TD智能天线

相关信息
积极参加TD产业
公司于2005年成为TD论坛的高级成 员单位，2006年初加入TD产业联盟 ，且于2005年4月26日派专家团参加 了在北京举行的TD论坛国际峰会， 我公司的天线技术专家薛锋章教授 会上作了《智能天线&直放站在TDSCDMA系统中的应用》的演讲，博得 与会人员的好评，同时，薛教授提 出的一些技术观点也引起了在场专 业人士的高度重视。
为什么需要使用智能天线？
FDMA TDMA CDMA
...
整个系统 的关键因 素Ec/Io
Io
BS 2 Walsh 1-63
受制于Io
BS 2 Walsh 0 Pilot
BS 1 Walsh 1-63
BS 1 Walsh 0 (Pilot)
Noise +Broadband Ext Interference
用户指向角-8°
业务波束：零点对消（25dB隔离度）
干扰指向角+29°
∝ 23dB干扰抑制 （25dB隔离度）
用户指向角-8°
业务波束：零点对消（20dB隔离度）
干扰指向角+29°
∝ 18dB干扰抑制 （20dB隔离度）
用户指向角-8°
业务波束：零点对消（15dB隔离度）
干扰指向角+29° ∝ 13dB干扰抑制 （15dB隔离度）
有智能天线 ... 9 能量只是指向有移动用
户活动的小区区域 9 手机在整个小区被跟踪
没有智能天线 ... 9 能量分布于整个小区 9 在没有移动用户活动的
区域，干扰不会下降
智能天线的优势
9 减少小区间干扰 9 降低多径干扰 9 对每一个用户，增强信噪
比
9 优化链路预算 9 增加容量和小区半径
智能天线的工作过程
TD联盟秘书长杨骅先生来我公司视察
正在主导《TD-SCDMA系统智能 天线》行业标准的制定
知识产权
1、公司一直坚持走自主研发的道路； 2、目前公司已授权专利79项，其中天线28项，另有4项天线专利报批；
其中智能天线专利有多项，主要如下： 避雷环形智能天线阵及其制造方法 CN200510033790.4 (国际PCT)； 高隔离度的智能天线阵的实现方法CN200520059683.4 (国际PCT)； 智能天线的场校准方法与装置（专利申请中）； 高幅相一致性的实现方法（专利申请中）； 定向板状智能天线阵的一种新型场校准方案（专利申请中）
2、采用京信专利【中国发明专利CN200520059683.4 ，国际PCT】技 术，定向智能天线阵的端口隔离度在工作频段优于23dB。波束在±60 度范围内扫描无盲点，所有端口的回波损耗均小于-10.0dB（ VSWR<1.92）。
常规方案：偏置避雷针 全向特性畸变
全向特性畸变
L=200mm
L=1000mm
隔离度影响的结论
¾1、扫描波束指向 影响较小；
¾2、零点对消 影响很大。导致信/干比变化，即实际自适应效果的变化；
¾3、结论： 辐射单元之间的隔离度性能指标： 1）优于30dB，性能很好，目前天线专业水平难以实现。 2）～25dB，性能优良，努力后有可能实现。 3）～20dB，性能一般，普遍能够实现。 4）～15dB，性能差，不能满足系统指标要求。
全向智能天线（例子）
结构方案:
¾ 圆环周向单元数目: Nc 4(最少)、8(标配)、…越多越好
¾ 纵向每列单元数目: Nz 与增益要求相关: 4、8、10…
¾ 周向相邻单元间距: d 特殊的设计和优化确定
设计结果:
¾ 降低各列之间的耦合度 ¾ 改善整个阵列的方向图圆度特性 ¾ 优化最大增益 ¾ 降低自适应波束的副瓣电平
频分双工 (FDD): 上行频带和下行频带分离
D DDDDDD
U U 上行 D 下行
未使用
TX RX
TX
RX
采用TDD模式的TD-SCDMA系统 由于采用的时分双工，使得智能天 线得以实施。
时分双工 (TDD): 上行频带和下行频带相同
DUDDDUUU
三上三下
时分双工 (TDD): 上行频带和下行频带相同
