楊輝，甘浩，彭岳龍，汪玉琳( 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 00080； 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司廣東分公司，廣州 5063)

16T16R技術(shù)在3G/4G雙?；驹O(shè)計(jì)中的應(yīng)用和測(cè)試

楊輝1，甘浩2，彭岳龍2，汪玉琳2
(1 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080；2 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司廣東分公司，廣州 510623)

受限于頻段和現(xiàn)網(wǎng)站址資源，在農(nóng)村和道路場(chǎng)景下建設(shè)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)不能簡(jiǎn)單共址或新增站址。本文基于替換升級(jí)模式，詳細(xì)描述了16T16R技術(shù)應(yīng)用于中國(guó)移動(dòng)TD-SCDMA/TD-LTE雙模基站建設(shè)的設(shè)計(jì)方法與特點(diǎn)，分析了適用場(chǎng)景，并以示范基站實(shí)例展示應(yīng)用效果。

16T16R；雙模；設(shè)計(jì)；覆蓋增強(qiáng)

1 引言

隨著4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的逐步推進(jìn)，城區(qū)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已進(jìn)入優(yōu)化補(bǔ)點(diǎn)階段，而城區(qū)外的農(nóng)村和道路場(chǎng)景逐漸成為4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重點(diǎn)。目前農(nóng)村和道路場(chǎng)景的現(xiàn)網(wǎng)覆蓋主要通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)僅選取GSM部分站址實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)覆蓋。由于GSM網(wǎng)絡(luò)采用的頻段較低，覆蓋范圍較大，農(nóng)村和道路場(chǎng)景的現(xiàn)網(wǎng)站間距較大。而TD-LTE網(wǎng)絡(luò)采用的頻段較高，覆蓋能力有限，僅與現(xiàn)網(wǎng)站址共址建設(shè)，可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果不理想；若簡(jiǎn)單新增站址又可能因站間距過(guò)密產(chǎn)生重疊覆蓋，且這些場(chǎng)景下新增站址的建設(shè)難度和投資相對(duì)較高。因此，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)村和道路場(chǎng)景的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的有效覆蓋，在現(xiàn)網(wǎng)站址基礎(chǔ)上引入覆蓋增強(qiáng)技術(shù)是很有必要的。

16T16R技術(shù)是一種TD-SCDMA/TD-LTE雙模創(chuàng)新解決技術(shù)，其核心是在原基站設(shè)備上增加一個(gè)TD-LTE RRU，并與原有TD-SCDMA RRU進(jìn)行級(jí)聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)上行和下行各16通道的發(fā)射和接收，從而取得一定的多天線(xiàn)分集增益。在農(nóng)村和道路場(chǎng)景的TD-SCDMA/TD-LTE雙模基站建設(shè)中引入16T16R技術(shù)，一方面可明顯提升TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋效果，另一方面可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)站址資源的充分挖掘，降低建設(shè)難度和投資。本文重點(diǎn)講述16T16R技術(shù)應(yīng)用于TDSCDMA/TD-LTE雙?；窘ㄔO(shè)的設(shè)計(jì)方法和特點(diǎn)，并以示范基站實(shí)例展示應(yīng)用效果，最后以測(cè)試數(shù)據(jù)分析證明該技術(shù)帶來(lái)的性能提升效果。

2 16T16R技術(shù)的基本原理及優(yōu)勢(shì)

為實(shí)現(xiàn)高速率和大容量等系統(tǒng)性能優(yōu)勢(shì)，TD-LTE系統(tǒng)物理層采用MIMO技術(shù)，該技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)容量和頻譜利用率。發(fā)射端通過(guò)空時(shí)映射將要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)映射到多根天線(xiàn)上發(fā)送出去，接收端將各根天線(xiàn)接收到的信號(hào)進(jìn)行空時(shí)譯碼從而恢復(fù)出發(fā)射端發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。其中，TD-LTE系統(tǒng)下行鏈路中MIMO的天線(xiàn)基本配置是2T2R（雙發(fā)雙收），即基站與終端分別是兩根天線(xiàn)，可以理解成雙通道傳輸，這樣局域網(wǎng)的傳輸效率相對(duì)于1T1R會(huì)提高約50%。

隨著多天線(xiàn)技術(shù)的演進(jìn)，為進(jìn)一步提升系統(tǒng)容量與速率，4T4R、8T8R、16T16R技術(shù)隨之產(chǎn)生。理論上，更高的天線(xiàn)配置相對(duì)于2T2R，性能提升如下：

