LTE天線單雙流BF-MIMO及其參數(shù)學(xué)習(xí)總結(jié)

LTE天線單雙流BF-MIMO及其參數(shù)學(xué)習(xí)總結(jié)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中的多天線技術(shù)在無線通信領(lǐng)域，對(duì)多天線技術(shù)的研究由來己久。其中夭線分集、波束賦形、空分復(fù)用（MIMO）等技術(shù)己在3G和LTE網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用。1多夭線技術(shù)簡(jiǎn)介根據(jù)不同的夭線應(yīng)用方式，常用的多夭線技術(shù)簡(jiǎn)述如下。上述多夭線技術(shù)給網(wǎng)絡(luò)帶來的增益大致分為：更好的覆蓋（如波束賦形）和更高的速率（如空分復(fù)用）。3GPP規(guī)范中定義的傳輸模式3GPP規(guī)范中Rel-9版本中規(guī)定了8種傳輸模式，見下表。其中模式3和4為MIMO技術(shù)，IL支持模式內(nèi)（發(fā)送分集和HIMO）口適應(yīng)。模式7、8是單/雙流波束賦形。原則上，3GPP對(duì)夭線數(shù)目與所采用的傳輸模式?jīng)]有特別的搭配耍求。但在實(shí)際應(yīng)用中2夭線系統(tǒng)常用模式為模式2、3；而8天線系統(tǒng)常用模式為模式7、8。在實(shí)際應(yīng)用中，不同的天線技術(shù)互為補(bǔ)充，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際信道的變化靈活運(yùn)用。在TD-LTE系統(tǒng)中，這種發(fā)射技術(shù)的轉(zhuǎn)換可以通過傳輸模式（內(nèi)/間）切換組合實(shí)現(xiàn)。上行目前主流終端芯片設(shè)計(jì)仍然以單天線發(fā)射為主，對(duì)eNB多天線接收方式3GPP標(biāo)準(zhǔn)沒有明確要求。2多天線性能分析針對(duì)以上多夭線技術(shù)的特點(diǎn)及適用場(chǎng)景，目前中國市場(chǎng)TD-LTE主耍考慮兩種天線配置：8天線波束賦形（單流/雙流）和2天線MIMO（空分復(fù)用/發(fā)送分集）。1下行業(yè)務(wù)信道性能下圖是愛立信對(duì)上述傳輸模式的前期仿真結(jié)果：在下行鏈路中，2、8夭線的業(yè)務(wù)信道在特定傳輸模式下性能比較歸納如下：?8X2單流波束賦型（sbf）在小區(qū)邊緣的覆蓋效果（邊緣用戶速率）好于2X2空分復(fù)用,但小區(qū)平均吞吐速率要低于2X2MIMO場(chǎng)景。?8X2雙流波束賦型(dbf)的邊界速率要略好于2X2夭線空分復(fù)用。對(duì)于小區(qū)平均吞葉速率，在正常負(fù)荷條件下，二者性能相當(dāng)。在高系統(tǒng)負(fù)荷條件下，8X2雙流波束賦型(dbf)增益較為明顯。在實(shí)際深圳外場(chǎng)測(cè)試中，測(cè)試場(chǎng)景為典型公路環(huán)境。雖然站間距與城區(qū)環(huán)境相同，但無線傳播條件更接近于郊區(qū)的特點(diǎn)，即空曠環(huán)境較多，信道相關(guān)性較強(qiáng)，有利T-8X線波束賦形技術(shù)。對(duì)固定模式的測(cè)試結(jié)果與上述仿真結(jié)果基本一致：引入模式內(nèi)/間切換后8夭線在小區(qū)中心采用模式3,邊緣則為模式7,因此在小區(qū)邊緣優(yōu)于2夭線，小區(qū)中心相當(dāng)，小區(qū)半均速率較好于2夭線。值得注意的是，采用模式7的比例僅有20%左右，大多數(shù)場(chǎng)景采用的是模式3,即與2天線差別不大。2.2下行控制信道及覆蓋能力對(duì)于8夭線廣播信道，由于要實(shí)現(xiàn)全小區(qū)覆蓋，波束賦形技術(shù)在業(yè)務(wù)信道的增益不復(fù)存在。通常采用引入廣播權(quán)值靜態(tài)賦形(65。)的方式發(fā)送。根據(jù)不同夭線廠家提供的廣播信道的賦形權(quán)值，其廣播信道的發(fā)射功率只有總的可用功率的60%左右。因此，靜態(tài)賦形的方式將導(dǎo)致廣播信道覆蓋比2夭線方案差，特別是在小區(qū)邊緣廣播信道功率有很大損失。針對(duì)這些問題，愛立信提出了無功率損失的增強(qiáng)型公共信道發(fā)送方案，有效克服了靜態(tài)賦形的功率損失問題，提升廣播信道的覆蓋。