TD-SCDMA宽频双极化智能天线设备规范v1.1.0.doc

中中 国国 移移 动动 通通 信信 企企 业业 标标 准准 T TD D S SC CD DM MA A 智智能能天天线线阵阵列列设设备备规规范范 宽宽频频 双双极极化化分分册册 T T D D S S C C D D M M A A S S m m a a r r t t A A n n t t e e n n n n a a A A r r r r a a y y D D e e v v i i c c e e S S p p e e c c i i f f i i c c a a t t i i o o n n F F o o r r B B r r o o a a d d b b a a n n d d D u a l P o l a r i z a t i o n S m a r t A n t e n n a 版版本本号号 V1 0 0 中国移动通信有限公司中国移动通信有限公司 发布发布 发发布布 实实施施 QB QB 1 QB QB 目 录 1 1范围范围 2 2 2规范性引用文件规范性引用文件 2 3 3术语 定义和缩略语术语 定义和缩略语 3 4 4双极化智能天线阵列的结构 原理双极化智能天线阵列的结构 原理 4 4 1双极化智能天线的结构 4 4 2双极化智能天线的原理 4 4 3双极化智能天线支持的频段 5 5 5电气性能要求电气性能要求 5 6 6天线校准网络要求天线校准网络要求 7 7 7机械性能指标要求机械性能指标要求 8 7 1双极化智能天线端口设计要求 8 7 2双极化智能天线外部尺寸 8 7 3双极化智能天线结构要求 8 8 8环境指标要求及适应性要求环境指标要求及适应性要求 9 8 1工作环境条件 9 8 2环境适用性要求 9 9 9可靠性要求可靠性要求 9 附录附录 A A双极化智能天线应用场景建议双极化智能天线应用场景建议 9 附录附录 B B双极化智能天线各指标影响性比较双极化智能天线各指标影响性比较 10 B 1 各指标分类与对网络性能的影响 10 B 2 指标对网络性能的影响 11 附录附录 C C双极化智能天线后续发展思路双极化智能天线后续发展思路 12 C 1 双极化智能天线与 MIMO 技术的结合方案 12 C 2 MIMO 双极化智能天线在 LTE 中的发展 13 附录附录 D D电性能和环境测试测试要求电性能和环境测试测试要求 17 D 1 电性能要求 17 D 1 1 增益测量 17 D 1 2 方向图圆度 全向天线 半功率波束宽度 前后比 副瓣电平的测量 18 D 1 3 天线电下倾角测量 20 D 1 4 驻波比测量 21 D 1 5 隔离度测量 22 D 1 6 校准电路参数测量 23 D 1 7 功率容限测量 23 D 2 环境测试要求 24 2 QB QB 附录附录 E E各类天线安装指导要求各类天线安装指导要求 26 附录附录 F F检测 标志 包装 运输 贮存检测 标志 包装 运输 贮存 26 F 1 检验规则 26 F 1 1 型式检验 26 F 1 2 出厂检验 26 F 2 标志 包装 运输 贮存 27 F 2 1 标志 27 F 2 2 包装 27 F 2 3 运输 27 F 2 4 贮存 28 1 QB QB 前前 言言 本规范旨在明确中国移动通信集团公司对 TD SCDMA 双极化智能天线阵列设备的技 术要求 并为相关设备的集中采购和 TD SCDMA 网络建设提供技术参考 本规范主要包括天线电气性能 校准网络 机械性能 环境指标 可靠性要求等方面 的内容 本标准的附录 D E F 为规范性附录 附录 A B C 为资料性附录 本标准由中移动 号文件印发 本规范由中国移动通信有限公司技术部提出并归口 本规范由规范归口部门负责解释 本规范起草单位 中国移动通信研究院 本规范主要起草人 马欣 丁海煜 2 QB QB 1 1范围范围 本规范规定了移动通信基站天线的常用术语 定义 分类 电气性能 机械性能 环 境条件 试验方法 检验规则以及标志 包装 运输和贮存要求 本规范适用于工作频段为 2010 2025MHz 和 2300 2400MHz 的 TD SCDMA 移动通信 系统基站天线 本规范是中国移动通信有限公司及其子公司制定移动通信天线产品标准 在选型及工 程验收所必须遵循的基本原则和最低要求 2 2规范性引用文件规范性引用文件 下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款 