TD―LTE共址天线及选型研究

摘要：

根据中国移动对TD-LTE扩大规模试验网的结果，室外基站基于F和D频段进行部署，结合现网TD-SCDMA的时隙配比，对不同频段进行了时隙配比说明。现阶段无线网络只要覆盖数据热点区域，就会有部分站点共站址，TD-LTE将会面临多系统干扰。主要从指标要求、频段干扰以及与其他系统的隔离距离等方面进行了分析，并根据不同覆盖场景，建议选用不同的天线类型，解决共站址时多系统间干扰和天面紧张问题。

关键词：

TD-LTE；多输入多输出（MIMO）；多系统干扰

中图分类号：TN915.02 文献标识码：A 文章编号：1005-3824（2014）01-0081-05

0 引 言

在中国移动对TD-LTE进行大规模试验之后，现已经在全国100多个城市完成了TD-LTE网络覆盖。预计不久的将来，在国内将会大规模商用。中国移动目前拥有F/A/E 3大频段，同时D频段也在TD-LTE试验网中使用。其中，F/A频段已明确为TD-SCDMA建设频段，现网A频段设备由于频段分割带宽过窄无法过渡到TD-LTE，而F频段在室外拥有30 M带宽。如果在F频段上实现现网设备升级，可有效减少站点数量，缩短建网周期，也将充分利用已有TDS网络资源，配合D频段新建TD-LTE室外热点覆盖，进而快速形成TD-LTE规模覆盖网络，提供高速的数据业务。但共址受到天面资源、现网资源、业主特殊要求等诸多条件影响，导致无线网络覆盖和无线网络质量达不到实际需求。

本文将主要围绕多系统干扰进行分析，探讨TD-LTE共址天线及选型。

1 TD-LTE频率规划及指标要求

1.1 频率规划

协议规定TD-LTE系统可支持1.4 MHz，3 MHz，5 MHz，10 MHz，15 MHz，20 MHz载波宽带的灵活配置[1]。从理论上讲，宽带越大，基于正交频率复用（orthogonal frequency division multiplexing， OFDM）的多用户频选调度性能越好[2]。为了能够提高上/下行分组数据传输速率，承载更多的业务，减少时延，建议采用20 MHz的载波宽带进行组网。TD-LTE采用OFDM技术，若采用同频组网方案，则系统中的干扰主要来源于小区间干扰；若采用异频组网方案，已有的无线频谱带宽难以支持大宽带的连续组网。

在目前开展的TD-LTE扩大规模试验网的各城市中，广州、深圳和杭州主要是基于F频段（1 880～1 900 MHz）部署，其他城市整体上以D频段（2 570～2 620 MHz）为主进行部署。详细情况如下：F频段宏基站单载波站点（20 MHz），使用1 880～1 900 MHz；D频段宏基站单载波站点（20 MHz），使用2 575～2 595 MHz；D频段宏基站双载波站点（2×20 MHz），使用2 575～2 615 MHz。

1.2 指标要求

TD-LTE系统使用时分双工的方式，上下行时隙配比决定了对2个方向时间资源的分配，进而影响了网络的速率和容量。考虑到TD-LTE部分基站将从现网TD-SCDMA升级，目前TD-SCDMA时隙配比4DL∶2UL下，因此，TD-LTE的F频段网络配置以3DL∶1UL的方式进行常规子帧配置，特殊子帧配比3∶9∶2。D频段网络配置以2DL∶2UL的方式进行常规子帧配置，特殊子帧配比10∶2∶2。

现阶段无线网络覆盖目标是数据业务热点区域，并且热点区域内需实现连续覆盖。目标覆盖区域内指标要求见表1[3]。

2 干扰分析

现阶段TD-LTE基站方式有2种方案：

第1种方案：升级现网的F频段对TD-SCDMA的基站和天馈系统，根据测试结果，约25%吞吐量损失；

第2种方案：新建F频段和D频段。在网络性能上，新建TD-LTE基站容量和性能不受影响，RRU功率不受限制。经过实测，覆盖率、吞吐率和移动性均达标。

根据我国频谱规划和使用现状，TD-LTE将面临多系统干扰。

2.1 干扰因素

2.1.1 F频段

在移动未来的TD-LTE商用网建设中，F频段应用的核心问题无疑是如何解决干扰问题。分析和总结实验网的干扰类型，其主要的干扰来自以下4个方面：

1）GSM 900 MHz频段的二次谐波/二阶互调干扰；

2）GSM 1 800 MHz频段的三阶互调干扰；

3）现有TD-S网络设备在F频段阻塞能力不足引入的干扰；

4）PHS网络不同程度的邻频干扰以及GSM 1 800 MHz的杂散干扰。

主要原因：部分厂家的GSM网络天馈较陈旧，存在不同程度的劣化现象，产生了较强的二次谐波干扰，同时PHS基站在一些地区会造成较大的邻频干扰。而现有的部分移动TD-S网络的抗阻塞能力较低，且有一定的杂散干扰。这些复杂的干扰将导致SINR恶化，网络吞吐量降低，此时即使RSRP较高，也无法获得预期的高吞吐量[4-5]。

