从智能天线与传统蜂窝基站天线比较谈TD-SCDMA.doc

西安海天天线科技股份有限公司

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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（ITU）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，是具有自主知识产权的移动通信标准。无线传输技术是决定系统性能和容量的关键技术，也是各个标准中差异最大的部分，并且任何高层的协议和应用都是以物理层为基础，为物理层服务。TD-SCDMA的物理层关键技术包括上行同步、智能天线、联合检测、信道估计和接力切换等。
在基站使用阵列天线进行收发，并且结合基带时空信号处理，可以大大改善系统的性能。在未来的第三代移动通信系统中，基站（和移动台）使用阵列天线进行时空联合自适应处理已经成为系统扩容的一个重要内容。TD-SCDMA技术的关键技术之一就是智能天线技术，从某种意义上讲，TD-SCDMA系统是基于智能天线设计的。对于其他的第三代移动通信系统，智能天线技术的引入仍然是系统性能（质量和容量）改善的重要内容。
在与大唐移动通信设备有限公司合作下，我公司开展了对TD-SCDMA系统中智能天线阵列的研发，下面将给出我们研究的结果。
1智能天线性能介绍
1.1工作原理
图1全向阵列天线
图2扇区阵列天线
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（BeamForming）（可在射频、中频或基带实现），把这种模式定义为工作模式。
图3系统工作示意图
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（SwitchingBeamArray）和跟踪波束阵列（TrackingBeamArray）。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