凡是注日期的引用文件 其随后所有的修改单 不包括勘误的内容 或修订版均不适用于本规范 然而 鼓励根据 本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本 凡是不注日期的引用文件 其最新版本适用于本规范 GB T 2423 1 电工电子产品环境试验 试验 A 低温试验方法 GB T 2423 2 电工电子产品环境试验 试验 B 高温试验方法 GB T 2423 3 电工电子产品基本环境试验规程中试验 Ca 恒定湿热试验方法 GB T 2423 4 电工电子产品基本环境试验规程中试验 Db 交变湿热试验方法 GB T 2423 5 电工电子产品环境试验 第 2 部分 试验方法 试验 Ea 和导则 冲击 GB T 2423 6 电工电子产品环境试验 第 2 部分 试验方法 试验 Eb 和导则 碰撞 GB T 2423 8 电工电子产品环境试验规程 试验 Ed 自由跌落 GB T 2423 10 电工电子产品环境试验 第 2 部分 试验方法 试验 Fc 和导则 振动 正弦 GB T 2423 17 电工电子产品环境试验规程 试验 Ka 盐雾试验方法 GB T 2423 22 电工电子产品环境试验规程 试验 N 温度变化 GB T 2423 24 电工电子产品环境试验规程 试验 Sa 模拟地面上的太阳辐射 GB T 2423 38 电工电子产品基本环境试验规程 试验 R 水试验方法 GB 4943 2001 信息技术设备的安全 3 QB QB GB 15842 1995 移动通信设备安全要求和试验方法 Q ZX 23 011 1 2004 通讯设备电磁兼容性试验要求 总则 Q ZX 23 011 5 2004 通讯设备电磁兼容试验要求 Q ZX 23 018 1 2001 可靠性试验要求 总则 IEC 68 2 18 and QP310 1 ETSI 300 019 Environmental Engineering EE Environmental conditions and environmental tests for telecommunications equipment ETSI EN 301 489 1Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters ERM Electromagnetic Compatibility EMC standard for radio equipment and services Part 1 Common technical requirements ETSI EN 301 489 8Electromagnetic Compatibility and Radio spectrum Matters ERM Electromagnetic Compatibility EMC Standard for Radio Equipment and services ETSI ETS 300 019 1 2 设备工程 对于通信设备的环境条件和环境测试 第 1 2 部分 环境条件的分类 运送 BS EN 55022 信息技术设备 无线干扰特性 限制和测量方法 YD T 828 22 1996 数字微波传输系统中所用设备的测量方法 第2部分 地面无线接 入系统的测量 第2节 天线 YD T 1059 2004 移动通信系统基站天线技术条件 YD T 1701 1 2007 TD SCDMA 数字蜂窝移动通信网智能天线 第一部分 天线 3 3术语术语 定义 定义和缩略语和缩略语 下列术语 定义和缩略语适用于本规范 GB TGB T 94109410 确立的以及下列定义适用于本规范 3 1 全向智能天线阵 Omni directional smart antenna array 在 360 任意方位上均可进行波束扫描的天线阵列 3 2 定向智能天线阵 Directional smart antenna array 在特定方向内的方位上可进行波束扫描的天线阵列 3 3 单元波束 Element beam 天线阵列中任意辐射单元在其它所有端口都接匹配负载时所形成的方向图 4 QB QB 3 4 广播波束 Broadcast beam 天线阵列施加特定的幅度和相位激励所形成的扇区覆盖方向图 3 5 业务波束 Service beam 天线阵列施加特定的幅度和相位激励所形成的 在工作角域内具有任意波束指向扫描 并且具有高增益窄波束的方向图 3 6 隔离度 