在无线通信领域，对多天线技术的研究由来已久。其中天线分集、波束赋形、空分复用(MIMO)等技术已在3G和LTE网络中得到广泛应用。

多天线技术简介

根据不同的天线应用方式，常用的多天线技术简述如下。

(资料图)

上述多天线技术给网络带来的增益大致分为：更好的覆盖(如波束赋形)和更高的速率(如空分复用)。

3GPP规范中定义的传输模式

3GPP规范中Rel-9版本中规定了8种传输模式，见下表。其中模式3和4为MIMO技术，且支持模式内(发送分集和MIMO)自适应。模式7、8是单/双流波束赋形。原则上，3GPP对天线数目与所采用的传输模式没有特别的搭配要求。但在实际应用中2天线系统常用模式为模式2、3;而8天线系统常用模式为模式2、3、7或模式2、3、8。

在实际应用中，不同的天线技术互为补充，应当根据实际信道的变化灵活运用。在TD-LTE系统中，这种发射技术的转换可以通过传输模式(内/间)切换组合实现。

上行目前主流终端芯片设计仍然以单天线发射为主，对eNB多天线接收方式3GPP标准没有明确要求。

多天线性能分析

针对以上多天线技术的特点及适用场景，目前中国市场TD-LTE主要考虑两种天线配置：8天线波束赋形(单流/双流)和2天线MIMO(空分复用/发送分集)。

下行业务信道性能

下图是爱立信对上述传输模式的前期仿真结果：

在下行链路中，2、8天线的业务信道在特定传输模式下性能比较归纳如下：

8X2单流波束赋型(sbf)在小区边缘的覆盖效果(边缘用户速率)好于2X2空分复用，但小区平均吞吐速率要低于2X2 MIMO场景。

8X2双流波束赋型(dbf)的边界速率要略好于2X2天线空分复用。对于小区平均吞吐速率，在正常负荷条件下，二者性能相当。在高系统负荷条件下，8X2双流波束赋型(dbf)增益较为明显。

在实际深圳外场测试中，测试场景为典型公路环境。虽然站间距与城区环境相同，但无线传播条件更接近于郊区的特点，即空旷环境较多，信道相关性较强，有利于8天线波束赋形技术。对固定模式的测试结果与上述仿真结果基本一致;引入模式内/间切换后8天线在小区中心采用模式3，边缘则为模式7，因此在小区边缘优于2天线，小区中心相当，小区平均速率较好于2天线。值得注意的是，采用模式7的比例仅有20%左右，大多数场景采用的是模式3，即与2天线差别不大。

下行控制信道及覆盖能力

对于8天线广播信道，由于要实现全小区覆盖，波束赋形技术在业务信道的增益不复存在。通常采用引入广播权值静态赋形(65o)的方式发送。根据不同天线厂家提供的广播信道的赋形权值，其广播信道的发射功率只有总的可用功率的60%左右。因此，静态赋形的方式将导致广播信道覆盖比2天线方案差，特别是在小区边缘广播信道功率有很大损失。

针对这些问题，爱立信提出了无功率损失的增强型公共信道发送方案，有效克服了静态赋形的功率损失问题，提升广播信道的覆盖。使得8天线公共信道获得与2天线相当的覆盖能力。在深圳外场测试中，我们看到类似的现象。下图是用扫频仪在相同环境中测得的结果。从图中可以看到，2天线系统中的RSRP覆盖效果与8天线的覆盖相比主瓣方向略强，但基本相当。

上行接收方面，理论上当8天线的单元天线增益与2天线的增益相同时，会有6dB 的接收分集增益。而实际系统中，在天线长度相当时，2天线的增益往往高于相同高度的8天线的单元天线增益1.5-2.5dB左右。

例如，在进行中的TD-LTE试验网中，选用了2天线和8天线(FAD)天线方案。在同为140cm 长度的条件下，8天线(FAD)的单元天线的增益为16-17dBi，而国际上在LTE-FDD/TD-LTE 广泛应用的凯士林(Kathrein)和安德鲁(Andrew)的2天线增益均可以达到18.5dB以上。

这一差异也反映在目前的一些工程设计实践中，例如在网络设计中将2天线的增益设定为18dBi， 而8天线的单元有效增益设定为14.5 dBi。 因此，实际网络中的8天线接收和2天线接收的差异应当为3dB左右。

多天线应用场景

波束赋型在业务信道功率受限时，可以提高网络边界的下行和上行速率，适用于有视距传输(LOS)、强相关的环境，例如郊区、乡村等以覆盖为目的的环境。在城区和密集城区(站间距大约200到500米左右时)，无线传播环境复杂，杂散严重，以NLOS为主，信道相关性大大降低，此时下行波束赋型的效果大打折扣，而空分复用在该场景下有很大优势(2、8天线的空分复用无大差异)。

在规划网络覆盖时，往往以小区边界速率为设计目标。在上行边缘速率要求较高时，网络中通常是上行业务信道受限。然而在实际网络中，小区覆盖半径由终端最终是否移出服务区来判定，此时的决定因素并非是业务信道的速率而是广播信道的覆盖。具体来看：

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