从智能天线及传统蜂窝基站天线比较谈TD-SCDMA.docVIP

从智能天线与传统蜂窝基站天线比较谈TD-SCDMA 组大网（宏蜂窝）的可能性 西安海天天线科技股份有限公司 肖良勇 在联盟产业组第12次工作会上，西安海天天线董事长肖良勇教授做了题为《从智能天线与传统蜂窝基站天线比较谈TD-SCDMA组大网（宏蜂窝）的可能性》的报告，从射频及电波传播角度，就TD-SCDMA单独组网的可行性进行论证。报告引起了各与会企业的一致重视，希望能更深入地了解西安海天在TD-SCDMA智能天线领域的研发成果。基于此，宣传组特别向肖良勇教授约稿，以飨读者，并特别对肖良勇教授在百忙中给予的大力支持表示衷心感谢！ 肖良勇教授简历： 肖良勇，1935年11月生，原任西安电子科技大学天线工程发展中心主任、教授、硕士生导师、中国电子学会天线专业委员会委员、陕西省第八届人大代表、陕西省第七届政协委员。1998年退休。现任西安海天天线科技股份有限公司董事长、陕西省十届人大代表、西安市慈善会常务理事。 IMT-2000是国际电信联盟（IT）提出的第三代移动通信系统。最早称为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS），其目的在于全球使用统一的频率，统一的标准，实现全球漫游和提供多种业务。IMT-2000总共包括了5大标准体系，其中TD-SCDMA、WCDMA、和CDMA2000，这3个标准是主宰移动市场的航母。TD-SCDMA采用智能天线和多用户联合检测技术，我公司研发智能天线如图1和图2所示， 下面以扇区阵列天线的性能介绍智能天线的工作原理。该智能天线阵列有两种工作模式。在蜂窝移动通信系统中，由于用户通常分布在不同方向（也有用户方向重合的情况），加之无线移动信道的多径效应，有用信号仅存在一定的空间分布而并非整个蜂窝小区或者整个扇区。当基站接收信号时，即在上行链路中，来自各个用户的有用信号到达基站的方向可能不同；当基站发射信号时，即在下行链路中，可被用户有效接收的也只是部分信号。考虑到上述因素，调整天线的方向图使其能定向性的发射和接收就非常合适了，这也就是波束形成（Beam Forming）（可在射频、中频或基带实现），把这种模式定义为工作模式。 智能天线系统在未通话状态时基站仍然需要向扇区内所有用户发送公共控制信息，并通过小区内不同方向的用户返回给基站的信息来判断用户方向和数量。这种功能要求基站天线的方向图能够均匀地覆盖整个扇区，即广播模式。如图3虚线所示。 而通常提到的波束形成分两种方法：切换波束阵列（Switching Beam Array）和跟踪波束阵列（Tracking Beam Array）。对于切换波束阵列，预先形成一定数量角度固定的窄波束，仅在数字信号处理中采用算法计算出切换到“最优”波束使波束指向期望用户方向。这种方法只能通过低副瓣来降低干扰。而跟踪波束阵列能够实时形成权值使主波束跟踪期望用户，并在干扰用户方向形成零陷以提高信噪比。这种方法的缺点是实时得到权值的计算量显著增加。 从阵列综合的角度出发，阵列形式的设计和激励权值的确定是两个核心的问题。阵列形式一旦设计好之后就是固定不变的了，可以调整的只能是激励权值。激励权值即激励幅度、相位可分别通过衰减器、移相器或者在基带中使用DSP芯片实现。对于上述两种工作模式，考虑实现的难易程度：先根据广播模式对方向图要求综合阵列结构和激励权值；再对求出的阵列结构综合工作模式激励权值。 1.2 天线性能 TD-SCDMA系统采用智能天线技术，可以将发射功率集中至小区内活动UE所在的位置，并在UE移动过程中全程监控。智能天线技术可以带来以下好处：◆ 降低小区间干扰；◆ 降低多径干扰的影响；◆ 基站接收灵敏度增加9dB，故仍然可能使用低发射功率达到较远通信距离。在使用相同发射功率级别的手持机条件下，TD-SCDMA的通信距离比WCDMA要大。±10％。 变量 频率(MHz) HPBW(度) Ripple(dB) Gain(dB) 2010 88.14 1.35 14.00 2018 87.69 1.18 13.96 2025 87.25 1.17 13.94 1880 93.37 1.68 13.66 1900 91.71 0.87 13.51 1920 89.94 1.07 13.39 对于边射阵，波束扫描角度最大方向时副瓣最高，因此本文给出了工作波束扫描至扇区边缘45o时的方向图。图5 给出了期望用户方向分别为45o、67o形成的工作波束。可以看到即使最大用户在扇区边缘时由于波束形成技术可提供的信干比仍可达到10.74dB。 图6分别模拟了系统给定一个期望用户，且有一个、两个或者三个强干扰用户情况下，在天线阵上可形成的方向图。可以看到通过调整阵列的单元激励权值，可以在天线阵上形成主波束对准期望用户，同时在强干扰用户方向形成零陷以抵消干扰用户对系统的干扰。在