Isolation 多端口天线一个辐射端口上的入射功率与该入射功率在其它辐射端口上得到的功率之 比 本规范中增加以下定义 3 7 双极化智能天线 Dual polarization smart antenna 特指采用双极化辐射单元 组成定向或全向阵列 可以在 360 度 全向双极化智能天 线 或特定方向内 定向双极化智能天线 进行波束扫描的天线阵列 4 4双极化智能天线阵列的结构 原理双极化智能天线阵列的结构 原理 4 1双极化智能天线的双极化智能天线的结构结构 双极化智能天线是在常规单极化直线智能天线的基础上 用一组双极化辐射单元代替 原有单极化辐射单元 并且阵列数量减少为原来的一半 以达到在保持端口总数不变的前 提下 减小天线宽度的目的 双极化智能天线在工程上通常采用 45 度辐射单元的排列方式 如图 1 所示 通过这 种方式组成的双极化天线线阵 其中为同极化辐射单元数目 根据目前理论研2N N 究 仿真和测试表明 优先选择 4N d 65mm 图 1 4 列 45 度双极化直线阵排列示意图 4 2双极化智能天线的原理双极化智能天线的原理 双极化智能天线由两组具有相互正交极化方向的的辐射单元组成 每组辐射单元应满 5 QB QB 足相同的阵列特征 在理想环境中 例如微波暗室 室外极空旷场地 卫星传输无线环境等 对于接收 和发送天线都是单极化的情况 只有当来波极化方向与接收天线极化方向一致时 接收的 能量才能达到最大 当来波极化方向与接收天线极化方向不一致时 在接受过程中会产生 极化损失 当来波极化方向与接收天线极化方向正交时 接收天线就完全接收不到来波的 能量或接收到的能量极低 取决于天线的极化鉴别率 然而 电磁波在无线信道传播过程中 由于受到地表及障碍物的反射 折射 损耗 会产生极化的偏转 在无线环境比较复杂的情况下 发射天线发射的垂直极化波 在接收 端有可能偏转为水平极化波 如果接收天线仍为单一的垂直极化方式 就有可能接收不到 发射天线的信号或接收信号微弱 由于双极化智能天线采取 45 度两种极化方式 因此能够更有效地应对因环境复杂引 起的极化偏转等不利因素 同时 由于不同极化方向信道之间的相关性较弱 双极化智能 天线能够产生极化分集的效果 对于双极化智能天线而言 采用特定的智能天线赋形算法 例如 EBB 算法 完全可以 同时利用个通道 进行联合赋形 实现与常规单极化智能天线相同的波束形成和跟2N 踪功能 4 3宽频双极化智能天线支持的频段宽频双极化智能天线支持的频段 TD SCDMA 宽频双极化智能天线可支持 2010MHz 2025MHz 和 2300MHz 2400MHz 双频段 在此频段下 双极化智能天线的阵列间距为 65mmd 5 5电气性能要求电气性能要求 以定向 4 列 45 宽频双极化智能天线为例 电气指标要求如表 1 所示 表 1 定向 4 列 45 宽频双极化智能天线电气指标要求 中国移动研究院宽频双极化智能天线电气指标要求中国移动研究院宽频双极化智能天线电气指标要求 参数 单位 参数 单位 指标指标指标指标指标指标 工作频段 MHz 2010 20252300 23602360 2400 预设电下倾角 o 0 3 6 90 3 6 90 3 6 9 通通 用用 参参 数数电下倾角精度 o 1 1 1 校校 校准端口至各辐射端 口的耦合度 dB 26 2 26 2 26 2 6 QB QB 校准端口至各辐射端 口的幅度最大偏差 dB 0 7 0 7 0 7 校准端口至各辐射端 口的相位最大偏差 o 5 5 5 校准端口及辐射端口 电压驻波比 1 5 1 542mm L 42mm L 42mm L 42mm 图 3 双极化 8 天线智能天线外部接口定义示意图 7 2双极化智能天线外部尺寸双极化智能天线外部尺寸 天线长度不大于 1400mm 宽度介于 280mm 320mm 之间 天线迎风面积小于 0 45m m 7 3双极化智能天线结构要求双极化智能天线结构要求 天线结构要牢固可靠 便于安装 使用和运输 天线前后面板的组合安装必须保证优良的密封 防水 防冰性能 选择天线材料 时 应考虑防电化学腐蚀 具体要求由产品标准规定 天线的支架和调节臂等安装组件必须保证优良的防锈 防腐蚀性 设计应便于接 口防水 抱杆直径 50mm 114mm 定向天线机械夹具调整范围 水平 360 俯仰 5 10 也就是能上仰 5 度 下仰 10 度 机械调整角度指示精度 0 5 端口接头形式 7 16 DIN Female N 型 Female 9 QB QB 8 