lte包-库4gtd-多天线技术介绍

第2

页MIMO天线技术介绍LTE传输模式FAD天线及小型化天线合路影响天线应用场景移动通信

通信人才网

LTE成为移动通信技术演进的主流方向GPRSEDGEeEDGEHSDPAR5MBMS4GCDMA

20001X

EV-DOHSDPAMBMSHSUPAR6HSPA+R7FDD/TDDGSMTD-SCDMAWCDMAR99CDMAIS95CDMA2000

1xLTEEV-DORev.

AEV-DORev.

B802.16

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e

802.16

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2.5G

2.75G

3G

3.5G

3.75G

3.9G

4GHSUPA移动通信技术的演进与融合移动通信

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LTEMIMO天线技术OFDM技术移动通信

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MIMO技术的发展历程Marconi利用多天线抑制信道衰落，实现大容量传输MIMO技术沿革Bell

的Foschini提出分层控释结构

BLAST，完成

MIMO信道容量理论分析AT

＆

T

的Tarokh等人在Alamouti的研究基础上提出空时分组码

STBC190819961998移动通信

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空域并行技术,提升信道容量High

SNR:–MIMOprovides

higherbit-rates

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SNR)Low

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diversity移动通信

通信人才网

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实现宽带化的

技术——MIMO技术移动通信通信人才网

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1K是信道矩阵的秩，

diag(MIMO系统的信道容量可以进一步描述为要使K增大：除了增加收发天线数目外，还需要信道尽可能不相关HHH

需要提高SIR：克服干扰

MIMO容量与实现MIMO的必要条件移动通信通信人才网

方案一

8天线

BeamformingeNB采 极化8天线阵列下行UE

2天线接收，上行轮流发射上行eNB

8天线接收，下行采用EBB算法实现波束赋形单流方案二

8天线 2x2

MIMO同极化的4天线组成某一子阵，即Ant1~Ant4和Ant5~Ant8分别构成两个子阵子阵内采用广播波束赋形两个子阵间实现MIMO双流能力强

边缘用户速率有保障

BF与MIMO结合移动通信

LTE多天线方案介绍通信人才网

方案三 4x2

MIMO双极化8天线中Ant1/Ant4/Ant5/Ant8

为间距最大的交叉极化4天线4天线实现MIMO双流相关性弱

有利于实现MIMO

方案四

Adaptive

MIMO

/

BF自适应切换准则：基于吞吐率最大原则根据信道相关性瞬时值、信干比等信息，分别估算BF和双流MIMO传输方式下各自的瞬时吞吐量，并采用瞬时吞吐量较高的

式自适应选择，有利于发挥

MIMO/BF性能优势

移动通信

LTE多天线方案介绍（续）通信人才网

MIMO天线技术介绍LTE传输模式FAD天线及小型化天线合路影响天线应用场景第11

页移动通信

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传输模式说明应用场景模式1（TM1）单天线端口主要应用于单天线传输的场合。模式2（TM2）发送分集适合于小区边缘信道情况比较复杂，干扰较大的情况，有时候也用于高速的情况。模式3（TM3）开环空分复用或发送分集可支持模式内流间自适应，适用于终端（UE）高速移动的情况。模式4（TM4）闭环空间复用或发送分集可支持模式内流间自适应，适用于信道条件较好的场合，用于提供较高的数据率传输。模式5（TM5）多用户MIMO主要用来提高小区的容量模式6（TM6）闭环空分复用主要适合于小区边缘的情况（单流）模式7（TM7）单流波束赋形单天线beamforing，主要也是小区边缘，能够有效对

。模式8（TM8）双流波束赋形可支持模式内流间自适应，可用于小区边缘也可以应用于其他场景。模式9（TM9）传输模式9LTE-A中新增加的一种模式，可以支持最大到8层的传输，主要为了提升数据传输速率。LTE下行传输模式移动通信

