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致力TD-LTE技術創新,大唐移動持續推動多天線技術發展
2015-10-15 16:03:28 來源:網絡通信中國網 作者:【
關鍵詞:TD-LTE 大唐移動
 
LTE作為第四代移動通信技術的主流技術,其性能提升的關鍵在于采用了正交頻分復用(OFDM) 和多輸入多輸出(MIMO) 這兩大核心創新技術。其中MIMO技術可通過在發送端和接收端使用多根天線進行數據的發送和接收。

  LTE作為第四代移動通信技術的主流技術,其性能提升的關鍵在于采用了正交頻分復用(OFDM) 和多輸入多輸出(MIMO) 這兩大核心創新技術。其中MIMO技術可通過在發送端和接收端使用多根天線進行數據的發送和接收。作為國內最早部署4G網絡的運營商,中國移動不遺余力地推動TD-LTE的發展和成熟。為了進一步改善用戶感知,提升TD-LTE的峰值速率和頻譜效率,大唐移動積極配合中國移動進行了一系列TD-LTE 多天線技術的研發和驗證,在推動TD-LTE多天線技術不斷發展的同時,加快TD-LTE整個產業的發展和成熟。

  1)TM8雙流波束賦形技術

  波束賦形技術是一種基于小間距天線陣列的線性預處理技術,能夠根據用戶的信道特性進行波束賦形,具有擴大覆蓋、提高系統容量、降低干擾的能力。作為TD-SCDMA的核心技術,波束賦形技術已在中國移動3G網絡中廣泛使用。因此,在LTE技術規范 Rel- 8版本中,同樣引入了單流波束賦形技術,對于提高小區平均吞吐量及邊緣吞吐量、降低小區間干擾有著重要作用。但是,面對LTE Rel- 9以及LTE-Advanced系統的更高速率需求,有必要對波束賦形技術加以擴展。以LTE定義的最大發天線數8天線為例,由多天線理論可知,8×2天線系統的單用戶MIMO至多可以同時傳輸兩個數據流,這就意味著LTE Rel- 8規范中的單流波束賦形技術并沒有充分開發信道容量。根據信道容量相關理論可知,信道容量為信噪比的對數函數,隨著信噪比提升,容量增加趨勢越來越緩;在高信噪比情況下,將某個數據流的功率降低一半并不會導致該數據流容量大幅降低,此種情況利用另一半功率來發送一個新的數據流將會極大地提升傳輸容量。因此,在單流波束賦形技術的基礎上,LTE Rel-9中新增了一種新的傳輸模式8(即TM8)。

  TM8雙流波束賦形技術應用于信號散射體比較充分的條件下,是智能天線波束賦形技術(即單流波束賦形技術)和MIMO空間復用技術的有效結合。在TD-LTE系統中,利用TDD信道的對稱性,同時傳輸兩個賦形數據流來實現空間復用,并且能夠保持傳統單流波束賦形技術的廣覆蓋、提高小區容量和減小干擾的特性,既可以提高小區邊緣用戶的可靠性,又可有效提升小區中心用戶的吞吐量。

圖 TM8傳輸模式示意

  根據調度用戶的情況不同,雙流波束賦形技術可以分為單用戶雙流波束賦形技術和多用戶雙流波束賦形技術。

  單用戶雙流波束賦形技術,由基站測量上行信道,得到上行信道狀態信息后,基站根據上行信道信息計算兩個賦形矢量,利用該賦形矢量對要發射的兩個數據流進行下行賦形。采用單用戶雙流波束賦形技術,使得單個用戶在某一時刻可以進行兩個數據流傳輸,同時獲得賦形增益和空間復用增益,可以獲得比單流波束賦形技術更大的傳輸速率,進而提高系統容量。

  多用戶雙流波束賦形技術,基站根據上行信道信息或者UE反饋的結果進行多用戶匹配,多用戶匹配完成后,按照一定的準則生成波束賦形矢量,利用得到的波束賦形矢量為每一個UE、每一個流進行賦形。多用戶雙流波束賦形技術,利用了智能天線的波束定向原理,可實現多用戶的空分多址。

  為滿足TD-LTE系統中使用8天線以及擴展波束賦形技術以提升容量的需求,中國移動和大唐移動共同推出了采用8天線配置的雙流波束賦形技術。雙流波束賦形技術的標準化進程是中國移動和大唐移動共同努力推動的過程。早在2007年和2008年,中國移動和大唐移動分別在IMT- Advanced技術組和標準子組上提交了關于雙流波束賦形技術的整體解決方案均獲得通過。而在2009年3月,由大唐移動和中國移動公司共同推動的雙流波束賦形技術在3GPP立項,次年3月標準化工作完成,并成功寫入3GPP LTE技術規范Rel-9版本中。2009年12月,大唐移動在大唐電信集團北京總部舉行了以“創新技術,成就夢想”為主題的TD-LTE新技術發布會,在業內率先發布雙流波束賦形技術,建設了TD-LTE演示網,進行了8天線雙流波束賦形技術的性能演示。經過2011年至今的多年TD-LTE網絡中測試及應用驗證,8天線雙流波束賦形技術的性能優勢已經得到充分證明。在2015年中移動集團組織的TM38自適應后評估測試中,大唐移動設備性能表現優異,現網測試效果獲得研究院相關負責人的認可。

  2)TM9多流波束賦形技術

  為了進一步提升峰值速率和頻譜效率,在TD-LTE-Advanced(Rel-10)標準中,MIMO多天線技術得到了進一步增強。基于8天線能力進行擴展,進一步定義了增強的傳輸模式9(即TM9)。傳輸模式TM9是在TM8的基礎上發展而來,其中還利用了TM8已經定義的導頻設計。TM9的主要特點是,支持下行最多8層并行傳輸層數,最大峰值頻譜效率可達30bit/s/Hz。期間引入了新的下行狀態測量導頻設計,設計支持8層數據傳輸的用戶專用導頻(Port7~Port14)。