8环境指标要求及适应性要求环境指标要求及适应性要求 8 1工作环境条件工作环境条件 工作环境条件为 环境温度 40 60 极限温度 55 75 相对湿度 8 98 大气压 70 kPa 106 kPa 工作风速 110km h 极限风速 200km h 防护等级 防水 防尘等级满足 IP55 IP68 或根据使用地区具体情况改进 摄冰厚度 10mm 不被破坏 其他环境要求 防盐雾 潮湿能力 防护大气中二氧化硫腐蚀能力 防紫外线能 力 接地方式 直流接地 8 2环境适用性要求环境适用性要求 天线经环境适应性试验后 不应有形变 松动和损坏 焊接和紧固处不应有脱落 电 压驻波比不应超过常规条件下的性能规定 9 9可靠性要求可靠性要求 MTBF 100 000 小时 安装后 其固定能力可保证方向角和下倾角随环境影响累积误差不大于 0 1 度 年 附录附录 A A 双极化智能天线应用场景建议双极化智能天线应用场景建议 对于密集城区 普通城区以及郊区环境 从实测结果来看 8 单元双极化智能天线的 容量与常规 8 单元单极化智能天线的容量相当 均能达到满容量 覆盖方面在正常小区覆 盖范围内 未见明显覆盖损失 双极化智能天线的横向尺寸相对于常规单极化智能天线减 10 QB QB 少了 50 以上 在减小迎风面积 降低工程安装难度和减小普通用户对电磁辐射恐慌方面 则具有明显的优势 因此 在实际应用中 综合考虑覆盖与天线尺寸 重量以及安装等诸 多因素 优先选取 8 单元双极化智能天线类型 对于农村 海面等空旷地区 无线传播环境较为简单 双极化智能天线分集增益不明 显 覆盖能力可能弱于常规单极化智能天线 可根据工程安装要求灵活选取常规单极化智 能天线或双极化智能天线 附录附录 B B 双极化智能天线各指标影响性比较双极化智能天线各指标影响性比较 B 1 B 1 各指标分类与对网络性能的影响各指标分类与对网络性能的影响 表格 B 1 各指标分类与对网络性能的影响 1 类别类别指标指标 对网络性能对网络性能 的影响的影响 水平面半功率波束宽度 a1 广播波束增益 b 广播波束 60 度边缘功率下降 前后比 c 水平面半功率波束宽度内的电平波动 d 下部第一零点填充 e1 上部第一旁瓣抑制 e2 垂直面半功率波束宽度 a2 交叉极化比 轴向 f 广播波束 交叉极化比 60 度 校准端口到各辐射端口幅度最大偏差 类 校准端口 校准端口到各辐射端口相位最大偏差 单元增益 g1 前后比 交叉极化比 水平面半功率波束宽度 g2 校准及辐射端口电压驻波比 相邻辐射端口之间隔离度 h 单元波束 垂直面电下倾角精度 i 类 业务波束 60 度指向波束水平面副瓣电平 j 0 度指向波束水平面半功率波束宽度 0 度指向波束增益 类业务波束 60 度指向波束水平面半功率波束宽度 递减 1 注 每个类别内 排序不分先后 11 QB QB 60 度指向波束增益 0 度指向波束水平面副瓣电平 0 度前后比 60 度前后比 其他机械指标 k B 2 B 2 指标指标对网络性能的影响对网络性能的影响 1 a1 a2 水平面波束宽度 主要影响覆盖范围 不同频点应保持一致的波束宽度 垂直面波束宽度 主要影响纵向覆盖的稳定性 2 b 对于广播波束增益 直接决定小区覆盖能力 3 c 广播波束的前后比指标用来衡量天线对后向干扰的控制能力 该指标对于控制邻 小区干扰具有重要意义 4 d 半功率波束宽度内的电平波动可以影响小区内的覆盖一致性和小区边缘覆盖率 目前要求在波瓣宽度内最大最小值的误差不超过 2dB 另外 半功率波束宽度较高的频率 稳定度有利于保证工作在不同频点下网络性能的一致性 5 e1 e2 上部第一旁瓣抑制和下部第一零点填充可以有效提高天线的辐射效率 下部 第一零点填充可以改善农村 郊区的覆盖 防止出现覆盖空洞问题 6 f 轴向交叉极化比会对下行赋形和上行干扰产生一定影响 当前要求此指标不低于 20dB 考虑到后续 MIMO 系统的应用 交叉极化比等性能应严格达到指标要求 7 g1 g2 当前要求单元及校正端口驻波比值不低于 1 5 较低的单元波束宽度在不影响 覆盖的前提下 有利于降低上行接收到的邻小区干扰 8 h 辐射端口隔离度 对天线赋形有一定影响 在隔离度为 18dB 以上时影响较小 考 虑到后续 MIMO 系统的应用 异极化之间的隔离度应严格达到指标要求 9 i 电下倾精度会对覆盖产生一定影响 预置下倾精度不准确影响网络优化调整工作 10 j 业务波束水平面 60 副瓣电平会对干扰产生较大影响 11 k 天线重量 天线迎风面积 天线材质等因素会影响架设效果 