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移动通信

各种MIMO应用场景分析通信人才网

MIMO多天线发射分集技术把多径信号在接收端合并,提高链路抗

的能力,

亦即降低在同等平均接收信号强度下的误码率;2发2收能提供最大4阶的分集增益,使得误码率与平均信噪比的4次方成反比。|2|2|2*

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hMIMO用于分集增益的基本信道模型TXRXTX

更稳健的等效SISO

RX01002007

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4h12h移动通信

多天线技术：空间分集通信人才网

LTEMIMO-多天线技术的空间复用MIMO用于空间复用增益的基本信道模型y

H

x

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TXRXTX

2个独立的等效SISO

RX收发两端配置多个天线可构成多入多出(MIMO)信道如上左图.其平坦数学模型如上右图.如果上述H可逆,则可用接收到的y=[y1,y2]解出x=[x1,x2],这样相对于单入单出(SIMO),数据率提高了2倍!通常而言,对于M发N收,数据率相对于1发1收最高可提高min(M,N)倍.H可逆的前提是收发之间必须要有丰富的多径!

MIMO与OFDM最佳匹配12h移动通信

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空间复用技术分类在发射端和接收端同时采用多天线，可以进一步提高信噪比和/或获得分集增益。灵活实现空间复用和空间分集/波束赋形的切换和整合，需采用自适应MIMO方法。开环（Open-Loop）空间复用不管信道条件，采用固定的复用流数。由于MIMO信道的相关性有各种差异，开环空间复用的流间串扰有时很难消除，可能造成多流并行传输的性能比单天线传输还差。闭环（Close-Loop）空间复用发射端事先掌握信道的先验信息，采用适合无线信道现实条件的复用流数。可以灵活支持各种MIMO信道相关性，实现各种流数，保证空间复用的传输性能，简化接收端的干扰消除操作。移动通信

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空间复用的干扰问题可以看到：空间复用的应用效果取决于是否能有效区分多个天线，如果天线间干扰过大，甚至性能差于单天线发送。解决方法：事后处理：干扰消除（性能好的算法复杂度较高，如迭代干扰消除）事前处理：自适应MIMO（在天线相关性较高的场景，降低复用流数，甚至到单流，此时多余的天线还可以用来进行空间分集；采用预编码技术）移动通信

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空间复用的应用场景拉大天线间距也不能保证天线信道之间的低相关性，还取决于是否有足够的散射体为多个天线提供足够的信道差异：富散射环境、富绕射环境（瑞利模型）：

或/和终端周围的散射体和绕射体很多，存在相当数量的NLOS径，角度扩展较大，比较容易生成独立

的信道。观点：MIMO只能用于室内？只能用于微小区？对传统网规的

：选址的原则可能改变。移动通信

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利用阵列天线各单元发射的波之间形成

，集中能量于某个（或某些）特定方向上，形成波束。波束赋形与常规的MIMO有着本质的不同，波束赋形模型，而常规的MIMO基模型。这就意味着他们的最基于的信道假设是莱斯于的信道假设是瑞利佳工作的场景是不同的。移动通信

波束赋形基本原理（空间滤波）通信人才网

波束赋形天线圆阵智能天线阵列（用于全向小区）WiFi用智能天线双极化智能天线阵列（可使阵列宽度减半，或用于双流空间复用）0.5

0.5

0.5移动通信通信人才网

多流波束赋形基于波束赋形的空间复用传统的智能天线：每个波束占用的时频资源，1个用户占用1个波束。（TD-SCDMA采用）1个终端占用多个波束，这些波束共享相同的时频资源。多个终端占用多个波束，这些波束共享相同的的时频资源。移动通信通信人才网

空分多址的原理（

波束赋型）利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，向多个终端并向发射数据流，或从多个终端并行接收数据流，以提高用户容量。又可以称为多用户MIMO（MU-MIMO），相对单用户MIMO（SU-MIMO），空分多址可以获得更大的多用户分集增益，也更适合于用户数量较多，数据率较低的情况（如提高VoIP用户容量）。移动通信通信人才网