使得8天線公共信道獲得與2天線相當(dāng)?shù)母采w能力。在深圳外場(chǎng)測(cè)試中，我們看到類似的現(xiàn)象。下圖是用掃頻儀在相同環(huán)境中測(cè)得的結(jié)果。從圖中可以看到，2夭線系統(tǒng)中的RSRP覆蓋效果與8夭線的覆蓋相比主瓣方向略強(qiáng)，但基本相當(dāng)。2.3上行天線接收分集增益上行接收方面，理論上當(dāng)8夭線的單元天線增益與2夭線的增益相同時(shí)，會(huì)有6dB的接收分集增益。而實(shí)際系統(tǒng)中，在夭線長(zhǎng)度相當(dāng)時(shí)2夭線的增益往往高丁?相同高度的8天線的單元夭線增益1.5-2.5dB左右。例如，在進(jìn)行中的TD-LTE試驗(yàn)網(wǎng)中，選用了2天線和8天線(FAD)天線方案。在同為140cm長(zhǎng)度的條件下，8天線(FAD)的單元天線的增益為16-17dBi,而國際上在LTE-FDD/TD-LTE廣泛應(yīng)用的凱士林(Kathrein)和安徳魯(Andrew)的2夭線增益均可以達(dá)到18.5dB以上。這一差異也反映在目前的一些工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中，例如在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中將2夭線的增益設(shè)定為18dBi,而8天線的單元有效增益設(shè)定為14.5dBio因此，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的8夭線接收和2夭線接收的差異應(yīng)當(dāng)為3dB左右。3多夭線應(yīng)用場(chǎng)景波束賦型在業(yè)務(wù)信道功率受限時(shí)，可以提高網(wǎng)絡(luò)邊界的下行和上行速率，適用于有視距傳輸（LOS）、強(qiáng)相關(guān)的環(huán)境，例如郊區(qū)、鄉(xiāng)村等以覆蓋為目的的環(huán)境。在城區(qū)和密集城區(qū)（站間距大約200到500米左右時(shí)），無線傳播環(huán)境復(fù)朵，雜散嚴(yán)重，以NL0S為主，信道相關(guān)性大大降低，此時(shí)下行波束賦型的效果大打折扣，而空分復(fù)用在該場(chǎng)景下有很大優(yōu)勢(shì)（2、8天線的空分復(fù)用無大差異）。在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)覆蓋時(shí)，往往以小區(qū)邊界速率為設(shè)計(jì)目標(biāo)。在上行邊緣速率要求較高時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中通常是上行業(yè)務(wù)信道受限。然而在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，小區(qū)覆蓋半徑由終端最終是否移出服務(wù)區(qū)來判定，此時(shí)的決定因素并非是業(yè)務(wù)信道的速率而是廣播信道的覆蓋。具體來看：?當(dāng)上行業(yè)務(wù)信道為受限因素（例如邊緣速率要求很高）時(shí)，8夭線方案的覆蓋范圍要大于2夭線？當(dāng)上行業(yè)務(wù)信道不構(gòu)成限制而以終端是否出服務(wù)區(qū)作為覆蓋范圍的判決依據(jù)時(shí)（這往往是更為常見的情況），由I?前面提到的8夭線在廣播信道的短板，使得8天線的覆蓋范圍有可能小于2天線。由此可知，8天線方案雖然能夠提升的上下行的業(yè)務(wù)信道性能，但固有的廣播信道的短板使得工程實(shí)踐中可能無法達(dá)到擴(kuò)大覆蓋，減少站點(diǎn)的目的。4國際商用情況及未來的演進(jìn)8夭線雖然在邊緣速率等方面性能優(yōu)T-2X線，但在實(shí)際應(yīng)用中，具體效果還受夭線的校準(zhǔn)精度、天線性能（隨時(shí)間）惡化等因素影響有所縮小。工程安裝實(shí)施方面，8天線的夭面要求較高，建站方案更為復(fù)雜，需兼顧承重，風(fēng)荷，共夭線等因素。這將導(dǎo)致站點(diǎn)成本顯著增加。