TD-LTE与TD-SCDMA共天线研究

李寿鹏, 邢小刚

（1 中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，济南 250001; 2 中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

随着无线GSM和TD-SCDMA基站的增加和业主对于无线基站的辐射敏感程度的提高，市区的天面选址越来越困难。中国移动如果要建设TD-LTE系统，那么需要在所有的基站上加3幅天线。有些基站的天面已经是抱杆林立，再增加3根抱杆难度较大。但是如果TD-LTE能够与TD-SCDMA共天线的话，就无需再增加抱杆，只需更换一下原TD-SCDMA天线即可，这对于工程实施比较方便。但是两系统共天线对于各自的数据传输性能是否有影响，系统间的互干扰可能性和干扰程度如何是需要我们考虑的问题。

本文通过测试考察TD-LTE和TD-SCDMA双系统在室外覆盖情况下，使用双频天线对于各个系统的覆盖、数据传输性能的影响。希望可以为TD-LTE在未来大规模部署时，在系统共存的规划、建设和优化上积累经验。

本文中提到的双频天线是指支持TD-SCDMA和TD-LTE两个系统的天线。其中TD-SCDMA使用F（1880～ 1920GHz）、A（2010～ 2025GHz）频段，TD-LTE使用D（2570～2620GHz）频段。

1 TD-SCDMA的智能天线技术

在TD-SCDMA系统中，基站使用阵列天线，在基带处理中引入了智能天线信号处理技术。智能天线是一个天线阵列，它由多个天线单元组成，不同天线单元对信号施以不同的权值，然后相加，产生一个输出信号。它使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图，如图1所示。

智能天线技术主要包括以下两个方面的内容：一是上行多用户信号的空间滤波，即利用空间信道估计和均衡技术对同一时隙中发往基站的不同用户的信号进行空间滤波；二是下行赋形发送，即利用用户信号和干扰信号的空间方位特性，对不同的用户按照不同的赋形波束来发送下行信号。由于TDD方式所特有的上下行同频链路的对称性，对下行链路的赋形参数可以从上行接收信号的信道估计结果中提取。

图1 智能天线辐射图

目前的TD-SCDMA工程中一般采用8阵元的双极化天线。

2 TD-LTE的多天线技术

多天线技术是指在无线通信的发射端或接收端采用多副天线，同时结合先进的信号处理技术实现的一种综合技术。TD-LTE的多天线技术包括一系列不同的技术。

2.1 分集

使用发送分集技术时，多路信道传输的是同样的信息。分集包括时间分集，空间分集和频率分集。使用分集技术可以提高接收的可靠性和提高覆盖，适用于需要保证可靠性或覆盖的环境，如图2所示。

图2 分集示意图

2.2 空间复用

使用空间复用技术时，多路信道同时传输不同信息。由于同一时刻可以传输两个信息流，所以理论上成倍提高峰值速率。空间复用技术适合应用在密集城区信号散射多的地区，不适合有直射信号的情况，如图3所示。

图3 空间复用示意图

2.3 波束赋形

波束赋形技术是多路天线阵列赋形成单路信号传输，TD-SCDMA的智能天线技术在下行数据发送时也用到波束赋形。在TD-SCDMA的智能天线中已经讲过，它通过对信道的准确估计，针对用户形成波束，降低用户间干扰，可以提高覆盖能力，同时降低小区内干扰，提升系统吞吐量，如图4所示。

图4 波束赋形示意图

在多天线技术的应用中，不同天线单元对应的衰落信道间的相关性具有关键性的影响。通常，多天线信道强相关条件适于采用波束赋形或空分多址技术；多天线信道弱相关条件下适于采用分级或空分复用技术。而在实际移动通信的复杂动态环境中，还可以采用多种技术结合的多天线增强技术或多种技术切换的自适应技术。

目前TD-LTE系统所使用的天线也是8阵元的双极化天线。

3 TD-LTE与TD-SCDMA共天线研究

既然TD-SCDMA与TD-LTE都是使用的8阵元的智能天线，那么，能否把天线做成宽频，然后将TD-SCDMA和TD-LTE的信号合路后经过同一个天线发送信号。如果可行，必将会大大降低天面的施工和协调难度。无需在天面增加天线数量，只需要把原来的TD-SCDMA天线更换成同时支持TD-SCDMA和TD-LTE的宽频天线。从外观上来看天面变化不大。

两个系统合路使用同一天线是否可行，我们通过两个测试来验证。一是覆盖测试，主要验证使用双频天线合路双系统后对于各个系统覆盖的影响。二是峰值吞吐量测试，主要验证使用双频天线合路双系统后对于各个系统下终端的吞吐量的影响。

