LTE时代的基站天线解决方案

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                 LTE时代的基站天线解决方案
一．前言
在国外，LTE（Long Term Evolution，长期演进）是3GPP组织制定的作为UMTS技术长期演进的移动通讯制式，该标准于2004年12月召开的3GPP多伦多TSG RAN#26会议上正式立项并启动；自此，LTE FDD技术在全球范围内逐步得到了发展及商用。在国内，TD-LTE（Time Division Long Term Evolution，时分长期演进）则是由我国独立自主提出的4G移动通讯制式标准，并分别于2011及2012年度成功进行两次规模试验网的测试验证，预计不久将来，在国内乃至国外将得到大规模商用。LTE FDD及TD-LTE两大制式标准都基于OFDM（正交频分复用）技术，而全球范围内的2G、3G频谱的拥挤，导致LTE时代无线频谱的分布非常离散。同时，两大标准分别支持射频端的MIMO（多入多出）及Beam-forming（波束赋型）技术，对基站天线的物理布局及性能指标提出了全新的要求。
二．TD-LTE基站天线解决方案
1. TD-LTE基站天线概述
TD-LTE基站天线延续了3G时代TD-SCDMA的主流设计理念，即8天线技术支持波束赋型。在TD-LTE的未来应用中，F（1880～1920 MHz）及D（2500～2690 MHz）频段将分别作为广覆盖及城区连续覆盖的选用频段，同时还要考虑TD-SCDMA的兼容，以及未来深度覆盖后基站天线倾角调整的需求。TD-LTE基站天线的整体形态，将体现宽带化、电调化以及独立调整的趋势。通宇通讯作为TD-SCDMA基站天线解决方案的领先供应商，应TD-LTE的发展需要，将推出一系列的基站天线新型产品。
2. 不同场景下TD-LTE基站天线选型
根据现有TD-LTE布站的特点，给出各个场景下基站天线分析及选用型号推荐。
1）场景1－密集城区F段或D段LTE单独组网
此类场景一般需要宏站覆盖，具有高密集话务量及大数据流量特点，覆盖距离一般要求500m以上，有邻区抗干扰需要。该场景可使用常规增益FAD天线（通宇型号TYDA-202616D4T0/3/6/9）及常规增益FA天线（通宇型号TYDA-2015D4T0/3/6/9）。在机械倾角调整不方便的情况下，可以使用FA电调天线（通宇型号TYDA-2015DE4，支持0～14度电大下倾）或FAD宽带电调天线（通宇型号TYDA-202616DE4，支持2～12度电下倾范围）。
2）场景2－密集城区F段LTE组网，兼容TD-SCDMA。
此类场景需求宏站覆盖，具有高密集话务量及大数据流量的特点，覆盖距离一般要求500m以上，F/A干扰严重。原有TD-SCDMA和升级后新的TD-LTE，设备提供商可能不一致。该场景可使用常规增益FAD天线、常规增益FA天线、FA电调天线。在设备商不一致的情况下，可选用F/A内置合路器天线（通宇型号TYDA-1914/2015D4T6-BC）。
3）场景3－密集城区D段LTE组网，兼容TD-SCDMA
该场景也需要宏站覆盖，有高密集话务量及大数据流量特点，覆盖距离通常要求500m以上。而D频段覆盖距离比常规F频段明显短，TD-SCDMA及升级后的D频段TD-LTE设备商可能不一致。此类场景可使用常规增益FAD天线，加外置合路器方案，也可以使用内置合路器FAD天线（通宇型号TYDA-2015/2616D4T0/3/6/9-BC）。在TD-SCDMA及TD-LTE业务量提升以后，为满足两套不同系统的网络规划及优化，需要基站天线下倾角在FA及D段做互不干扰得独立调整，这时需要用到FA/D内置合路独立电调天线（通宇型号TYDA-2015/2616DE4-BC）。
4）场景4－热点城区F或D段LTE组网，兼容TD-SCDMA，微站或街道站覆盖
微站或街道站覆盖需求是支持高密集数据流量，覆盖距离小，一般为200～300m。推荐使用小型化FAD八天线（通宇型号TYDA-202615D4T0/3/6/9，尺寸 652 * 320 * 105mm）。
还有一类场景，需要支持高密集数据流量，覆盖距离为200m左右或更低，需求场景对天馈及RRU的尺寸非常敏感，宜采用“小型化双通道RRU+小型化超薄双通道天线”解决方案，推荐使用小型化超薄型FA天线（通宇型号TDI-182010DM-A，尺寸290*100*15mm）。