2.1.2 D频段

多运营商的TD-LTE网络将面临复杂干扰问题，主要是带内干扰和邻频干扰。

1）带内干扰。

系统内干扰：不同运营商间由于时隙配比不同或者时钟同步；

系统间干扰：在我国，有部分地区使用多路微波分配系统（multichannel microwave distribution system，MMDS），其频段配置为2 535～2 599 MHz。

2）邻频干扰。

WLAN干扰：WLAN系统与TD-LTE系统存在互干扰风险；

雷达干扰：S波段（2 000～4 000 MHz）雷达功率较大，存在干扰风险。

2.2 与其他系统的干扰隔离距离定义

2.2.1 干扰隔离

在计算TD-LTE与其他系统的干扰隔离要求时，采用各个系统的协议指标，采用的各协议标准如下。

GSM（DCS）： 3GPP TS 45.005 V9.1.0（2009-11）；

WCDMA：3GPP TS 25.104 V9.2.0 （2009-12）；

CDMA 1X：YD-T 1029-1999 800 MHz CDMA数字蜂窝移动通信系统设备总技术规范基站部分（信部无[2002]65号）；

CDMA EV-DO：YD-T 1556-2007 2 GHz CDMA2000数字蜂窝移动通信网设备技术要求――基站子系统；

TD-SCDMA：中国移动TD-SCDMA无线子系统硬件技术规范（2010年）；

WLAN：关于调整2.4 GHz频段发射功率限值及有关问题的通知（信部无[2002]353号）；

TD-LTE：3GPP TS 36.104 V9.3.0 （2010-3）。

2.2.2 干扰隔离距离

在计算干扰隔离距离时，采用以下传播模型：

1）水平隔离度。

Ih=22+20log-GTx-GRx （1）

式（1）中：GTx为发射天线在扰系统天线方向上的旁瓣增益；GRx为接收天线在干扰系统天线方向上的旁瓣增益；dh为天线水平方向的间距，单位为m；λ为载波波长，对于杂散干扰和互调干扰隔离来说，是扰系统波长，对于阻塞干扰隔离来说，是干扰系统波长[6]。

式（2）中：dv为天线垂直方向的间距[5]。

在计算时采取以下假设：

①各系统发射天线增益和接收天线增益均设为16 dBi；

②TD系统馈线接头损耗为1 dB，其他系统为4 dB；

③两系统天线间耦合损失为36 dB。

同时假设扰系统接收机灵敏度降低1 dB为干扰容忍的门限。

2.3 与其它系统共存共址射频指标定义

对各系统的射频指标提出了要求：

1）TD-LTE与CDMA 1x共址。CDMA 1x在2 350～2 370 MHz的杂散辐射要求小于-59 dBm/1 MHz。

2）TD-LTE与CDMA2000 EV-DO共址。CDMA2000在2 350～2 370 MHz的杂散辐射要求小于-51 dBm/1 MHz。

3）TD-LTE与WLAN共址。WLAN在2 350～2 370 MHz的杂散辐射要求小于-51 dBm/1 MHz。TD-LTE在2 400～2 483.5 MHz的杂散辐射要求小于-51 dBm/1 MHz。

2.4 干扰隔离要求和距离

在TD-LTE的干扰因素和各系统协议指标下，提出了干扰隔离要求，并通过干扰隔离距离的定义，得出干扰隔离距离（必须满足共存共址射频指标）。

2.4.1 干扰隔离要求

1）邻频干扰。

与TD-SCDMA系统上下行时隙同步时，可以实现共存和共址；与TD-SCDMA系统上下行时隙非同步时，无法实现共存和共址。

2）杂散干扰。

主要受限于其他系统对TD-LTE系统的杂散干扰，杂散干扰隔离要求如表2所示。

从表5可以看出：在与电信C网共址时，解决干扰隔离的方式，建议采用垂直隔离。

2.5 天线及选型

多输入多输出（multiple input multiple output，MIMO）技术是TD-LTE的核心关键技术之一，MIMO可以根据不同的实现方式分为天线分集、空分复用（SDM）和波束赋形（beamforming，BF），提高小区容量，扩大覆盖范围，提升数据速率和无线网络质量等性能指标[1]。

TD-LTE基站天线延续了TD-SCDMA的设计理念，即8天线技术支持波束赋型。在TD-LTE的实际应用中，主要采用了8天线双流波束赋形和2天线MIMO，实际效果大致一致。同时还要考虑TD-SCDMA的兼容，以及未来深度覆盖后基站天线倾角调整的需求。TD-LTE基站天线将出现宽带化、电调化、独立化和小型化的趋势。

