智能天線在TD-SCDMA中的應(yīng)用

??? 智能天線良好的抗多用戶干擾性能使其成為TD-SCDMA系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一，它對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有著重要影響。

　　對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的影響

　　智能天線利用到達(dá)天線陣的信號(hào)之間的完全相關(guān)性形成天線方向圖。到達(dá)天線陣的信號(hào)的DOA信息在智能天線技術(shù)中非常重要，根據(jù)基站接收信號(hào)的DOA信息，實(shí)時(shí)調(diào)整天線的方向圖，使天線主波束對(duì)準(zhǔn)用戶信號(hào)的到達(dá)方向，旁瓣和零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)的到達(dá)方向。然而角度擴(kuò)展將會(huì)影響到智能天線對(duì)DOA信息的識(shí)別，角度擴(kuò)展越嚴(yán)重智能天線越難以形成有效的方向圖，從而不能發(fā)揮其應(yīng)有作用。

　　基站天線通常位于非常高的塔或山頂，高于一般建筑物或其他結(jié)構(gòu)，可以提供視距傳輸。在這種環(huán)境中，基站處的多徑分量限制在一個(gè)很小的角度區(qū)域內(nèi)，即角度擴(kuò)展很小，天線對(duì)網(wǎng)絡(luò)的增益最大。在密集的城市地區(qū)，無(wú)論是基站附近，還是移動(dòng)臺(tái)周圍都會(huì)有很多建筑物或障礙物，通常不存在視距傳輸。發(fā)射信號(hào)通過(guò)多條路徑到達(dá)接收機(jī)，角度擴(kuò)展很嚴(yán)重。

　　可見(jiàn)，智能天線在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)影響，與具體傳播環(huán)境相關(guān)。智能天線在角度擴(kuò)展不大的場(chǎng)合可利用接收信號(hào)之間的相關(guān)性自適應(yīng)地形成波束，在有限方向上接收信號(hào)，減少了CDMA系統(tǒng)接收到的干擾和多徑信號(hào)，從而抑制了MAI和ISI，對(duì)載干比貢獻(xiàn)較大。而不適合角度擴(kuò)展較大的場(chǎng)合，如城市高樓密集的環(huán)境下很難發(fā)揮其功效。

　　另外，智能天線功效具體實(shí)現(xiàn)與用戶的位置有關(guān)，而且智能天線的應(yīng)用和其他關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)，如動(dòng)態(tài)信道分配等，所以在用戶仿真時(shí)必須考慮智能天線在仿真中的方向圖。

　　覆蓋預(yù)測(cè)

　　由于在覆蓋預(yù)測(cè)和仿真計(jì)算中，我們側(cè)重點(diǎn)應(yīng)有所不同。覆蓋預(yù)測(cè)的目的是評(píng)估現(xiàn)有基站所能達(dá)到的覆蓋能力，相對(duì)是個(gè)靜態(tài)的結(jié)果。另外，由于TD-SCDMA系統(tǒng)相對(duì)于WCDMA系統(tǒng)呼吸效應(yīng)較小，覆蓋和容量可分別考慮，所以在覆蓋預(yù)測(cè)時(shí)，無(wú)須考慮用戶的具體行為，也就是無(wú)須動(dòng)態(tài)的智能天線的各個(gè)方向圖。關(guān)鍵是將智能天線對(duì)網(wǎng)絡(luò)載干比的增益加入計(jì)算。

　　不管是用哪一種模式來(lái)預(yù)測(cè)無(wú)線覆蓋范圍，只是基于理論和測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)的近似計(jì)算，由于實(shí)際地理環(huán)境千差萬(wàn)別，很難用一種數(shù)學(xué)模型來(lái)精確地描述，特別是城區(qū)街道中各種密集的、下規(guī)則的建筑物反射、繞射及阻擋，給數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)帶來(lái)很大困難。由于移動(dòng)環(huán)境的復(fù)雜性和多變性，要對(duì)接受信號(hào)中值進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算是相當(dāng)困難的。

　　從之前的問(wèn)題分析中我們看到無(wú)線環(huán)境的智能天線的影響可以歸結(jié)到角度擴(kuò)展上，因此我們可在大量測(cè)試的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析與統(tǒng)計(jì)處理，找出各種地形地物下的角度擴(kuò)展及其對(duì)天線增益的影響，給出的各種圖表建立數(shù)據(jù)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)中將智能天線考慮在覆蓋預(yù)測(cè)中。

　　由于覆蓋預(yù)測(cè)中不需要考慮具體的用戶行為，所以這里運(yùn)用了這種宏觀的手段來(lái)預(yù)測(cè)智能天線對(duì)覆蓋的影響。

　　在具體規(guī)劃中，一般可將地理環(huán)境劃分為下列三類典型區(qū)域：高樓林立的城市中心繁華區(qū)；以一般性建筑物為主的近郊小城鎮(zhèn)區(qū)；以山丘、湖泊、平原為主的農(nóng)村及遠(yuǎn)郊區(qū)。