另外故障隱患的激增，以及耗電的增加（如釆用8通道RRU）,都將直接提升OPEXo迄今為止，全球己商用的LTE網(wǎng)絡(luò)多采用2夭線部署（空分復(fù)用/發(fā)送分集），主要原因是2夭線方案技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈更為成熟，運(yùn)維成本低。其穩(wěn)定優(yōu)良的性能在廣泛的商用中得到驗(yàn)證。而8天線方案目前商用LTE網(wǎng)絡(luò)中還沒有可借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)。5小結(jié)綜上所述，技術(shù)上波束賦形和空分復(fù)用各有所長(zhǎng)。8夭線由于釆用了模式3/7口適應(yīng),相對(duì)2夭線業(yè)務(wù)信道主要在小區(qū)邊緣更有優(yōu)勢(shì)。由T-8X線傳輸控制信道的短板，使得8夭線的控制信道覆蓋略遜于2夭線，由此可能導(dǎo)致8夭線覆蓋增益的不確定性。在城區(qū)及密集城區(qū)等典型LTE覆蓋場(chǎng)景中，2、8夭線的性能差異并不明顯；而2天線夭面要求低，饋線少，易丁?安裝，因此建議采用2天線的方案。在郊區(qū)等以覆蓋為主要目的的場(chǎng)景，8天線在業(yè)務(wù)信道的優(yōu)勢(shì)得以發(fā)揮。因此針對(duì)不同場(chǎng)景，可對(duì)2、8天線進(jìn)行靈活部署，互相補(bǔ)充。受夭面制約(在相同夭線長(zhǎng)度的條件下)，8夭線的單元夭線的增益較2尺線增益低5-2.5dB°工程實(shí)踐中，通常將8夭線單元增益設(shè)為14.5dBi,而2夭線增益設(shè)為18dBi。因此，8天線相對(duì)于2天線的實(shí)際增益優(yōu)勢(shì)約為3dB,而非6dB。單雙流的解釋、這里的“流”指的是數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N形式“單”“雙”是指有多少路數(shù)據(jù)在同時(shí)傳輸。在LTE中，數(shù)據(jù)傳輸有普通單夭線傳輸，分集傳輸和MIMO空間復(fù)用。普通的單夭線傳輸，數(shù)據(jù)流只有一路，所以是單流分集傳輸，雖然數(shù)據(jù)有多路在傳輸，但兩路數(shù)據(jù)流傳輸?shù)捻樞虿煌瑑?nèi)容相同，所以對(duì)于用戶來說，還是單流，只是提髙了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行訦IMO空間復(fù)用利用多個(gè)夭線，同時(shí)傳輸不同內(nèi)容，對(duì)于用戶來說，相當(dāng)于一次有多路數(shù)據(jù)流，我們成為雙流2、 室分小區(qū)如果只有一套天饋系統(tǒng)，那么必然只能單流：如果是兩套分布系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)雙流：3、 宏站每個(gè)扇區(qū)都是有多個(gè)夭線的，可以很容易實(shí)現(xiàn)雙流；4、 雙流的啟動(dòng)是門限定義的，一般比如說超過10dB啟動(dòng)雙流，低T8dB回到單流，那么10和8就是需要再系統(tǒng)中配置的門限。下行MIMO1.1HIMOADAPTIVESWITCH(MIMO傳輸模式口適應(yīng)開關(guān))(1)參數(shù)簡(jiǎn)要說明含義：對(duì)于多天線eNB,該參數(shù)用來控制下行傳輸模式是否口適應(yīng)以及口適應(yīng)配員的范圍。類型：枚舉類型取值范圍：NO_ADAPTIVE(NO_ADAPTIVE),OL_ADAPTIVE(OL_ADAPTIVE)、CL_ADAPTIVE(CL_ADAPTIVE)、OC_ADAPTIVE(OC_ADAPTIVE)單位：N/A缺省值：OL.ADAPTIVE(OL.ADAPTIVE)約束關(guān)系：BFALGOSWITCH取值為OFF時(shí)有效影響范圍：CELL(2)參數(shù)查看修改方法查看方法：LSTMIMOADAPTIYEPARACFG:;修改方法：MODMIMOADAPTIVEPAIt^CFG:MIMO.WAPTIVESWITCH=X:1.2FIXEDMIMOMODE(固定傳輸模式)(1)參數(shù)簡(jiǎn)要說明含義：對(duì)于多夭線eNB,該參數(shù)用來選擇特定MIMO傳輸模式。類型：枚舉類型取值范圍:TM2(TM2),TM3(TM3),TM4(TM4),TM6(TM6)單位:N/A缺省值:TM3約束關(guān)系：BFAL