间接的对网络性能 产生影响 其中 射频接口的易安装性可直接影响网络性能 统一标识可降低工程安装的 接口错误概率 12 校准网络精度会影响天线赋形的效果 12 QB QB 附录附录 C C 双极化智能天线后续发展思路双极化智能天线后续发展思路 C 1 C 1 双极化智能天线与双极化智能天线与 MIMO 技术的结合方案技术的结合方案 如果将智能天线与 MIMO 技术相结合 系统能同时获得空间分集和空间复用增益 这 种新的天馈系统不但能提供智能天线所带来覆盖增益还能通过 MIMO 技术获得 M M 为 发端或收端的最小天线数 倍的容量增益 在现有智能天线技术基础上 阵元间距 波 长 2 彼此之间存在很强的相关性 如果要弱化天线间的相关性 可以从以下两个方向 着手 空间 极化 空间复用 需将天线尽量拉开距离 以满足较低的衰落相关性 衰落相关性依赖于天 线间距和角度扩展 角度扩展即角度分布的标准差 对于宏基站来说 基站端的角度扩展 可能仅仅为几度 所以天线的水平间距拉远至 10 以上是才能基本满足信道相关性的要求 极化复用 可以采用两个相互垂直的极化方向来满足较低的衰落相关性 例如水平极 化和垂直极化 这些正交极化后的天线阵元彼此间的相关性很小 而且组合成的天线体积 会相应缩小 按照复用方法的不同 现有智能天线系统可以采用以下三种 MIMO 演进方案 基基站站 终终端端 d 基基站站 终终端端 基基站站 终终端端 智智能能天天线线分分组组拉拉远远双双极极化化智智能能天天线线分分组组复复用用 天天线线拉拉远远 d d d d 天天线线间间距距 2 2 2 24 4 1 10 0 图 C 1 智能天线 空间复用的 MIMO 演进方案 方案方案 1 天线拉远天线拉远 天线拉远方案使用阵列中相距最远的两个阵元进行信号的发送 对线性阵列而言 就 是阵元两端阵元间的距离 它决定了阵列所能取得的最大增益 此处在 BS 端 将智能天 线的几个阵元中相差最远的两个阵元做为 MIMO 的 2 根天线 在 MS 端 采用 2 根天线构 13 QB QB 成广义的 MIMO 系统 这种方案其实是可以理解为纯粹的 MIMO 空间复用方案 只不过 BS 端的两根天线距离较远 实际发送信号的两天线之间的空间相关性较弱 从而会达到更 好的空间复用效果 在这种方案中 智能天线阵列中除位于两端的两个阵元是被采用的之 外 其余几个阵元是被虚置的 方案方案 2 智能天线空间分组拉远智能天线空间分组拉远 智能天线空间分组复用 就是在基站端采用智能天线 并将基站端智能天线的 M 个阵 元分成 n 组 每组内阵元间保持 2 的间距 同时分组之间可以拉开一定的距离 通常 是几个波长 以弱化相关性 此时把每个分组可以近似看成 MIMO 系统的一根天线 与 MS 端的天线构成 MIMO 系统 从而保持了部分智能天线的天线增益 又带来 MIMO 系统 的复用增益 这种方案中 分组间距是影响系统性能的一个关键因素 因为分组之间的距 离关系到两个分组之间的相关性 另外 由于将智能天线的 M 个阵元分成了每组 M n 个 阵元的 n 个分组 相应的 天线增益会较未分组前有 n 倍的减少 这是获得复用增益所带 来的开销 方案方案 3 双极化智能天线分组复用双极化智能天线分组复用 双极化智能极化分组复用 就是在基站端采用智能天线 天线阵元按照不同的极化方 式分成两组 比如水平和垂直极化 正负 45 度极化等等 需要满足的条件就是极化方式是 彼此正交的 这样每组阵元可看作 MIMO 系统的一根天线 由于在基站端采用了正交极化 天线 在 MS 端 为了保证接收的可靠性 同样需要采用正交极化的两根天线 从而形成 广义的 2 2 MIMO 系统 采用极化分组复用这种方案 天线整体的体积会较空间分组复用 时有所减小 仿真表明 双极化分组智能天线的性能优于空间分组智能天线 同时采用极化天线又 兼有天线体积小等好处 因此对于智能天线 空间复用的 MIMO 方案 采用极化方向比采 用空间距离更为适合 C 2 C 2 MIMO 双极化智能天线在双极化智能天线在 LTE 中的发展中的发展 LTE 已确定 MIMO 方式天线个数的基本配置是下行 2 2 上行 1 2 并支持 4 2 4 4 的高阶天线配置 LTE MIMO 下行方案可分为两大类 发射分集和空间复用两 14 QB QB 大类 发射分集包括开环和闭环发射分集 开环发射分集指基站不需要了解移动传播信道 的信息 而将信号从各个发射天线上均匀地发射出去 各天线的发射权值是相同的 这时 系统实现比较简单而且分集效果不受信道变化的影响 