4T4R相對(duì)比2T2R，陣列增益提升3 dB，小區(qū)平均容量提升約18%，覆蓋半徑提升約18%；

8T8R相對(duì)比2T2R，陣列增益提升6dB，小區(qū)平均容量提升約35%，覆蓋半徑提升約26%；

16T16R相對(duì)比2T2R，陣列增益提升10 dB，小區(qū)平均容量提升約60%，覆蓋半徑提升約46%。

16T16R可實(shí)現(xiàn)上行和下行各16通道的發(fā)射和接收，具體操作是將兩副8通道天線(xiàn)以及相連的兩個(gè)RRU 部署在同一站址內(nèi)的同一扇區(qū)，同向安裝，且之間拉開(kāi)一定間距，以保證兩副8通道天線(xiàn)之間的隔離度和非相關(guān)性，同時(shí)兩副8通道天線(xiàn)和兩個(gè)RRU均為相同類(lèi)型，技術(shù)原理如圖1所示。

對(duì)于下行，16T采用兩副8天線(xiàn)聯(lián)合發(fā)送相同的下行數(shù)據(jù)，聯(lián)合發(fā)送的數(shù)據(jù)在UE 側(cè)進(jìn)行信號(hào)疊加，對(duì)于上行，16R采用兩副8天線(xiàn)聯(lián)合接收上行數(shù)據(jù)，使得功率及覆蓋半徑都大幅提升。同時(shí)，下行支持兩副8通道天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)如下功能：聯(lián)合發(fā)送CRS和下行控制信道SFBC；聯(lián)合發(fā)送PDSCH信道SFBC；聯(lián)合發(fā)送TM3雙流；聯(lián)合發(fā)送TM8雙流；聯(lián)合發(fā)送TM7/TM8單流，且支持循環(huán)時(shí)延分集功能。

圖1 16T16R技術(shù)原理圖

3 16T16R技術(shù)在TD-SCDMA/TD-LTE雙?；驹O(shè)計(jì)中的試驗(yàn)應(yīng)用

在中國(guó)移動(dòng)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)過(guò)程中，大部分TD-LTE基站與現(xiàn)網(wǎng)TD-SCDMA基站共址建設(shè)，因此TD-SCDMA/TD-LTE雙模建設(shè)模式已成為T(mén)D-LTE網(wǎng)絡(luò)的主要建設(shè)模式，目前主要分為3種，直接升級(jí)、替換升級(jí)、雙模新建。

直接升級(jí)模式：在原站點(diǎn)具備可升級(jí)的條件下，可簡(jiǎn)單升級(jí)完成TD-SCDMA/TD-LTE雙?；镜慕ㄔO(shè)，僅在BBU（無(wú)線(xiàn)基帶處理單元）增加TD-LTE主控板和TD-LTE基帶板，調(diào)整光纖連接到TD-LTE基帶板，天線(xiàn)和RRU（無(wú)線(xiàn)射頻處理單元）均無(wú)需替換；替換升級(jí)模式：在原站點(diǎn)不具備直接升級(jí)條件時(shí)，需用新設(shè)備替換現(xiàn)有設(shè)備，再進(jìn)行直接升級(jí)；雙模新建模式：新增基站共用BBU、RRU和天線(xiàn)，同步建設(shè)TDSCDMA/TD-LTE兩套系統(tǒng)。

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的3種傳統(tǒng)雙模基站建設(shè)模式的對(duì)比分析可知，每種模式均可引入16T16R技術(shù)，而實(shí)際建設(shè)中替換升級(jí)模式比例最高，因此，本節(jié)將主要基于替換升級(jí)模式，詳細(xì)描述16T16R技術(shù)應(yīng)用于TD-SCDMA/TD-LTE雙模基站建設(shè)的設(shè)計(jì)方法與特點(diǎn)，分析適用場(chǎng)景，并以示范基站實(shí)例展示應(yīng)用效果。

3.1 設(shè)計(jì)方法與特點(diǎn)

現(xiàn)階段TD-SCMDA和TD-LTE無(wú)線(xiàn)設(shè)備中，單個(gè)RRU和天線(xiàn)最大支持到8通道，為實(shí)現(xiàn)16T16R技術(shù)，基站的每個(gè)小區(qū)需使用兩套同型號(hào)8通道RRU和天線(xiàn)來(lái)進(jìn)行聯(lián)合發(fā)送和接收，且RRU和天線(xiàn)都需支持TD-SCMDA/TD-LTE雙模。