由于TD-LTE的功能和性能测试尚未完成，结果还未公布。所以，本测试所取的测试值仅作为对比使用，不能体现真实的数据。

3.1 TD-LTE与TD-SCDMA共天线覆盖测试

测试选取某一基站的一个小区，先后采用TDSCDMA单频天线和TD-SCDMA/TD-LTE双频天线进行测试。双频天线（FAD）测试时，使用合路器将TD-SCDMA系统和TD-LTE系统的跳线（各9条）经过合路器合路后，经同一天线发射。本次测试覆盖距离取得是RSRP值为-95dBm时的地点。合路器带外抑制为80dB，在FA频段的插损小于0.4dB，在D频段的插损小于0.6dB。

（1） TD-SCDMA单频天线覆盖。本测试使用一般的TD-SCDMA双极化天线，进行路测得出覆盖图。意在与双频天线的测试结果进行对比；

（2） 使用双频天线，只开通TD-SCDMA系统，对TD-SCDMA系统的覆盖进行测试。与使用原TDSCDMA天线相比，增加了合路器的插损。本测试主要验证合路器以及双频TD-SCDMA/TD-LTE双频天线对于TD-SCDMA覆盖范围的影响；

（3） 同时开通两个系统，对TD-SCDMA系统的覆盖进行测试。与没有开通TD-LTE系统时进行对比。测试系统间干扰对TD-SCDMA覆盖的影响。

注：由于TD-LTE测试终端和软件的限制，这里只列出TD-SCDMA在手机Idle状态下的覆盖图。

图5 覆盖距离对比图

根据测试数据可以看出，对于TD-SCDMA系统来说，单频天线的覆盖范围与使用双频天线时基本一致。同时开启TD-SCDMA和TD-LTE信号，TDSCDMA信号的覆盖范围受到影响，会有一定的缩小(如图5所示)。

3.2 峰值吞吐量测试

本测试意在考察使用双频天线和开通双系统时对于峰值吞吐量的影响。我们根据信号质量的好坏选取近中远3个点，进行以下测试。

（1） 使用TD-SCDMA单频天线测试TD-SCDMA峰值吞吐量；

（2） 使用TD-SCDMA/TD-LTE双频天线，但是只开通TD-SCDMA系统，测试TD-SCDMA峰值吞吐量；

（3） 使用TD-SCDMA/TD-LTE双频天线，但是只开通TD-LTE系统，测试TD-LTE峰值吞吐量；

（4） 使用TD-SCDMA/TD-LTE双频天线，开通双系统，测试TD-SCDMA峰值吞吐量；

（5） 使用TD-SCDMA/TD-LTE双频天线，开通双系统，测试TD-LTE峰值吞吐量。

测试数据（仅供对比使用）如表1所示。

从数据分析可以看出，TD-SCDMA与TD-LTE系统合路的工作状态对确定的测试点的吞吐量有影响，但是影响不大。单系统工作的时候好于多系统同时工作。

本次测试由于受TD-LTE终端限制，只涉及到定点吞吐量，并且没有完成TD-LTE的覆盖图。在测试终端软件完善后需要做更全面的测试，以便更详细准确的了解双频天线的特性及对系统间的影响。

表1 速率对比表

4 结束语

从本次测试可以看出，无论是TD-SCDMA还是TD-LTE系统，使用双频天线共天线并同时开启双系统工作时，覆盖范围都会受到影响，但是影响不大。因而建议在大规模网络部署中，考虑到工程实施和覆盖效果，可以采用双频天线的设计系统。同时考虑到如果TD-SCDMA和TD-LTE使用不同的天线时，需要靠空间的隔离（保持一定的天线间距）来实现双系统的隔离。而共用天线时两系统的隔离可以通过合路器来实现。由于合路器对于系统间隔离度的指标为大于等于80dB，所以相对于TD-SCDMA/TD-LTE使用不同的天线而言，共天线在系统隔离度上可以做的更好。

因为目前TD-LTE规模实验网测试正在进行中，所以对于TD-LTE的测试并不完善，还需要进一步的验证。

由于TD-SCDMA和TD-LTE使用频段不同。TD-SCDMA使用F和A频段，TD-LTE使用D频段。所以TD-SCDMA和TD-LTE的波长是不一样的。8阵元的双极化天线阵元之间的间距不可能同时满足TDSCDMA和TD-LTE频段都是0.5λ，所以在制作天线的时候只能做折中。目前天线使用的间隔在TD-LTE频段都是0.7λ，与使用0.5λ间距对于TD-LTE的覆盖影响还需要进一步的研究。

[1] 王映民, 孙韶辉等编著. TD-LTE技术原理与系统设计[M]. 北京：人民邮电出版社，2010.