智能天线对TD-SCDMA无线网规划设计的影响
发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:327
空分能力
如果基站信息处理能力不受限,可以设想,由于用户的位置分布不可能重合,这个空分的“址”数量巨大。然而,td-scdma智能天线目前的赋形波束并非理想的射线,存在空间分辨率问题,即以多大的空间精度区分用户,这取决于赋形波束的水平、垂直波瓣宽度。
目前td-scdma采用的智能天线的赋形波束仅在水平方向上跟随激活用户移动,即赋形波束的方位角在跟踪用户,而下倾角不变,可以看成二维空间的自动跟踪,而不是立体自动跟踪,这就造成一个问题:若采用以基站为极点的极坐标刻画该基站的覆盖区域,极角为0~360度,波束之间的干扰隔离与赋形波束的波瓣宽度、旁瓣泄漏等工程因素有关。
参考目前td-scdma采用的多个厂家的sa设备指标:公共信道不赋形,全向sa公共信道波束宽度为360度,120度板状sa公共信道波束宽度为120度;业务信道赋形,阵元数为8的全向sa赋形波束宽度为45度,阵元数为8的120度板状 sa赋形波束宽度为15度,也就是可以将覆盖区域分成8个子区域。
性能增益
(一)覆盖增益
天线对覆盖的增益作用是通过增大等效辐射功率实现的,其原理是将能量集中于一个空间或方向内,sa对覆盖的增益也是通过使能量集中于目标用户方向来获得的,然而有了上述空间分辨率问题,则需具体考虑如下工程效果,以阵元数n=8的全向sa为例:
a.当所有用户集中在45度内,赋形造成的覆盖增益最大,即理论上的10logndb=9db,其物理含义为:当所有用户位于一个赋形波束内,sa将能量集中于原来1/8的空间,能量密度增强了8倍(9db)。考虑存在非理想因素而需预留的工程裕量,还要减去2~3db,一般取为+6~+7db。
b.当用户在以基站为极点的极坐标系的极角意义上均匀分布时,比如各用户的极角以45度间隔均匀分布,由于sa将能量集中的空间不变,能量密度未增强,赋形增益理论上应为0db。
可见,“td-scdma智能天线的赋形增益(覆盖)有多大”并不是一个能给出精确回答的问题,与如下因素有关:
(1)激活用户的分布
对于集中分布的情况增益大,对于均匀分布的情况增益小,对于只有1个激活用户的情况,赋形增益可以达到工程上的最大值。
(2)赋形波束宽度
赋形波束的波瓣窄容易集中能量、减少干扰,反之则容易造成波束重叠,逻辑上的不同波束在物理上成为一个波瓣。
(3)工程因素
比如传播环境,城市中高楼林立,信号传播经历多径、反射、折射等,sa通过doa来决定赋形波束指向,但doa本身也存在空间分辨率问题,经历反射等过程后信号来波角度可能扩散。
(二)容量增益
td-scdma的sa对容量的增益指sa通过空分实现空间滤波,隔离了多用户干扰,使得系统可以满码道或接近满码道工作。
由此可以认为:在sa的一个波束内不会存在干扰降低和容量增益,结合td-scdma的业务时隙情况,若想通过sa的空分实现容量增益,需使同一个时隙的基本资源单位(bru)对应不同的赋形波束。
a.语音业务
一个语音用户占用两个bru,一个时隙有16个bru,最多可承载8个语音用户,若8个用户分布于8个波束,满码道工作理论上是可能的,但若用户集中分布,则容量增益减小,用户集中于一个sa波束则容量增益为0db。
b.数据业务
td-scdma数据业务速率跨度大,根据3gpp标准,数据用户占用1个或多个时隙,一个时隙至少占用8个bru,数据业务的最低承载速率为 64kbps,占用同一时隙的8个bru,即造成8个bru(等价于4个语音用户)集中在一个波束中,因为难以通过波束将干扰用户分开,数据业务的容量增益会大大缩小。
矛盾及解决
目前的td-scdma智能天线增益受到用户分布、波束宽度、传播环境的影响。获得覆盖增益要求用户分布集中,而获得容量增益则要求同一时隙内的用户不集中在一起,从而产生了矛盾。另外,数据业务的智能天线容量增益缩小,也导致上行数据业务容量受邻区干扰影响严重。对于td-scdma系统,正确解调的条件是信噪比高于解调门限,由于用户间的相互干扰,就会形成最大极限容量。要增加本扇区用户容量,就需要降低扇区间干扰;而在各扇区负荷相同时,同样频率复用方式下的扇区间干扰就会存在下