MIMO提高小区内用户吞吐量，Beamforming保证小区边缘用户业务质量小区

采用MIMO提升用户数据吞吐量小区边缘采用

Beamforming保证业务质量MIMO双极化天线移动通信

MIMO和Beamforming自适应技术通信人才网

下行自适应MIMO切换各种MIMO模式都有其特点和应用场景。实际通信时，由于用户的物理位置、信道环境、移动速度、业务类型等存在着很大的差异，单独使用哪种技术都不能最佳地发挥系统的性能。无线通信系统需要在不同的模式间自适应地切换，以适应信道环境等因素的改变，从而最大限度地提升系统的性能，满足用户高质量的通信要求。移动通信

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UE1UE2求出干扰UE2的特性对干扰UE2进行抑制后，对UE1进行均衡cell1cell2cell1接收两个UE的混叠信号以cell1为例UE1是cell1的目标用户UE2是cell2的目标用户SINR2Throughput2SINR1Throughput1SINR2

>

SINR1Thoughput2

>Throughput1LTE系统通过采用上行IRC技术，能有效降低终端间的干扰、提高小区的容量，进而有效提高系统的整体性能。

上行IRC技术IRC是一种具备空域滤波的分集接收算法移动通信通信人才网

MIMO天线技术介绍LTE传输模式FAD天线及小型化天线合路影响天线应用场景移动通信

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空扰TM2基本方案产品指标广播方案性能验证赋形特性基于多模化、宽带化等需求设计的FAD天线可以满足TD-LTE/TD-SCDMA网络融合应用的要求通信人才网经过暗室测试和TD-LTE规模试验验证，FAD天线可满足组网基本要求，但部分指标有待优化；目前，厂商已初步形成产品能力波束赋形水平经实际外场验证，增益明显（4～11dB），少量厂家增益水平有待优化FAD天线增强广播方案有利于解决传统静态赋形带来的各种问题，降低权值管理难度，提升覆盖效率经外场试验性能验证，FAD天线增强广播方案中的等权值方案对性能提升明显移动通信

FAD天线小结8单元6单元4单元单极化双极化机械下倾电下倾小型化、双极化、电调化、集约化是天线发展的新要求、新趋向，其中小型化的难度最大。天线小型化的技术背景移动通信

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小型化减小损耗；提高辐射效率；天线各指标间的妥协智能天线的性能与天线尺寸密切相关，在允许适当降低某些性能的情况下，一般常采用的小型化方法有：减少阵元数、缩小单元间距的方法来减小天线尺寸。天线外形尺寸的减小，必然导致某些重要性能指标的。减少阵元数：天线增益明显下降，垂直波束变宽。缩小单元间距：天线互耦增强、度变差，增益下降。小型化天线概述移动通信

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技术背景小型化高增益(15dBi)Gain:15dBi;

High:0.7m增加振子增益，减少馈电网络损耗小型化常规小型化(14dBi)Gain:14dBi;

High:0.7m通过增加振子增益，仅能提高1dB，性价比不合算G：16.5dBiH：1.4m移动通信

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总体原则：在天线长度控制在600mm前提下， FA以及FAD天线性能。分别改变以下参数：（1）天线单元分别采用常规单元和正上方增加寄生单元两种。其中寄生单元利用与馈电单元之间的近场耦合作用产生感应电流，增强天线单元的方向性，进而提高天线的增益。寄生单元常规单元带寄生的单元方案选择（一）移动通信

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用两个H形缝隙耦合振子组阵，提高单元增益方案选择（二）其专利中所述：每个双极化天线由两个天线单元构成，增益可达11~11.5dBi。这里有些概念模糊：每个天线单元包含45振子；两个天线单元应该称为阵列。通信人才网