闭环发射分集本质上是自适应的 基站通过上行信道 TDD 系统 或者通过 UE 反馈的下行信道的信息 FDD 系统 获得下 行信道的状况来调整对 UE 的最佳的发射权值 以增大 UE 接收到的信号的信躁比 开环发射分集主要考虑采用的方案为零循环延迟分集 zero delay CDD 和长循环延迟 分集 large delay CDD 等 闭环的发射分集包括 Beamforming 技术和基于预编码向量选 择的预编码技术 码书的方式 空间复用主要是依赖空间信道的独立性 在相同的频率和相同的时隙上发送并行的数 据流 以提高系统容量 LTE 下行主要是采用码书的预编码技术和无预编码的空间多路 复用传输方式 LTE 上行的多天线技术主要是考虑一发多收情况下 UE 端的天线选择和基 站接收分集 在 LTE 标准的制定过程中 智能天线和 MIMO 的结合的方式也进行了讨论 在后续 发展中支持双流的智能天线的方式 LTE 中 智能天线和 MIMO 的结合的方式主要讨论了 天线拉远的的方式 LTE 智能天线讨论采用如下的两种方式 图 C 2 LTE 中的智能天线传输方式 左图即当前的智能天线的 右图是天线组拉远的方式 可以看作 2 2 的 MIMO 与波束 成型的结合 这样 UE 使用两个天线组的相互正交的参考信号进行相干检测 由于天线组 的方式可看作 2 2 MIMO 方式 所以现有 LTE 标准中 2 2MIMO 预编码的码书在这种结合 方案中仍然适用 当前的 TD SCDMA 测试表明双极化和单极化的性能相当 在 TD SCDMA 升级到 LTE 15 QB QB 系统时 在 LTE 中单极化和双极化带来的性能变化也应该相差不大 综合考虑上述 LTE 所采用的 MIMO 和智能天线结合的方案 双极化智能天线和单极化的拉远应具有相似的性 能 具体的双极化智能天线的在 LTE 的实现可主要考虑以下方式 1 广播波束的方式 作为广播信道的基本方案 主要是考虑两组不同极化方向的天线组根据天线厂家 提供的天线参数 形成两个广播波束覆盖整个小区以获得发射分集 广播波束用 于广播小区的公共信息 由于相同极化方向的多个天线的导频经广播波束加权后 UE 只能检测到是 一个合成道频符号 所以在 UE 看来 eNodeB 端只是等效地配 置了两根天线 在广播波束的情况下 加权后的导频可插在天线端口 1 和 2 对应 的相同的导频位置 2 专用数据传输 双极化智能天线与 MIMO 结合方式 1 假设 UE 端有两根天线 eNodeB 端的每个 极化天线组可分别对准 UE 的两根天线 每个天线组可根据 UE 单根天线的上行 信道 形成单个的对准波束 整个系统就像工作在 2 2 的 LTE 的基准配置下 由 于双极化 MIMO 的两组天线组波束独立形成 所以 MIMO 预编码书方式可用来 进一步提高系统的性能 对 TDD 系统 eNodeB 根据上下行信道互易性选择确定 预编码矩阵 可直接计算或从码书中选择 如果为 FDD 系统 则需要根据公共导 频 由 UE 来确定要选择的码书索引 由于双极化结合智能天线的公共导频是加 权后的导频 UE 是否能够利用此公共导频作为码书的选择需要进一步研究 eNodeB Polarized antenna grouping 1 UE Polarized antenna grouping 2 Stream 1 Stream 2 图 C 3 双极化智能天线与 MIMO 结合方式 1 双极化智能天线与 MIMO 结合方式 2 双极化智能天线与 MIMO 结合方式 1 理论 上没有把 8 天线看作一个整体的方式形成波束的方式优 对于 LTE TDD 模式 eNodeB 根据上行完整的 8 2 的信道矩阵 应用本征值分解或 SVD 分解方法得到 16 QB QB 两个最大本征值对应的本征向量 作为下行双数据流的加权因子 对于 LTE FDD 模式 eNode B 可根据上行测量如 DOA 信息 计算形成两个权重波束 eNodeB Polarized antenna grouping 1 UE Polarized antenna grouping 2 Stream 1 Stream 2 图 C 4 双极化智能天线与 MIMO 结合方式 2 极化智能天线的闭环分集单流方式 单根天线或两根天线的情况下 根据 8 1 或 8 2 的信道矩阵 同样根据本征值分解取最大的本征值对应的向量 对数据加 权形成单个波束 由 LTE 中当前已有专用导频 DRS 设计方案 对单个波束的情 况 可把导频插在 DRS 