在下行方向，采用兩套8通道RRU和天線(xiàn)發(fā)射TD-LTE信號(hào)，滿(mǎn)足下行覆蓋需求，其中一套R(shí)RU和天線(xiàn)發(fā)射TD-SCMDA信號(hào)；在上行方向，采用兩套8通道RRU和天線(xiàn)接收來(lái)同時(shí)提高TD-SCMDA/TD-LTE上行覆蓋能力。16T16R技術(shù)應(yīng)用于TD-SCDMA/TD-LTE雙?；窘ㄔO(shè)的設(shè)計(jì)示意圖如圖2所示。

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，通過(guò)詳細(xì)勘察掌握基站的機(jī)房和天饋資源情況，制定16T16R技術(shù)應(yīng)用的設(shè)計(jì)方案。

在機(jī)房側(cè)，原有TD-SCDMA單塊基帶板無(wú)法實(shí)現(xiàn)雙模，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求新增TD-SCDMA/TD-LTE基帶板。

在天饋側(cè)，為保證同小區(qū)兩副天線(xiàn)的相同覆蓋水平與發(fā)射功率以及必要的空間隔離，在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下問(wèn)題：

(1) 為保證同小區(qū)的兩副天線(xiàn)的相同覆蓋水平，同小區(qū)兩套R(shí)RU和天線(xiàn)型號(hào)應(yīng)一致，天線(xiàn)同向并排安裝；

(2) 為保證同小區(qū)的兩副天線(xiàn)的相同發(fā)射功率，在設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇適當(dāng)位置安裝RRU，使小區(qū)內(nèi)兩套R(shí)RU到天線(xiàn)之間的饋線(xiàn)長(zhǎng)度一致；

(3) 為保證同小區(qū)的兩副天線(xiàn)之間的隔離度，減少下行方向可能產(chǎn)生的互調(diào)干擾，兩副天線(xiàn)需保持3～5個(gè)波長(zhǎng)的安裝間距（即F頻段需保持0.47～0.79 m的間距，D頻段需保持0.34～0.58 m的間距）。

3.2 適用場(chǎng)景及設(shè)計(jì)方案實(shí)例

16T16R技術(shù)可以提升單站覆蓋能力而達(dá)到覆蓋增強(qiáng)的目的，但適用場(chǎng)景并不能隨意選擇，比如用于密集城區(qū)則可能造成重疊覆蓋。因此，在技術(shù)原理和設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，應(yīng)著重分析并選擇該技術(shù)的適用場(chǎng)景。

圖2 16T16R技術(shù)應(yīng)用于TD-SCDMA/TD-LTE雙?；窘ㄔO(shè)的設(shè)計(jì)示意圖

3.2.1 適用場(chǎng)景

(1) 站間距較大場(chǎng)景，比如農(nóng)村和高速公路、國(guó)道、省道等道路。

場(chǎng)景主要特點(diǎn)：站址資源以GSM現(xiàn)網(wǎng)站址為主，站間距較大。僅與現(xiàn)網(wǎng)站址共址建設(shè)TD-LTE，可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果不理想；若簡(jiǎn)單新增站址又可能因站間距過(guò)密產(chǎn)生重疊覆蓋，且可能面臨建設(shè)難度和投資相對(duì)較高等問(wèn)題。

因此，在農(nóng)村和道路場(chǎng)景的局部區(qū)域，現(xiàn)網(wǎng)站間距較大而不能簡(jiǎn)單共址、又不足以簡(jiǎn)單新增站址的情況下，可采用16T16R技術(shù)，以達(dá)到保覆蓋、控投資的效果。

(2) 地勢(shì)起伏較大場(chǎng)景，比如丘陵、山區(qū)等。

場(chǎng)景主要特點(diǎn)：地勢(shì)起伏較大，無(wú)線(xiàn)傳播環(huán)境復(fù)雜，垂直方向?qū)哟屋^多，而普通天線(xiàn)的垂直波瓣寬度通常小于7，很難滿(mǎn)足該場(chǎng)景的區(qū)域覆蓋需求。

因此，在丘陵和山區(qū)場(chǎng)景的局部區(qū)域，傳統(tǒng)天饋無(wú)法滿(mǎn)足覆蓋需求情況下，可采用16T16R技術(shù)，通過(guò)設(shè)置單小區(qū)中兩副天線(xiàn)不同的下傾角和方位角，來(lái)滿(mǎn)足連續(xù)覆蓋需求。

