TD-LTE 发展中天线的创新与应用讲解

智能天线是TD-LTE及TD-SCDMA中的关键技术，其应用水平直接影响着网络质量的优劣。本文论述了智能天线在大范围组网中广播波束赋形应用和技术创新技术，使得网络质量得到很大提升；多极化天线在TD-LTE室内分布中的应用，多极化室分天线获得空间分集增加系统容量、扩大覆盖范围，其体积小、施工方便；最后分析研究得出未来移动天线发展方向，需要用好微小基站和智能天线的业务窄波束特点。

1、智能天线方面的研究成果及应用

1.1、TD双工+TD-SCDMA系统帧结构+智能天线特点

TD双工采用同频段不同时间分配给上下行工作，实现通信系统的信息收发。 TD-SCDMA系统采用图1的帧结构工作方式，即TS0时隙提供下行公共信道面对覆盖小区内的每一个终端用户，无论是正在上下行通信中还是待机状态，TS1-TS6时隙主要用来提供业务信道面对小区内正在进行上下行通信中的终端用户。公共信道和某些业务信道需要同时面对每个终端用户时可称为广播信道。 智能天线是多天线系统，目前使用最多的智能天线是阵元线阵排列板状天线+权值控制系统。智能天线的波束是其中各个阵元天线独立波束在天线结构和阵元电信号（幅值+相位）作用下电磁场矢量叠加而形成的，因而称为赋形波束。阵元线阵排列板状天线的特点之一是天线波束增益最大方向在线阵垂直正前方，此时波束最窄。在无线网络中，天线结构即其中各个阵元的相对位置是固定的，因此各个阵元上的电信号变化将改变天线赋形波束的增益和形状，如下图1所示。

图1-1智能天线工作原理与TD-SCDMA帧结构之间的关系图

TD双工+TD-SCDMA系统帧结构+智能天线特点，使我们认识到为满足TD-SCDMA系统正常工作，智能天线的赋形波束在不同时隙是不同的，广播信道要求覆盖整个小区或小区覆盖好坏决定于广播时隙对应的波束，或叫广播波束。

1.2、智能天线方面的技术创新及应用

智能天线波束赋形的权值调整，可用于网络规划及优化中，以下是研究成果：

1） 广播波束赋形技术应用于网络优化和网络规划

2） 广播波束权值调整在铁路沿线基站搬迁调整中的应用

3） 智能天线广播波束调整替代电调天线的技术

4） 用智能天线波束覆盖高层建筑的新型天线研究

5） 广播波束赋形反向确定权值的高维优化算法研究

充分利用智能天线特点，创造性地提出TD-SCDMA智能天线广播波束调整原理，调整技术框架。提出TD-SCDMA智能天线广播波束调整技术框架具体实现方法：归一化参量的权值表与天线水平面场图对应关系，和天线水平面场图与覆盖场景对应关系，进而指明将来应用的方法。TD-SCDMA智能天线广播波束调整技术应用于无线网络优化和规划，并将成果进行总结分析提升。多极化天线研究

1.3、TD-LTE系统与智能天线的关系

图3 TD-LTE及TD-SCDMA帧格式

从图3可以看出，TD-LTE的工作原理与前面说过的“TD双工+TD-SCDMA系统帧结构+智能天线特点”有许多近似之处。不同之处在于TD-SCDMA没有采用MIMO技术，天线工作在单流状态，TD-LTE天线工作在多流状态。这种多流要求每一流都能类似TD-SCDMA单流信号强度，流与流完全不相关。因而在收发都多流时可以获得流数倍的带宽提升，收发流数不一样时以流数最少一方流数倍的带宽提升，同时还能获得空间分集带来的容量增加和抗干扰性能提升以及覆盖区域的扩大。

1.4、三极化室分天线

为了更好的解决室内分布系统中存在的施工难度大，改造难度大的问题，充分利用室内多径特点，我们提出了三极化天线应用于室内分布系统中，并给出了其基本结构图，见图4；

图4 三极化天线基本结构图

其结构特点在于：三极化吸顶天线结构，包含三个相同天线振子，固定在支撑部件上的每一个天线振子辐射中心与镜像反射接地板之间的垂直距离在可调，任意两个天线振子之间相互正交，且每个天线振子极化方向与地平面构成的角度值大小相同；每一个天线振子通过同轴电缆与馈电网络板连接，馈电网络板可独立调整每一个天线振子上收发信号的幅值和相位。该天线结构的另一种形式是X轴、Y轴、Z轴分别用λ/4单极子或λ/2单极子作为振子。

针对LTE室内分布系统改造的问题，利用变频技术在单路分布系统中实现MIMO传输的全新思路，共同推出LTE室内“一线式”解决方案。

图2.2-1 三极化室内天线安装布放系统示意图

优点：三路数据流后，如果终端是三路可提高传输速率，否则仍可获得空间分集增加系统容量、扩大覆盖范围，提升用户体验，体积小、施工方便等。

2、未来移动天线需要研究的内容

2.1、未来移动天线发展方向

当前天面存在的问题：

1） 多家运营商、多种制式、多业务形态共存；

2） 目前杂散频段分配，但运营商还过于追求重站址；

3） 造成天面天线种类多杂乱；

4） 覆盖区域内流量需求极不平衡。

由前面叙述可以看出未来移动天线需要研究的主要内容或发展方向有：

1） 多频段天线，不但要求研究宽频段振子，还要研究宽频段振子组合或宽频段阵元、宽频段阵列；

2） 多极化天线；