  傳輸模式TM9適宜配合8天線使用,與TM8同樣具備波束賦形技術和空間復用兩者的優勢,既能夠保持傳統單流波束賦形技術廣覆蓋、提高小區容量和減少干擾的特性,而且更加突出的是可以有效提升小區中心用戶的吞吐量(根據多天線理論分析可知,多天線并行傳輸的層數或者說數據流數越多,其數據速率約高,增加的層數帶來的速率提升最簡單的說可以用成倍數來衡量,當然增加層數會增加一些導頻之類的開銷,但是相對于所提升的速率來說是微乎其微的。

圖 TM9傳輸模式示意

  2013年,大唐移動基于TD-LTE商用設備平臺完成了TM9多流波束賦形技術的功能開發和驗證,并率先完成工信部電信研究院MTnet實驗室TD-LTE-Advanced功能的室內測試。該測試針對TD-LTE-Advanced關鍵技術中,載波聚合和MIMO增強技術的功能與性能進行了比較充分的驗證。通過此次測試,大唐移動成為業內首家完成TM9多天線技術測試驗證的設備廠商。而在2013年北京國際信息通信展上,大唐移動針對TD-LTE-Advanced測試成果進行了展示。通過1F+4D五個20MHz載波聚合,共100MHz帶寬,以多天線增強技術TM9下行四流發送,跨頻段五載波實現了1.25Gbps超高下載速率。該項測試及演示,為后續運營商實現低成本快速部署、大規模進行F+D聯合組網,及頻段資源整合與利用,提供了有力支撐。

  3)3D MIMO技術

  空間自由度是MIMO技術的安身立命之本。有了AAS技術的支撐,垂直維自由度的大門已悄然向MIMO技術開啟,MIMO技術中已積蓄多年的向著3D化發展的勢頭從此將一發而不可收,在UE級實現對信號垂直維分布的控制,充分利用信道的垂直維自由度,這對于MIMO技術而言,將是一片廣闊的研究領域。

  簡單來說,3D MIMO技術在不改變現有天線尺寸的條件下,可以將每個垂直的天線陣子分割成多個陣子,從而開發出MIMO的另一個垂直方向的空間維度,進而將MIMO技術推向一個更高的發展階段,為LTE傳輸技術的性能提升開拓出更廣闊的空間,使得進一步降低小區間干擾、提高系統吞吐量和頻譜效率成為可能。

圖 普通扇區天線與3D MIMO天線室外覆蓋高層樓宇場景示意

  3D MIMO技術是將MIMO多天線技術推向一個更高發展階段的技術創新。3D MIMO技術通過在有源天線引入水平陣子和垂直陣子,可以在水平波束賦形的基礎上,進行垂直波束賦形,其應用典型場景及優勢在于:

  ·3D MIMO技術下,可以分裂出指向不同樓層位置的波瓣,在減少了天面建設需求的同時,也通過多個并行數據流傳輸,提高了頻率利用效率。

  ·3D MIMO技術可以針對每個天線陣子獨立調整權值,波束在垂直面跟蹤終端,降低對鄰區的干擾

  ·3D MIMO天線可實現針對不同終端的垂直面多波束,實現了垂直面空分,提升頻譜效率

  為充分發揮多天線技術可通過擴展空間傳輸維度而成倍提高信道容量的優勢,大唐移動持續在多天線技術的增強與優化方面進行研究。同時為了響應國家TD-LTE通信產業布局發展需要的號召,大唐移動與國內產業界同仁攜手,共同推動3D MIMO技術的研究發展,在測量和建立3D MIMO信道模型、建立和完善技術評估與仿真平臺、研究和提出新型的反饋設計與傳輸方案、研究和評估新型干擾控制機制、設計新型的3D MIMO天線、形成系統完整的解決方案,完成系統驗證樣機的設計和驗證等多個方面展開工作。2014年7月,大唐移動聯合業內伙伴,實現3D MIMO原型驗證,證明3D MIMO原理可行,具備應用前景。

  此外,作為IMT-2020(5G)推進組的核心成員,大唐已經在大規模天線、新型多址接入、超密集組網、高頻段通信、低時延高可靠、靈活頻譜共享等5G重點關鍵技術上取得了突破性進展。在2015年的5G峰會上,大唐不僅向業界分享了5G系統框架和關鍵技術研究的最新進展,還展出了業界首個支持128數字通道大規模天線系統的5G綜合驗證系統。該系統可驗證5G相關的通信技術和產品實現技術,如支持128和256通道的大規模天線技術、PDMA圖樣分割非正交多址接入技術、U/C分離技術、業務本地化、RAN虛擬化等。通過搭建5G關鍵技術的硬件平臺和驗證環境,大唐將進一步推動5G的技術儲備和標準研究工作,為技術走向產業夯實基礎。

  TD-LTE是由中國主導的通信技術標準,也是中國在世界范圍內爭取通信產業話語權的重要武器。隨著國內TD-LTE網絡的快速建設,4G通信技術在得到快速發展的同時也將會帶動整個產業鏈的景氣上升。大唐移動作為TD技術的發源地和我國民族通信業的主力軍,將充分利用在TD領域的技術優勢,堅持正向系統創新,通過TD-LTE關鍵技術的改進以及新技術新產品的引入提升TD-LTE網絡的整體性能,使TD-LTE商用網絡真正成為承載高數據業務的優質網絡,增強TD-LTE技術在國際市場上的競爭優勢。未來,大唐移動將繼續密切關注多天線技術研究方向,與業界同仁攜手共同推進多天線技術的優化發展。

      

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