现阶段建设TD-LTE，需要考虑现网向TD-LTE系统平滑演进，采用共站址将会使天面资源紧张。加上人们对天线辐射的保护意识加强，导致新址新建困难重重，因此，天线的选型至关重要。

建网初期，无线网络负荷不高，用户对大流量数据需求也不是很迫切，现有无线网络基本能满足要求，因此，TD-LTE基站布站大部分与TD-SCDMA基站共址。根据前面的干扰分析，建议优先采用独立天线的建设方式，为今后无线网络优化调整带来便利。

根据共址情况，选用各个场景下的基站天线。

覆盖场景1：密集城区（F频段或者D频段单独组网）。

具有高密集话务量及大数据流量特点，有邻区抗干扰需要。该场景可使用常规增益FAD天线及常规增益FA天线。在站高超过30 m或者机械倾角调整不方便的情况下，可以使用FA（或者FAD）电调天线。

覆盖场景2：密集城区（F频段组网，兼容TD-SCDMA）。

具有高密集话务量及大数据流量的特点，F/A干扰严重。原有TD-SCDMA和升级后新的TD-LTE，设备提供商可能不一致。该场景可使用常规增益FAD天线、常规增益FA天线和FA电调天线。在设备商不一致的情况下，可选用F/A内置合路器天线。

覆盖场景3：密集城区（D频段组网，兼容TD-SCDMA）。

具有高密集话务量及大数据流量特点，而D频段绕射能力比F频段差，TD-SCDMA及升级后的D频段TD-LTE设备商可能不一致。可使用常规增益FAD天线，加外置合路器方案，也可以使用内置合路器FAD天线。为了满足不同系统的网络规划及优化，可采用独立电调天线。

覆盖场景4：数据热点城区（F频段或D频段LTE组网，兼容TD-SCDMA）。

具有高密集数据流量，覆盖距离小，一般为200～300 m。推荐使用小型化FAD 8天线，如果覆盖距离为200 m或者更低，建议采用小型化双通道RRU+小型化超薄双通道天线。

覆盖场景5：一般城区（F频段或D频段组网，兼容TD-SCDMA）。

具有话务量及数据流量相对较小，基站覆盖距离大的特点，建议采用高增益FAD天线。

覆盖场景6：高话务热点城区（F频段或D频段组网，兼容G网及TD-SCDMA）。

具有高密集话务量及数据流量相对较小的特点，同时也是GSM重要覆盖区域。推荐使用宽频双通道天线及宽频双通道电调天线。

另外：对于在迎风面积较大的覆盖区域内的天线选型，可以采用TD-LTE小型化高增益8天线，较少天线摆动机率，提高用户感知。

3 结 语

TD-LTE的核心问题是如何解决干扰，本文首先设置了上下行时隙配比和特殊子帧配比，然后通过水平隔离和垂直隔离的计算方法，并在与其他系统共存共址射频指标的基础上，得出了与其他系统的干扰隔离距离。考虑到今后的无线网络优化调整，推荐采用新建独立天线的建设方式。合理规划利用好共址站点的现有天面，同时又要考虑到干扰问题，针对6种不同的覆盖场景，选用不同的天线类型。这对TD-LTE的无线网络覆盖和无线网络质量至关重要。

参考文献：

[1] 戴源，王太峰.TD-LTE无线网络规划与设计[M].北京：人民邮电出版社，2012：125-134.

[2] 王映民，孙韶.TD-LTE技术原理及系统设计[M].北京：人民邮电出版社，2010：23-55.

[3] 中国移动通信集团有限责任公司.中国移动4G网络一期工程无线网建设方案编制要求[EB/OL].[2013-07-19]..

[4] 关于F频段干扰问题的几种解决方案分析[EB/OL]. （2013-05-17）[2013-07-20]..

[5] 李翔，周勇.TD-LTE系统干扰分析[EB/OL].（2011-09-21）[2013-07-20].http：///factory/fiberhome/fiberhome11_0902.htm？1.

[6] 广州杰赛通信规划设计院.TD-SCDMA规划设计手册[M].北京：人民邮电出版社，2007：125-168.

作者简介：

胡光兵（1977-），男，重庆人，本科，主要研究方向为无线网络规划与优化。

TD-LTE colocated antenna and selection exploration

HU Guangbing

（GCI Science & Technology Co.Ltd.，Guangzhou 510310，P.R.China）

Abstract：

China Mobile is to expand the scale of TD-LTE network according to the test results，the outdoor base station F and D band based on deployment，combined with the current network time slot of TD-SCDMA ratio，the different frequency of time slot allocation instructions.Current wireless network covering major data hot region will be part of the site. TD-LTE will face a multi system interference.Mainly from the index，the interference with other systems，and isolation distance are analyzed，and according to different coverage，the paper suggests the use of different types of antennas to solve the co site interference and multi system tensions surface problems.

Key words：

TD-LTE，MIMO，multiple system inferference