繁华区；以一般性建筑物为主的近郊小城镇区；以山丘、湖泊、平原为主的农村及远郊区。

　　对不同的区域设定不同角度扩展的参数，查询数据库中的对应增益数据，这样就将智能天线增益在覆盖预测中实现。当然这些具体统计处理和数据库将影响到工具的可靠性，因此在具体使用中应提供给规划工程师调整途径，这样就能保证规划工具较好地实现智能天线对网络的影响，又节省了时间开发新的数据模型，从而能用较简单的方法进行预测。

　　仿真计算

　　网络规划时应对用户分布做好正确预测，合理布局基站。但应注意到，当用户密度过大时，智能天线则不能很好地区分用户，不能有效发挥其作用，规划时须加以考虑。所以我们必须进行仿真计算，不仅智能天线的功效发挥与用户的具体位置行为有关，更重要的是它还与TD-SCDMA系统其他关键技术息息相关。那么，我们能否继续使用通过角度扩展考虑天线的增益呢？显然不合适，因为在覆盖预测中只是大致考虑在不同地貌环境中智能天线的不同增益。

　　而这里更多的关注用户行为对智能天线的影响，从而预测网络的性能，所以规划工具所要完成的是在MonteCarlo仿真结果上应用智能天线的特性，并结合其结果进行其他关键技术的预测，如动态信道分配。一般来说自适应天线对网络更有效，但切换波束天线容易实现。

　　前面提到了，智能天线包括自适应天线和切换波束天线。切换波束具有有限数目的、固定的、预定义的方向图，其天线系统可形成多个固定的波束，在特定的方向上提高灵敏度。它从几个预定义的、固定波束中选择其一，检测信号强度，当移动台越过扇区时，从一个波束切换到另一个波束。自适应天线具有无限数目的、随时间调整的方向图，该技术是目前最先进的智能天线方法，它采用多种较新的信号处理算法，可以有效地跟踪、锁定各种类型的信号，动态抑制其干扰到最小，而所希望的信号最大。

　　切换波束和自适应天线这两种系统都力图根据用户的位置来提高增益，但是只有自适应天线系统能提供优化增益。一般而言最佳的规划工具应兼备处理这两种天线的功能。由于自适应天线算法复杂，从实际的角度出发，建议通过切换波束的实现来考察智能天线对网络的影响。原因是，各厂家的自适应算法不同，如果厂家提供给规划软件开发的话，那就另当别论。另外我们可以利用切换波束较简便的思路和方法，对于规划工具来说建模更为重要，我们的目的是尽可能的逼近实际。所以通过建立与实际智能天线最为相近的切换波束天线数据库，也就是给出每种智能天线在一定范围内不同方向上的智能天线的方向图(一般按相同角度间隔给出，如下图)。在仿真中，规划软件将在给不同方向的用户应用对应的天线方向图。

　　所以仿真计算中的关键是切换波束的天线数据库，越精确的数据库越能逼近天线对网络的影响。一般我们可以通过天线厂家得到，并在实际应用中将其调整，不断使规划仿真更为有效。

　　上海贝尔阿尔卡特多年来致力于推动TD-SCDMA的产业链发展及加速商业化进程，已经在产业化所取得的重大突破，同时在TD-SCDMA系统网络规划方面，进行了充分的准备，为了更有效地应用规划软件，网络规划工具已经充分地考虑了TD-SCDMA系统采用智能天线等关键技术，完全有能力做好网络规划并获得准确的规划结果，为中国人自己的3G标准贡献力量。