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性能提升:TD-LTE 8天線雙流波束賦形技術

本著支持從TD-SCDMA向TD-LTE平滑演進的理念,實現低成本且快速網絡升級的目標,大唐移動提出了TD-LTE 8天線雙流波束賦形技術,用以進行TD-LTE的室外宏小區覆蓋。

解決方案

雙流波束賦形技術應用于信號散射體比較充分的條件下,是智能天線波束賦形技術(即單流波束賦形技術)和MIMO空間復用技術的有效結合,在TD-LTE系統中,利用TDD信道的對稱性,同時傳輸兩個賦形數據流來實現空間復用,并且能夠保持傳統單流波束賦形技術廣覆蓋、提高小區容量和減少干擾的特性,既可以提高邊緣用戶的可靠性,同時可有效提升小區中心用戶的吞吐量。

根據調度用戶的情況不同,雙流波束賦形技術可以分為單用戶雙流波束賦形技術和多用戶雙流波束賦形技術。

單用戶雙流波束賦形技術,由基站測量上行信道,得到上行信道狀態信息后,基站根據上行信道信息計算兩個賦形矢量,利用該賦形矢量對要發射的兩個數據流進行下行賦形。采用單用戶雙流波束賦形技術,使得單個用戶在某一時刻可以進行兩個數據流傳輸,同時獲得賦形增益和空間復用增益,可以獲得比單流波束賦形技術更大的傳輸速率,進而提高系統容量。

多用戶雙流波束賦形技術,基站根據上行信道信息或者UE反饋的結果進行多用戶匹配,多用戶匹配完成后,按照一定的準則生成波束賦形矢量,利用得到的波束賦形矢量為每一個UE、每一個流進行賦形。多用戶雙流波束賦形技術,利用了智能天線的波束定向原理,實現多用戶的空分多址。

解決方案性能分析及驗證

1. 系統吞吐量提升,構建高品質TD-LTE網絡

雙流波束賦形技術可以有效的提高TD-LTE系統的吞吐量性能。相比于TD-LTE的基本天線配置方式 2×2 MIMO,采用8×2雙流波束賦形技術在扇區吞吐量和邊緣吞吐量都有較大提升。根據ITU的評估結果可知,8天線雙流波束賦形相比于2天線MIMO扇區吞吐量最大提升約80%,邊緣吞吐量最大提升約130%。

由TD-LTE覆蓋理論分析可知,TD-LTE 2天線的覆蓋能力受限于上行業務信道。根據仿真評估,以上行業務信道邊緣速率64Kbps為前提,TD-LTE 8天線的小區覆蓋半徑約為TD-LTE 2天線的2倍。相比于TD-LTE 2天線的網絡建設,8天線的使用有效降低了TD-LTE站點數量,降低了TD-LTE建網CAPEX。

2. 小區半徑提升,降低建網CAPEX投入

TD-LTE采用8天線的覆蓋半徑與TD-SCDMA覆蓋半徑相當,可以實現與TD-SCDMA共覆蓋、共站址。在TD-SCDMA向TD-LTE平滑演進的過程中,現有的站址、天饋系統等資源都可以復用,進一步降低TD-LTE建網CAPEX。

根據TD-SCDMA網絡建設經驗可知,實際建網時的單站覆蓋半徑可能只有500米甚至更小。以TD-SCDMA實際覆蓋半徑作為TD-LTE的覆蓋評估前提,分析TD-LTE 2天線和8天線的覆蓋性能。

根據仿真評估可知,TD-LTE 8天線可以有效的改善受限問題,在提高邊緣速率的同時,有效地擴大覆蓋半徑。

TD-LTE 2天線和8天線覆蓋能力分析如上圖所示。當覆蓋半徑為500米時,TD-LTE 8天線的上行邊緣速率為500kbps,2天線的上行邊緣速率為64Kbps。可知,在實現與TD-SCDMA實際覆蓋半徑相同時,TD-LTE 8天線的邊緣速率相對于TD-LTE 2天線有明顯優勢,而TD-LTE 2天線的邊緣速率相比于TD-SCDMA卻并沒有明顯提高。TD-LTE 2天線若要實現500kbps的邊緣速率,其覆蓋半徑只有280米左右,無法實現與TD-SCDMA系統的共站址、共覆蓋。

根據以上分析,可以認為,TD-LTE采用8天線可以極大提升覆蓋能力,在保證與TD-SCDMA共覆蓋的前提下體現TD-LTE高速率的特點。

3. 性能驗證

2009年12月,大唐移動在北京市大唐電信集團總部舉行了“創新技術,成就夢想”TD-LTE新技術發布會,在業內率先發布雙流波束賦形技術,建設了TD-LTE演示網,進行了8天線雙流波束賦形技術的性能演示。

TD-LTE發布會演示網,其覆蓋范圍是北京市海淀區學院路從學院橋到學知橋的路段。具體演示方案是在演示車的行駛過程中,隨著實時信道環境的變化,體驗TD-LTE 8天線雙流波束賦形技術相比于2天線MIMO技術的吞吐量性能優勢。

在演示過程中,可以明顯體驗到8天線的覆蓋能力好于2天線。在演示路段的兩端,已經接近2天線的覆蓋邊緣,此時2天線的吞吐量性能受到影響發生衰落,8天線依然保持平穩數值。當演示車行駛在演示路段邊緣的立交橋下時,受到橋體遮擋,信號接收受到影響,2天線發生嚴重衰落,吞吐量下降明顯。8天線也受到一定影響,但吞吐量性能只是略有降低,仍保持穩定數值。

統計整個演示過程中的數值變化可知,8天線雙流波束賦形技術相比于2天線MIMO,頻譜效率平均優勢約為40%~50%。

典型應用

TD-LTE建網的主要技術,應用于室外場景的宏小區覆蓋。

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