智能天線對TD-SCDMA無線網規劃設計的影響

　　空分能力

　　如果基站信息處理能力不受限，可以設想，由于用戶的位置分布不可能重合，這個空分的“址”數量巨大。然而，TD-SCDMA智能天線目前的賦形波束并非理想的射線，存在空間分辨率問題，即以多大的空間精度區分用戶，這取決于賦形波束的水平、垂直波瓣寬度。

　　目前TD-SCDMA采用的智能天線的賦形波束僅在水平方向上跟隨激活用戶移動，即賦形波束的方位角在跟蹤用戶，而下傾角不變，可以看成二維空間的自動跟蹤，而不是立體自動跟蹤，這就造成一個問題：若采用以基站為極點的極坐標刻畫該基站的覆蓋區域，極角為0～360度，波束之間的干擾隔離與賦形波束的波瓣寬度、旁瓣泄漏等工程因素有關。

　　參考目前TD-SCDMA采用的多個廠家的SA設備指標：公共信道不賦形，全向SA公共信道波束寬度為360度，120度板狀SA公共信道波束寬度為120度；業務信道賦形，陣元數為8的全向SA賦形波束寬度為45度，陣元數為8的120度板狀SA賦形波束寬度為15度，也就是可以將覆蓋區域分成8個子區域。

　　性能增益

　　(一)覆蓋增益

　　天線對覆蓋的增益作用是通過增大等效輻射功率實現的，其原理是將能量集中于一個空間或方向內，SA對覆蓋的增益也是通過使能量集中于目標用戶方向來獲得的，然而有了上述空間分辨率問題，則需具體考慮如下工程效果，以陣元數N=8的全向SA為例：

　　A.當所有用戶集中在45度內，賦形造成的覆蓋增益最大，即理論上的10logNdB=9dB，其物理含義為：當所有用戶位于一個賦形波束內，SA將能量集中于原來1/8的空間，能量密度增強了8倍(9dB)。考慮存在非理想因素而需預留的工程裕量，還要減去2～3dB，一般取為+6～＋7dB。

　　B.當用戶在以基站為極點的極坐標系的極角意義上均勻分布時，比如各用戶的極角以45度間隔均勻分布，由于SA將能量集中的空間不變，能量密度未增強，賦形增益理論上應為0dB。

　　可見，“TD-SCDMA智能天線的賦形增益(覆蓋)有多大”并不是一個能給出精確回答的問題，與如下因素有關：

　　(1)激活用戶的分布

　　對于集中分布的情況增益大，對于均勻分布的情況增益小，對于只有1個激活用戶的情況，賦形增益可以達到工程上的最大值。

　　(2)賦形波束寬度

　　賦形波束的波瓣窄容易集中能量、減少干擾，反之則容易造成波束重疊，邏輯上的不同波束在物理上成為一個波瓣。

　　(3)工程因素

　　比如傳播環境，城市中高樓林立，信號傳播經歷多徑、反射、折射等，SA通過DOA來決定賦形波束指向，但DOA本身也存在空間分辨率問題，經歷反射等過程后信號來波角度可能擴散。

　　(二)容量增益

　　TD-SCDMA的SA對容量的增益指SA通過空分實現空間濾波，隔離了多用戶干擾，使得系統可以滿碼道或接近滿碼道工作。

　　由此可以認為：在SA的一個波束內不會存在干擾降低和容量增益，結合TD-SCDMA的業務時隙情況，若想通過SA的空分實現容量增益，需使同一個時隙的基本資源單位(BRU)對應不同的賦形波束。

　　A.語音業務

　　一個語音用戶占用兩個BRU，一個時隙有16個BRU，最多可承載8個語音用戶，若8個用戶分布于8個波束，滿碼道工作理論上是可能的，但若用戶集中分布，則容量增益減小，用戶集中于一個SA波束則容量增益為0dB。

　　B.數據業務

　　TD-SCDMA數據業務速率跨度大，根據3GPP標準，數據用戶占用1個或多個時隙，一個時隙至少占用8個BRU，數據業務的最低承載速率為64kbps，占用同一時隙的8個BRU，即造成8個BRU(等價于4個語音用戶)集中在一個波束中，因為難以通過波束將干擾用戶分開，數據業務的容量增益會大大縮小。

　　矛盾及解決

　　目前的TD-SCDMA智能天線增益受到用戶分布、波束寬度、傳播環境的影響。獲得覆蓋增益要求用戶分布集中，而獲得容量增益則要求同一時隙內的用戶不集中在一起，從而產生了矛盾。

　　另外，數據業務的智能天線容量增益縮小，也導致上行數據業務容量受鄰區干擾影響嚴重。對于TD-SCDMA系統，正確解調的條件是信噪比高于解調門限，由于用戶間的相互干擾，就會形成最大極限容量。要增加本扇區用戶容量，就需要降低扇區間干擾；而在各扇區負荷相同時，同樣頻率復用方式下的扇區間干擾就會存在下限。按照3GPP25.105對基站接收性能的要求，對于數據業務在衰落信道下，要求Ioc/Ior(外扇區干擾Ioc與扇區內干擾Ior之比)一般在-10dB以下；而根據A.J.維特比的《CDMA擴頻通信原理》以及TonyW.Wong等的研究，對于1×1頻率復用方式，理想功率控制下的CDMA網絡上行Ioc/Ior只能達到-2.6dB，基于該值可以推導出：沒有智能天線時，8個BRU成為單時隙上行容量的極限。對于話音業務，可以借助智能天線的容量增益(約兩倍)，實現滿碼道工作；而對于數據業務，因為用戶集中，容量增益很小，8個BRU的極限容量就只能支持64kbps以下的上行業務速率了。需要說明的是，當鄰小區負載很輕時，例如對孤立小區，仍然可以實現-10dB以下的Ioc/Ior，這時是可以實現144kbps及384kbps業務速率的。另外，對于下行鏈路，用戶距離NodeB位置近時，也可以實現良好的Ioc/Ior，1×1頻率復用方式下也可以達到很高的下行速率。

　　對于上述兩個矛盾，規劃設計中需要采用多種技術手段來解決：

　　第一，采用較寬松的頻率復用方式或控制鄰區負載，實現上行中高速數據業務

　　TD-SCDMA單頻點帶寬窄，有條件在組網初期采用較為寬松的頻率復用方式(如1×3)，這樣就減少了同頻鄰區數，從而減少Ioc，那么即使在智能天線對數據業務的容量增益很小時，也可以解決上行的數據業務容量問題。根據分析，1×3頻率復用方式就基本可以滿足中高速數據業務的鄰區干擾要求了。

　　或者，通過無線資源調度合理分配相鄰各小區的資源，降低相鄰小區的負荷來減小Ioc，也能夠解決1×1頻率復用方式下的上行數據業務容量問題。

　　第二，對于覆蓋設計預留余量，并且以信道平衡時的參數計算覆蓋半徑、布置站點

　　SA的覆蓋增益受用戶因素的影響，網絡發展初期可能效果較好，隨著用戶話務量增多，其賦形增益可能減小。此外，還需要考慮業務信道和沒有賦形的公共信道之間覆蓋平衡問題。所以，在覆蓋規劃中應對智能天線的增益留有設計余量。

　　(廣州杰賽通信規劃設計院 郭東亮 )