5）场景5－宏站小密度F或D段LTE组网，兼容TD-SCDMA
这类场景一般分布在山村、沿海空旷地、农村或城郊结合部，其话务量及数据流量相对较小，覆盖距离1km以上。这类场景推荐使用高增益FAD天线（通宇型号TYDA-202618D4T6）以降低建站成本，F、A及D频段增益分别支持16、16.5及18dBi，为业界同类产品中增益最高。同时，为了适应网络规划需要，需要维持高增益FAD天线和常规增益FAD天线一样的垂直面波束宽度。
6）场景6－F或D段LTE组网，兼容DCS及TD-SCDMA
此类场景一般需要宏站覆盖，支持高密集话务量及数据流量，覆盖距离500m以上，同时也是GSM重要覆盖区域。该场景推荐使用宽频双通道天线（通宇型号TDJ-172718D-65PT0/3/6/9）及宽频双通道电调天线（通宇型号TDJ-172718DE-65P）。
三．FDD LTE基站天线解决方案
在全球范围内，由于传统3G制式占据了绝大多数份额，作为延续，自然LTE FDD制式的使用会比TD-LTE更加广泛。由于传统的2G、3G服务仍占主流，其频谱资源在未来很长一段时间将继续沿用，无线频谱的拥挤，导致LTE FDD制式的频谱分布在世界范围内比较零散。作为基站天线，应对LTE的发展，首要任务就是开发超宽频（1710～2690MHz）以及超双宽频天线（698～960/1710～2690MHz），这样，全部移动通讯制式包括700MHz、800MHz、900MHz、1800MHz、2.1GHz、2.3GHz、2.5GHz及2.6GHz在内全部覆盖。
LTE FDD的一大技术特点是采用了MIMO技术，客观上要求基站天线支持同频多个端口；同时，为了应对LTE发展起来后的高密度数据流量，多端口备份应付未来通讯扩容成为上佳之选。另外，海外同区域多家运营商共站共天馈的现象较为普遍，使得超宽频多端口基站天线成为LTE FDD解决方案的趋势。通宇通讯作为宽频移相器及多端口基站天线开发的领先者，应LTE FDD技术发展的需要，将推出种类繁多的超宽频多端口基站天线。
超宽频基站天线，双频天线为698～960/1710～2690MHz（通宇典型型号TDJ-609015/172717DE-65F），三频天线应不同基站天线宽度需要有肩并肩类1710～2690/698～960/1710～2690MHz（通宇典型型号TTB-609015/172717/172717DE-65F）以及共轴类698～960/1710～2690/1710～2690MHz（通宇典型型号TTB-609017/172717/172717DE-65F），四频天线有双频肩并肩类698～960/1710～2690&698～960/1710～2690MHz（通宇典型型号TDQ-609015/172717DE-65F），五频天线有一低四高1710～2690/1710～2690/698～960/1710～2690/1710～2690MHz（通宇典型型号TQB-609017/Q172717DE-60F），六频天线有三频肩并肩698～960/1710～2690/1710～2690&698～960/1710～2690/1710～2690MHz（通宇典型型号TQB-D609017/Q172717DE-60F）。同时，由于不同覆盖距离的需要，各类多端口超宽频天线拥有不同增益档的系列化产品。
四．总结
本文从国内TD-LTE及国外LTE FDD发展特点出发，简要描述了两大制式下基站天线的特点，提出两类LTE制式下基站天线的解决方案，以及通宇通讯在两类不同制式下基站天线选用的推荐型号。
作者简介：
丁勇，毕业于香港城市大学电子工程系毫米波国家重点实验室，获博士学位，现任广东通宇通讯股份有限公司技术专家兼基站天线研发部副总监。他在中国大陆地区首次提出非完整球面螺旋天线用以解决大俯仰角、低轴比方向图问题，及在世界上首次提出基于法布里谐振腔原理的平行板天线，他在移动通讯天线与射频行业分别主创2项发明、14项实用新型及13项外观专利授权，是2项国家科技重大专项的完成人，获广东省科技进步奖1项。他在国际顶尖天线学术杂志IEEE Trans. on AP上发表4篇论文，是国际权威学术杂志IET MAP及PIER & JEMWA的审稿人，并多次在国际权威学术会议上宣读及展示论文。
作者：广东通宇通讯股份有限公司 丁勇 吴中林 刘木林