单波束的智能天线 主要应用于提高小区覆盖 降低边 缘用户误帧率 BLER 及郊区有直射径的宏基站覆盖等场景 eNodeB Polarized antenna grouping 1 UE Polarized antenna grouping 2 Stream 图 C 5 双极化智能天线的闭环分集单流方式 极化智能天线的单双流切换 在某些情况下 需要考虑单双流的自适应切换 在反射 物较少的环境中 即使天线的极化方向不同 但是信道仍然比较相关 用户从双流复用变 为单流分集可提高传输可靠性 当用户从阴影区走出从单流状态切换到双流可提高用户吞 吐量 17 QB QB 附录附录 D D 电性能和环境测试测试要求电性能和环境测试测试要求 D 1 D 1 电性能要求电性能要求 天线增益 半功率波束宽度 前后比及副瓣电平的测量可以采用远场 紧缩场和近场 的测试方法 近场测试可以采用柱面型或球面型 无论是远场 紧缩场和近场 都鼓励采 用具有低反射电平的无回波暗室环境 以尽量消除环境和干扰的影响 本标准的叙述以常用的远场测试方法为准 D 1 1 增益测量 D 1 1 1 测量框图 源天线 被测天线 信号发生器 隔离器 接收机 增益基准天线 转接 图 D 1 天线增益测试框图 D 1 1 2 测量条件 a 被测天线与源天线具有相同的极化方式 b 被测天线和源天线之间测量距离应满足 2 D2 d2 L 1 式中 L 源天线与被测天线距离 m D 被测天线最大尺寸 m d 源天线最大辐射尺寸 m G L 18 QB QB 测试频率波长 m c 被测天线应安装于场强基本均匀的区域内 场强应预先用一个半波偶极天线 在被测天线的有效天线体积内进行检测 如果电场变化超过1 5dB 则认为试验场 是不可用的 此外 增益基准天线在两个正交极化面上测得的场强差值应小于1dB d 测量用信号发生器 接收机等测量设备和仪表应具有良好的稳定性 可靠性 动 态范围和测量精度 以保证测量数据的正确性 测量用仪表应有计量合格证 并在校验周期内 D 1 1 3 测量步骤 开始测量时 必须将被测天线和增益基准天线交替做水平和俯仰调整 以确保每一天 线在水平和俯仰上的最佳指向 使其接收的功率电平为最大 测量步骤如下 a 增益基准天线与源天线对准 通过转接 使增益基准天线与接收机相连接 此时接 收机接收功率电平为P1 dBm b 被测天线与源天线对准 通过转接 使被测天线与接收机相连 此时 接收机接收 功率电平为P2 dBm c 重复步骤 a 和 b 直至 P1 和 P2 测量的重复性达到可以接受的程度 d 被测天线某频率点的增益 G 按式 2 计算 G G0 P2 P1 N 2 式中 G0 基准天线的增益 dBi N 接收机输入端分别到被测天线和增益基准天线输出端通路衰耗的修正值 dB e 在同一个工作频带内 测量高 中 低3个频率点 取分贝最小值 f 根据电性能要求中的不同增益定义分别进行增益测试 19 QB QB D 1 2 方向图圆度 全向天线 半功率波束宽度 前后比 副瓣电平的测量 D 1 2 1 测量示意图 D 1 2 2 测量条件满足 D 1 1 2 被测天线 天线电下倾角 源天线 测试转台 图 D 2 天线方向图圆度 半功率波束宽度 前后比 副瓣电平测量示意图 D 1 2 3 测量步骤 a 被测天线垂直安装 并与源天线同极化对准 b 被测天线在测试转台上作方位旋转 并把接收到的电平作为角度的函数记录下来 得天线水平面同极化方向图F 记录天线水平面半功率波束宽度 1 轴向 最大接收电平P3 背向180 30 范围内最大接收电平P4 全向最小接收电平 P5 主波束范围以外的最大接收电平P6 c 测量结果 全向天线 方向图圆度 P3 P5 2 3 定向天线 水平面半功率波束宽度为 1 20 QB QB 前后比 P3 P4 4 副瓣电平 P6 P3 5 d 被测天线水平安装 并与源天线同极化对准 重复 b 测试过程 可以得天线垂直 面半功率波束宽度 2 e 根据电性能要求中不同的波束定义分别进行水平面或垂直面方向图的测试 D 1 3 天线电下倾角测量 D 1 3 1 测量条件满足 D 1 1 2 a 测量系统能保证收发天线等高 天线垂直安装误差小于0 2 时 天线可垂直架设 此时转台俯仰角为0 反复调整转台俯仰使天线接收到的功率电平为最大 记录这时转台 的仰角为 则天线电下倾角 t b 测量系统不能保证收发天线等高 天线垂直安装误差大于0 2 时 建议天线采用 水平架设 全向天线用一根 定向天线用一根天线正反架设 绕测试系统水平轴旋转 180 