3.2.2 設(shè)計(jì)方案實(shí)例

下面以某試點(diǎn)城市的示范基站為例，展示16T16R技術(shù)應(yīng)用于TD-SCDMA/TD-LTE雙?；窘ㄔO(shè)的實(shí)際效果。

(1) 農(nóng)村場(chǎng)景示范基站

設(shè)計(jì)背景：本基站已有GSM和TD-SCDMA系統(tǒng)。通過(guò)仿真軟件分析，若共址建設(shè)TD-LTE，則存在弱覆蓋；若新增站址，則會(huì)產(chǎn)生重疊覆蓋。因此，該基站可考慮采用16T16R技術(shù)。

設(shè)計(jì)方案：現(xiàn)有機(jī)房資源與天饋資源充足，可采用替換升級(jí)模式建設(shè)。機(jī)房側(cè)只需在TD-SCDMA主設(shè)備機(jī)框內(nèi)新增兩塊TD-LTE基帶板與一塊TD-SCDMA基帶板；天饋側(cè)需將原有三套TDSCDMA單模RRU和單模天線(xiàn)，更換為三套雙模RRU和雙模智能天線(xiàn)，再新增三套雙模RRU和雙模智能天線(xiàn)。

設(shè)計(jì)特點(diǎn)和效果：本方案設(shè)計(jì)利用16T16R技術(shù)每小區(qū)雙RRU雙天線(xiàn)聯(lián)合發(fā)送的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)同小區(qū)雙RRU提升發(fā)射功率來(lái)提升上下行覆蓋，來(lái)達(dá)到覆蓋增強(qiáng)的目的。

(2) 道路場(chǎng)景示范基站

設(shè)計(jì)背景：本基站已有GSM和TD-SCDMA系統(tǒng)，覆蓋目標(biāo)為城區(qū)到旅游景點(diǎn)的一條高速公路。該路段發(fā)射點(diǎn)間距較大，道路沿線(xiàn)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋較差，而道路經(jīng)過(guò)區(qū)域?yàn)樯絽^(qū)，新增站址選址與傳輸管線(xiàn)鋪設(shè)均存在較大困難。

設(shè)計(jì)方案：現(xiàn)有機(jī)房資源與天饋資源充足，可采用替換升級(jí)模式建設(shè)。機(jī)房側(cè)只需在TD-SCDMA主設(shè)備機(jī)框內(nèi)新增兩塊TD-LTE基帶板與一塊TD-SCDMA基帶板；天饋側(cè)需將原有三套TD-SCDMA單模RRU和單模天線(xiàn)，更換為三套雙模RRU和雙模智能天線(xiàn)，再新增三套雙模RRU和雙模智能天線(xiàn)。

設(shè)計(jì)特點(diǎn)和效果：本方案設(shè)計(jì)利用16T16R技術(shù)每小區(qū)雙RRU雙天線(xiàn)聯(lián)合發(fā)送的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)同小區(qū)雙RRU提升發(fā)射功率來(lái)提升上下行覆蓋，來(lái)達(dá)到覆蓋增強(qiáng)的目的，并降低了建設(shè)難度。圖3為16T16R技術(shù)應(yīng)

用于農(nóng)村、道路場(chǎng)景示范基站建設(shè)效果。

圖3 16T16R技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)村、道路場(chǎng)景示范基站建設(shè)效果

4 16T16R技術(shù)在不同場(chǎng)景基站應(yīng)用的性能測(cè)試

4.1 測(cè)試場(chǎng)景與測(cè)試數(shù)據(jù)

本節(jié)通過(guò)在農(nóng)村和道路兩種場(chǎng)景下對(duì)示范基站進(jìn)行雙模8T8R和雙模16T16R的覆蓋性能對(duì)比測(cè)試，如表1所示，以RSRP和SINR的變化來(lái)評(píng)估16T16R相對(duì)于8T8R的覆蓋提升效果。

測(cè)試條件及方法：(1) 進(jìn)行拉網(wǎng)測(cè)試，鄰區(qū)開(kāi)啟但不進(jìn)行業(yè)務(wù)，鎖定主測(cè)小區(qū)；測(cè)試UE進(jìn)行UDP下載，業(yè)務(wù)為滿(mǎn)Buffer；(2) 測(cè)試車(chē)以制定車(chē)速（中速）勻速在組網(wǎng)小區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行拉網(wǎng)遍歷測(cè)試，并記錄結(jié)果。