空分能力
如果基站信息处理能力不受限,可以设想,由于用户的位置分布不可能重合,这个空分的“址”数量巨大。然而,td-scdma智能天线目前的赋形波束并非理想的射线,存在空间分辨率问题,即以多大的空间精度区分用户,这取决于赋形波束的水平、垂直波瓣宽度。
目前td-scdma采用的智能天线的赋形波束仅在水平方向上跟随激活用户移动,即赋形波束的方位角在跟踪用户,而下倾角不变,可以看成二维空间的自动跟踪,而不是立体自动跟踪,这就造成一个问题:若采用以基站为极点的极坐标刻画该基站的覆盖区域,极角为0~360度,波束之间的干扰隔离与赋形波束的波瓣宽度、旁瓣泄漏等工程因素有关。
参考目前td-scdma采用的多个厂家的sa设备指标:公共信道不赋形,全向sa公共信道波束宽度为360度,120度板状sa公共信道波束宽度为120度;业务信道赋形,阵元数为8的全向sa赋形波束宽度为45度,阵元数为8的120度板状 sa赋形波束宽度为15度,也就是可以将覆盖区域分成8个子区域。
性能增益
(一)覆盖增益
天线对覆盖的增益作用是通过增大等效辐射功率实现的,其原理是将能量集中于一个空间或方向内,sa对覆盖的增益也是通过使能量集中于目标用户方向来获得的,然而有了上述空间分辨率问题,则需具体考虑如下工程效果,以阵元数n=8的全向sa为例:
a.当所有用户集中在45度内,赋形造成的覆盖增益最大,即理论上的10logndb=9db,其物理含义为:当所有用户位于一个赋形波束内,sa将能量集中于原来1/8的空间,能量密度增强了8倍(9db)。考虑存在非理想因素而需预留的工程裕量,还要减去2~3db,一般取为+6~+7db。
b.当用户在以基站为极点的极坐标系的极角意义上均匀分布时,比如各用户的极角以45度间隔均匀分布,由于sa将能量集中的空间不变,能量密度未增强,赋形增益理论上应为0db。
可见,“td-scdma智能天线的赋形增益(覆盖)有多大”并不是一个能给出精确回答的问题,与如下因素有关:
(1)激活用户的分布
对于集中分布的情况增益大,对于均匀分布的情况增益小,对于只有1个激活用户的情况,赋形增益可以达到工程上的最大值。
(2)赋形波束宽度
赋形波束的波瓣窄容易集中能量、减少干扰,反之则容易造成波束重叠,逻辑上的不同波束在物理上成为一个波瓣。
(3)工程因素
比如传播环境,城市中高楼林立,信号传播经历多径、反射、折射等,sa通过doa来决定赋形波束指向,但doa本身也存在空间分辨率问题,经历反射等过程后信号来波角度可能扩散。
(二)容量增益
td-scdma的sa对容量的增益指sa通过空分实现空间滤波,隔离了多用户干扰,使得系统可以满码道或接近满码道工作。
由此可以认为:在sa的一个波束内不会存在干扰降低和容量增益,结合td-scdma的业务时隙情况,若想通过sa的空分实现容量增益,需使同一个时隙的基本资源单位(bru)对应不同的赋形波束。
a.语音业务
一个语音用户占用两个bru,一个时隙有16个bru,最多可承载8个语音用户,若8个用户分布于8个波束,满码道工作理论上是可能的,但若用户集中分布,则容量增益减小,用户集中于一个sa波束则容量增益为0db。
b.数据业务
td-scdma数据业务速率跨度大,根据3gpp标准,数据用户占用1个或多个时隙,一个时隙至少占用8个bru,数据业务的最低承载速率为 64kbps,占用同一时隙的8个bru,即造成8个bru(等价于4个语音用户)集中在一个波束中,因为难以通过波束将干扰用户分开,数据业务的容量增益会大大缩小。
矛盾及解决
目前的td-scdma智能天线增益受到用户分布、波束宽度、传播环境的影响。获得覆盖增益要求用户分布集中,而获得容量增益则要求同一时隙内的用户不集中在一起,从而产生了矛盾。另外,数据业务的智能天线容量增益缩小,也导致上行数据业务容量受邻区干扰影响严重。对于td-scdma系统,正确解调的条件是信噪比高于解调门限,由于用户间的相互干扰,就会形成最大极限容量。要增加本扇区用户容量,就需要降低扇区间干扰;而在各扇区负荷相同时,同样频率复用方式下的扇区间干扰就会存在下
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