移动通信

方案三：减小馈电损耗：馈电网络长度减小一半，损耗降低

0.5dB左右。提高辐射效率：来采用非等幅同相馈电，天线效率并非最优，现在采用等幅同相馈电，增益可提高

0.5dB左右。方案选择（三）移动通信

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孤立辐射单元分析过去的100年时间，天线专业领域大量的技术设计了成千上万种辐射单元、发表/专利数以万计。如图的一个单元在反射板上方，称为孤立单元，使用最频繁的结构形式大致有对称振子和微带贴片单元二大类仅增益这一项指标来说，常规设计结果在5~8dBi范围，如果优化结构方案进行刻意设计，增益最小可以获得4dBi或者更低，增益最大可以获得11dBi左右。移动通信通信人才网

增益达到11dBi以上。其结构形式采用经典的叠层微带贴片形式：第一层是常规设计，第二层增加带宽，第三层增强增益。目前的宽带、高增益、低剖面辐射单元大多采用了这个经典结构，并进行了一些细微的改进（比如馈电的改变）。移动通信

高增益天线振子分析IEEE

1999年的经典 ，增益达到11dBi

以上。通信人才网

阵中单个单元（请关联后文分析阵中单元增益(dBi)）1900MHz2018MHz2500MHz2600MHz2690MHzdx=75mm6.

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939.

19.

459.

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5310.

4110.

11移动通信

单元增益与阵列增益阵中的一个辐射单元（单元同上页），如图：阵中单元增益如下表，差异非常大，原因是：一个阵中单元占据的面积大致是：dx*dy对应的电尺寸是：S

=（dx/

λ）*（dy/λ）在阵中的增益仅由电尺寸面积S的正比决定，与原来孤立单元的状态基本无关。所以下表中，每一行中的变化是因为λ的变化；

每一列的变化是因为dx的变化；绿色背景框数据的无规律是因为dx/λ已经过大了，“饱和”了。通信人才网

测试路线图对比单D天线相对于大天线，小型化天线增益约低0.5dB水平半功率角窄5~10°垂直半功率角宽1°FAD天线SNR对比移动通信

规模试验网中的小型化天线通信人才网

MIMO天线技术介绍LTE传输模式FAD天线及小型化天线合路影响天线应用场景移动通信

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多系统合路的室分系统具有以下优点结构清晰、各

升级互不影响减少了运营商网络建设的重复投资简洁美观，更易与建筑设计相协调多系统合路的室分系统设计的难点对系统中设备器件的性能指标有了更高的要求设计难度较大、需要对不同系统间干扰做详尽的分析移动通信

室内系统合路分析利用室内天馈线系统工作频段的兼容性可实现多个无线通信系统合路覆盖，提供不同网络的室内大容量、高质量覆盖通信人才网

工作于相邻频段的不同无线系统间的干扰问题。如WLAN对2300-2400MHz频段TD-LTE系统的干扰在接收有用信号同时，带外的强干扰信号将引起

饱和失真三阶邻频干扰阻塞干扰多系统合路室分系统网络间干扰风险不仅对本系统产生影响，还严重影响其它无线通信系统性能，使通信质量大大降低干扰处理措施对于三阶

，应避免有源放大器的使用以减少干扰，严格限制合路器、功分器等网优类无源设备的

指标及控制接头的质量和安装质量。对于邻频干扰，WLAN设备接入天馈系统前增加滤波器以满足共存要求对于阻塞干扰，网络规划设计时应满足系统间共存

度的要求移动通信

室内系统合路分析通信人才网

网络GSMTD-SCDMATD-LTEWLAN覆盖指标RXP

CHRSRPRX-75dBm-85dBm-105dBm-75dBm原有室分系统中的合路器等设备并不一定可以同时支持多个系统的工作频段，需要将这些设备进行替换多系统合路设计分析由于不同网络在室内覆盖建设中的差异，不同网络合路建设室分系统的主要矛盾集中在天线的覆盖半径和天线口功率按照公司主营业务典型场景下覆盖半径为依据（多个主营业务时选覆盖半径最小值），通过各个系统天线口功率匹