测量示意图见图 D 3 被测天线 源天线 测试转台 图 D 3 天线电下倾角测量示意图 D 1 3 2 测量步骤 a 天线作360 方位旋转 找出两个主瓣出现的位置 计算两主瓣之间的夹角分别为 3与 4 相对天线来说分别是上 下夹角 L 21 QB QB b 测量结果 天线电下倾角 t 3 4 2 6 D 1 4 驻波比测量 D 1 4 1 测量框图 D 1 4 2 测量条件 被测天线应该安装在一个相对的没有反射 并且离测试设备和测试人员相当远的自由 空间或无回波暗室 检验测试场地合格的方法如下 选择驻波比小于1 5的天线在8个相隔45 的水平方向上至少移动半个波长 且向上 向下各移动半个波长时 如驻波比测量值减1的变化小于10 则认为测试场是合格的 鼓励采用具有多个测试端口的矢量网络分析仪进行测试 以提高测试效率 网络分析仪 无回波暗室 12 n c 其它所有端口接匹配负载 4 a 无回波暗室 网络分析仪 1 2 3 n c 其它所有端口接匹配负载 4 b 图 D 4 天线驻波比测量框图 22 QB QB D 1 4 3 驻波比测量步骤 a 将被测天线安装在符合D 1 1 2测量条件的自由空间或模拟自由空间 b 按测量系统要求进行系统校准 c 将测量系统与被测天线的任意一端口相连接 如图4 a 被测天线的其余端口一 律接匹配负载 在工作频率范围内进行驻波比的测量 测试的驻波读数就是被测的 天线端口的电压驻波比 天线驻波比应为工作频带内各频点驻波比的最差值 d 重复 c 步骤 测试其它端口的驻波比 D 1 4 4 有源驻波比测量步骤 a 将被测天线安装在符合D 1 1 2测量条件的自由空间或模拟自由空间 b 按测量系统要求进行系统校准 c 将测量系统与被测天线的第i个辐射端口相连接 如图4 a 被测天线的其余端 口一律接匹配负载 在工作频率范围内进行复反射系数Sii的测量 测试的Sii读 数就是第i个辐射端口的自反射系数 d 将测量系统与被测天线的第i个和第j个辐射端口相连接 如图4 b 被测天线的 其余端口一律接匹配负载 在工作频率范围内进行传输系数Sij的测量 测试的 Sij读数就是第j个辐射端口到 i 个辐射端口的传输系数 e 重复 c d 步骤 测试完成所有端口的Sii 和Sij f 根据矩阵公式 b S a 可以求出任意幅 相激励ai对应的反射信号bi 从 而求出第i个辐射端口的复反射系数 i bi ai 根据复反射系数可以求出第i个 辐射端口相应的有源驻波比 g 求所有辐射端口有源驻波比的最大值 h 重复 f 给出扫描角为0 30 45 55 的幅 相激励ai 求相应的有 源驻波比 重复 g 求所有有源驻波比的最大值 23 QB QB D 1 5 隔离度测量 D 1 5 1 测量框图 无回波暗室 网络分析仪 1 2 3 n c 其它所有端口接匹配负载 图 D 5 天线隔离度测量框图 D 1 5 2 测量条件满足 D 1 4 2 D 1 5 3 测量步骤 同 D 1 4 4 中 a b d e 将所有测试的复数Sij值取绝对值和对数 得并求 最大值 即为隔离度指标 D 1 6 校准电路参数测量 D 1 6 1 测量框图见 D 1 5 1 D 1 6 2 测量条件满足 D 1 4 2 D 1 6 3 测量步骤 同 D 1 4 4 中 a b d e 的测试方法 测出校准口c至多个辐射端口i的传输 24 QB QB 系数Sic 将所有测试 Sic 值分别求模和求相角 将所有模曲线和相角曲线分别放在2张图 中 在相同频点上比较并分别求出最大的模 即幅度 偏差和相位偏差 D 1 7 功率容限测量 D 1 7 1 测量条件 温 度 15 35 气 压 86kPa 106kPa 相对湿度 45 75 D 1 7 2 测量步骤 被测天线与射频信号源在规定的条件下连接 给被测天线施加指定频率的规定功率 持续时间1 h 在实验过程中实时监视天线发射的功率电平 没有明显杂波 信号电平不 出现明显波动 天线不应有损坏或损伤 其驻波比满足本标准要求 D 2 D 2 环境测试要求环境测试要求 环境试验的项目 要求和方法见表4 表格 D 1 环境试验方法 名 称试验项目试验条件方 法测量内容 低 温 试 验 温度 试验样品温度稳定 时间 持续试验时间 恢复时间 温度变化速率 40 3 1 h 2 h 1 h 1 min 按GB T2423 1中 规定的方法进行 高 温 试 验 温度 试验样品温度稳定 时间 持续试验时间 恢复时间 温度变化速率 60 2 1 h 2 h 1 h 1 min 按GB T2423