4.2 結(jié)果分析

從上述結(jié)果來(lái)看：

(1) 農(nóng)村場(chǎng)景示范基站的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，16T16R相對(duì)8T8R， RSRP有1.13 dB的提升， SINR有1.92 dB的提升；道路場(chǎng)景示范基站的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，16T16R相對(duì)8T8R，RSRP有5.55 dB的提升，SINR有1.96 dB的提升。可見(jiàn)，在農(nóng)村和道路場(chǎng)景下，16T16R相對(duì)8T8R均有一定的覆蓋性能提升。

表1 RSRP和SINR測(cè)試數(shù)據(jù)及對(duì)比

(2) 相比農(nóng)村場(chǎng)景，道路場(chǎng)景應(yīng)用16T16R技術(shù)后覆蓋性能提升更為顯著。初步分析原因?yàn)椋缆穲?chǎng)景地勢(shì)平坦、阻擋較少，無(wú)線(xiàn)傳播環(huán)境較為簡(jiǎn)單，信號(hào)傳播路徑多為直射徑，更有利于16T16R技術(shù)分集增益的體現(xiàn)；而相比之下，農(nóng)村場(chǎng)景地勢(shì)起伏較大，存在山丘和建筑物阻擋的情況，無(wú)線(xiàn)傳播環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，信號(hào)反射、衍射較多，導(dǎo)致信號(hào)在時(shí)間上產(chǎn)生較大的擴(kuò)展，一定程度上抑制了16T16R技術(shù)分集增益的體現(xiàn)。

綜上所述，在農(nóng)村和道路場(chǎng)景下TD-SCDMA/ TD-LTE雙模基站設(shè)計(jì)引入16T16R覆蓋增強(qiáng)技術(shù)，可有效提升TD-LTE系統(tǒng)的覆蓋性能；而道路場(chǎng)景相比農(nóng)村場(chǎng)景覆蓋性能提升更為顯著，更適合引入16T16R技術(shù)。

5 總結(jié)

16T16R技術(shù)是一種TD-SCDMA/TD-LTE雙模創(chuàng)新解決技術(shù)。本文基于替換升級(jí)模式，詳細(xì)描述16T16R技術(shù)應(yīng)用于TD-SCDMA/TD-LTE雙?；窘ㄔO(shè)的設(shè)計(jì)方法與特點(diǎn)，分析適用場(chǎng)景，并以示范基站實(shí)例展示應(yīng)用效果。通過(guò)在農(nóng)村和道路兩種場(chǎng)景下對(duì)示范基站進(jìn)行雙模8T8R和雙模16T16R的覆蓋性能對(duì)比測(cè)試，以RSRP和SINR的變化來(lái)評(píng)估16T16R相對(duì)于8T8R的覆蓋提升效果；證明，在農(nóng)村和道路場(chǎng)景下TD-SCDMA/TD-LTE雙?；驹O(shè)計(jì)中引入16T16R覆蓋增強(qiáng)技術(shù)，可有效提升TD-LTE系統(tǒng)的覆蓋性能；而道路場(chǎng)景相比農(nóng)村場(chǎng)景覆蓋性能提升更為顯著，更適合引入16T16R技術(shù)。

因此，可在農(nóng)村和道路場(chǎng)景的TD-SCDMA/TDLTE雙?；窘ㄔO(shè)中引入16T16R技術(shù)，該技術(shù)既可明顯提升TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋效果，又可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)站址資源的充分挖潛，降低建設(shè)難度和投資。

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Experiment application and performance test of 16T16R technology on 3G and 4G dual-mode base station design

YANG Hui1, GAN Hao2, PENG Yue-long2, WANG Yu-lin2
(1 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China; 2 China Mobile Group Design Institute Co. Ltd., Guangdong Branch, Guangzhou, 510623, China)

Limited by frequency band and station location resource, the station cannot be simply shared or increased in village or road condition in TD-LTE construction. This article based on the replacement upgrading mode to express the design method and feature of 16T16R technology on TD-SCDMA and TD-LTE dual-mode base station and analysis the performance by exact examples of suitable condition.

16T16R; dual-mode; design; coverage enhancement

TN929.5

A

1008-5599（2017）01-0054-05

2015-12-18