FDMA（频分多址）： 在每个房间内只能有一对用户相互说话（你好） TDMA（时分多址）： 在每个房间不同的时段用户可以互相说话，容量取决于时间的长短（你好×4） CDMA（码分多址）： 在每个房间用户同时互相说话，但语言不同（你好， Good Morning， O-Hi-Yo， Buon Giorno · · · · · ·），说话时面对大家，容量取决于相互之间的噪声影响程度。 SDMA（空分多址）： 在码分多址的基础上，用户说话时只面对想对话的用户，相互之间的噪声影响程度 得以减轻，容量在CDMA基础上更大。
全向智能天线波束 全向特性（广播波束）
单列方向图（单元波束）
最大增益方向图（业务波束）
对于全向覆盖的基站，其不同码道的发射波束是不同的
BCH
DwPTS G
UpPTS
TS0
TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6
两种赋形波束
得到小区覆盖的全向波束 针对用户终端的赋形波束
BCH/DwPTS必须使用全向波束，覆盖整个小区，在帧结构中使 用专门时隙 业务码道通常使用赋形波束，只覆盖个别用户
正如正弦波叠加的效果，第m个阵元
w = e 的权因子 m
j
2π λ
m∆x
cos
Φ0
选择不同的Φ0，将改变波束的所对 的角度，所以可以通过改变权值来选 择合适的方向：
∑ z(t)
=
As
(t
)
M
−1
e
−
j
2π λ
m∆x
(cosθ
−cosφ0
)
m=0
智能天线在移动通信领域的发展较为缓慢，主要因素是在FDD模式下实现 的难度较大，上下行的权函数不同。
¾假设相邻端口的隔离度为15dB。理论仿真得到，波束在±60度范围内扫描时, 在某些扫描角下驻波将大于3.0，严重影响了天线的辐射特性，甚至会出现盲 点。 ¾隔离度指标（互耦特性）是智能天线的关键指标。 ¾采用京信专利技术，单元互耦小于-23dB。波束在±60度范围内扫描时，所 有端口的回波损耗均小于-10.0dB（VSWR<1.92）,满足系统要求，无扫描盲点。
天线阵：
是一列取向相同、同极化、低增益的天线按照一定的方式排列和激励，利 用波的干涉原理产生强方向性的方向图
天线阵的排列：
一般等距，主要有等距直线排列、等距圆周排列、等距平面排列
智能天线的分类：
天线外壳
线阵、圆阵；全向阵、定向阵
天线单元 校准单元 功放 电缆及连接
¾从上行来说：基站利用智能天线对来自 移动台的多径电波进行波达估计，进行空 间滤波，与联合检测结合进行上行波束成 型 ¾从下行来说：基站利用智能天线对发射 信号进行下行波束成型，使基站发射信号 能够沿着移动台来波方向发送回移动台
功率
在不同时间天线单元的 脉冲形状
设以M元直线等距天线阵列为例：（第m个阵元） 则空域上入射波距离相差为：∆d = m ⋅ ∆x ⋅ cosθ 时域上入射波相位相差为：(2π⁄λ) ⋅ ∆d
利用了空间上距离 方位的差别导致了 各个阵元上接收信 号相位不同
Δd
θ
u 0 (t) 阵元0
u 1 (t)
18 ± 1.5 dB
13 ± 1.5 dB
C/I 抑制比 60%概率 ～ 37dB
31 ± 1.5 dB
26 ± 1.5 dB
21 ± 1.5 dB
16 ± 1.5 dB
C/I 抑制比 20%概率 ～ 37dB
34 ± 1.5 dB
29 ± 1.5 dB
24 ± 1.5 dB
19 ± 1.5 dB
阵列 数目
8 8 8
单元 增益
10.5dBi 10.5dBi 10.5dBi
广播波束 最大增益
9.0dBi 8.8dBi 8.5dBi
业务波束 最大增益
14.5dBi, 14.5dBi 14.5dBi
预置 下倾角
0度 3度 0度 3度
预置 下倾角
0度 3度 6度
京信智能天线特点
京信智能天线产品特点： 1、采用京信专利【中国发明专利CN200510033790.4 ，国际PCT】技 术，避雷针和环形智能阵一体化设计，消除了传统的避雷装置对全向 特性的影响。
用户指向角-8°
隔离度对C/I性能影响
天线隔离度 (dB)
理想情况 ∞ dB 30 dB
25dB
20 dB
15 dB
信号方向角 （度） -8°
-8°
-8°
-8°
-8°
干扰方向角 （度） +29°
+29°
+29°
+29°
+29°
C/I 抑制比 20%概率
～ 37 dB
28 ± 1.5 dB
23 ± 1.5 dB
定向智能天线阵(8单元阵) 定向智能天线阵(4单元阵)