　　對(duì)不同的區(qū)域設(shè)定不同角度擴(kuò)展的參數(shù)，查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中的對(duì)應(yīng)增益數(shù)據(jù)，這樣就將智能天線增益在覆蓋預(yù)測(cè)中實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然這些具體統(tǒng)計(jì)處理和數(shù)據(jù)庫(kù)將影響到工具的可靠性，因此在具體使用中應(yīng)提供給規(guī)劃工程師調(diào)整途徑，這樣就能保證規(guī)劃工具較好地實(shí)現(xiàn)智能天線對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響，又節(jié)省了時(shí)間開(kāi)發(fā)新的數(shù)據(jù)模型，從而能用較簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行預(yù)測(cè)。

　　仿真計(jì)算

　　網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)應(yīng)對(duì)用戶分布做好正確預(yù)測(cè)，合理布局基站。但應(yīng)注意到，當(dāng)用戶密度過(guò)大時(shí)，智能天線則不能很好地區(qū)分用戶，不能有效發(fā)揮其作用，規(guī)劃時(shí)須加以考慮。所以我們必須進(jìn)行仿真計(jì)算，不僅智能天線的功效發(fā)揮與用戶的具體位置行為有關(guān)，更重要的是它還與TD-SCDMA系統(tǒng)其他關(guān)鍵技術(shù)息息相關(guān)。那么，我們能否繼續(xù)使用通過(guò)角度擴(kuò)展考慮天線的增益呢？顯然不合適，因?yàn)樵诟采w預(yù)測(cè)中只是大致考慮在不同地貌環(huán)境中智能天線的不同增益。

　　而這里更多的關(guān)注用戶行為對(duì)智能天線的影響，從而預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的性能，所以規(guī)劃工具所要完成的是在MonteCarlo仿真結(jié)果上應(yīng)用智能天線的特性，并結(jié)合其結(jié)果進(jìn)行其他關(guān)鍵技術(shù)的預(yù)測(cè)，如動(dòng)態(tài)信道分配。一般來(lái)說(shuō)自適應(yīng)天線對(duì)網(wǎng)絡(luò)更有效，但切換波束天線容易實(shí)現(xiàn)。

　　前面提到了，智能天線包括自適應(yīng)天線和切換波束天線。切換波束具有有限數(shù)目的、固定的、預(yù)定義的方向圖，其天線系統(tǒng)可形成多個(gè)固定的波束，在特定的方向上提高靈敏度。它從幾個(gè)預(yù)定義的、固定波束中選擇其一，檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)越過(guò)扇區(qū)時(shí)，從一個(gè)波束切換到另一個(gè)波束。自適應(yīng)天線具有無(wú)限數(shù)目的、隨時(shí)間調(diào)整的方向圖，該技術(shù)是目前最先進(jìn)的智能天線方法，它采用多種較新的信號(hào)處理算法，可以有效地跟蹤、鎖定各種類型的信號(hào)，動(dòng)態(tài)抑制其干擾到最小，而所希望的信號(hào)最大。

　　切換波束和自適應(yīng)天線這兩種系統(tǒng)都力圖根據(jù)用戶的位置來(lái)提高增益，但是只有自適應(yīng)天線系統(tǒng)能提供優(yōu)化增益。一般而言最佳的規(guī)劃工具應(yīng)兼?zhèn)涮幚磉@兩種天線的功能。由于自適應(yīng)天線算法復(fù)雜，從實(shí)際的角度出發(fā)，建議通過(guò)切換波束的實(shí)現(xiàn)來(lái)考察智能天線對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響。原因是，各廠家的自適應(yīng)算法不同，如果廠家提供給規(guī)劃軟件開(kāi)發(fā)的話，那就另當(dāng)別論。另外我們可以利用切換波束較簡(jiǎn)便的思路和方法，對(duì)于規(guī)劃工具來(lái)說(shuō)建模更為重要，我們的目的是盡可能的逼近實(shí)際。所以通過(guò)建立與實(shí)際智能天線最為相近的切換波束天線數(shù)據(jù)庫(kù)，也就是給出每種智能天線在一定范圍內(nèi)不同方向上的智能天線的方向圖(一般按相同角度間隔給出，如下圖)。在仿真中，規(guī)劃軟件將在給不同方向的用戶應(yīng)用對(duì)應(yīng)的天線方向圖。

　　所以仿真計(jì)算中的關(guān)鍵是切換波束的天線數(shù)據(jù)庫(kù)，越精確的數(shù)據(jù)庫(kù)越能逼近天線對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響。一般我們可以通過(guò)天線廠家得到，并在實(shí)際應(yīng)用中將其調(diào)整，不斷使規(guī)劃仿真更為有效。

　　上海貝爾阿爾卡特多年來(lái)致力于推動(dòng)TD-SCDMA的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展及加速商業(yè)化進(jìn)程，已經(jīng)在產(chǎn)業(yè)化所取得的重大突破，同時(shí)在TD-SCDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方面，進(jìn)行了充分的準(zhǔn)備，為了更有效地應(yīng)用規(guī)劃軟件，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具已經(jīng)充分地考慮了TD-SCDMA系統(tǒng)采用智能天線等關(guān)鍵技術(shù)，完全有能力做好網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃并獲得準(zhǔn)確的規(guī)劃結(jié)果，為中國(guó)人自己的3G標(biāo)準(zhǔn)貢獻(xiàn)力量。