全向智能天线阵(8单元阵)
1）定向板状智能天线（1880～1920MHz/2010~2025 MHz）
型号
阵列 数目
单元 增益
广播波束 最大增益
业务波束 最大增益
ODS-090V15NT(8-00) 8
15dBi 17.0dBi
24dBi
ODS-090V15NT(8-03) 8
DUDDDDUU
两上四下
时分双工 (TDD): 上行频带和下行频带相同
DUDDDDDU
一上五下
智能天线系统
智能天线系统
自适应信号处理算法
阵列天线
基站厂家
天线厂家
中兴、鼎桥、大唐、普天
京信、海天、通宇· · · · · ·
智能天线的分类
智能天线系统
定向板状智能天线
全向智能天线
频段： 2010~2025 / 1880~1920 / 2300~2400 端口：N（单元数）＋1（校准口） 极化方式：垂直极化 波束类型：单元波束、广播波束、业务波束
业务波束：无扫描
业务波束：±60°内波束指向扫描
0°扫描
-60° 扫描
业务波束：无零点对消
干扰指向角+29°
用户指向角-8°
业务波束：零点对消（理想状态）
干扰指向角+29°
∝ 37dB干扰抑 制
（理想状态）
用户指向角-8°
业务波束：零点对消（30dB隔离度）
干扰指向角+29°
∝ 28dB干扰抑制 （30dB隔离度）
1.23 MHz wide frequencyቤተ መጻሕፍቲ ባይዱchannel
for CDMA
SDMA 空分多址
空分多址（SDMA）的应用要求天线必须具备很好的干扰抑制能力，使得 同一个小区内的几个用户同时使用相同的信道。在传统CDMA系统的基础上把 Io降得更低，改善Ec/Io，增大系统的容量。
同一层楼上有10个房间，每个房间使用不同的频率说话
我公司专利：
上置避雷针
采用我们的专利技术，避雷针和环形智能天线阵设计成一体。由于 环形智能天线阵为轴对称结构，将避雷针置于天线顶部并和天线阵对称
轴重合，同时用导线将避雷针和天线阵下部的接地装置连接在一起 。
这样消除了传统的避雷装置对全向特性的影响。
上置避雷针仿真结果 黑色为无避雷针仿真结果
隔离度对系统性能的影响
TD-SCDMA智能天线技术培训
天馈系统事业部
2006年4月
目录
一、智能天线概述 二、京信智能天线介绍 三、京信智能天线特点 四、相关信息
智能天线概述
智能天线的历史
智能天线（SmartAntenna）最初应用于雷达、声纳及军 用通信领域。
近年来，现代数字信号处理技术发展迅速，DSP芯片处 理能力的不断提高和芯片价格的不断下降，使得利用数字技 术在基带形成天线波束成为可行，促使智能天线技术开始在 无线通信中开始应用。
15dBi
17dBi
24dBi
ODS-090V15NT(4-00) 4 ODS-090V15NT(4-03) 4
15dBi 15dBi
17dBi 17 dBi
21dBi 21dBi,
2）全向智能天线阵（2010~2025 MHz）
型号
OOS-360V08NI(8-00) OOS-360V08NI(8-03) OOS-360V08NI(8-06)
阵元1
Δx
u M-2.(.t.) 阵元M-2
uM-1 (t) 阵元M-1
Δx
智能天线阵元波束接收
经过加权后阵列输出端的信号： z ( t )
=
M −1
∑w
u
(t) =
M −1
As (t ) ∑ w
e−
2π j
m∆x
cos
θ
λ
m=0
mm
m=0
m
其中，A为增益常数，s(t)是复包络信号，wm是阵列的权因子。
业务波束
广播波束
京信智能天线介绍
1）定向板状智能天线阵 1、8天线单元高增益直线阵（单元天线增益规格为15dBi，下倾角0度） 2、8天线单元高增益直线阵（单元天线增益规格为15dBi，下倾角3度） 3、4天线单元高增益直线阵（单元天线增益规格为15dBi，下倾角0度） 4、4天线单元高增益直线阵（单元天线增益规格为15dBi，下倾角3度） 2）全向智能天线阵： 1、下倾0度8单元圆阵（单元天线增益规格为10.5dBi） 2、下倾3度8单元圆阵（单元天线增益规格为10.5dBi） 2、下倾6度8单元圆阵（单元天线增益规格为10.5dBi）