对于大唐移动来说,MIMO即多天线技术

C114讯
3月26日早间消息作为民族通信领域领先的创新型企业,大唐移动在TD产业链中占据重要的位置,其扎实的技术功底和强大的业务能力也为人熟知。

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LTE系统物理层的基本构架建立在OFDM+MIMO的基础之上。MIMO即多天线技术,对于提高数据传输的峰值速率与可靠性、扩展覆盖、抑制干扰、增加系统容量、提升系统吞吐量有着重要作用。面对速率与频谱效率需求的不断提升,对MIMO技术的增强与优化始终是LTE系统演进的一个重要方向。

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日前,由国家知识产权局和世界知识产权组织共同主办的第十五届中国专利奖颁奖大会在京举行,大唐移动关于LTE的一项发明专利荣获“中国专利优秀奖”。该获奖专利不仅被3GPP采纳,并被写入3GPP
TS23.203标准中,而且已经被广泛应用于现网运营,产生了巨大的规模经济效益和社会效益。

面对快速来袭的移动互联网时代,大唐移动通过企业内部的不断调整,全力应对时代需求。如今,大唐移动已逐步形成了立体化的物流体系,不仅促进了企业的规模发展和服务提升,更为运营商客户的建网需求提供了有力的支撑。

多年来,大唐移动在TD-LTE多天线技术领域进行了全面布局,通过对3D
MIMO技术的产学研用一体化探索,力争引导产业界共同推进3D
MIMO系统的研究、验证、设计和标准化进程,扩大我国在多天线技术学术研究及相关产业发展领域中的影响力。

中国专利奖是我国专门对授予专利权的发明创造给予奖励的政府部门奖,得到联合国世界知识产权组织的认可,其评奖标准不仅强调专利技术水平和创新高度,也注重其在市场转化过程中的运用情况,同时还对其保护状况和管理情况提出要求。

加强“顶层设计”全力搭建物流管理平台

一、3D MIMO技术为提升LTE传输性能提供更广阔的空间

专利和标准在知识经济时代具有十分重要的意义,它一方面是自主创新的承载表现,一方面决定着产业的发展方向乃至话语权。对于大唐移动来说,长期以来在移动通信、尤其是TD领域持续专注的研发投入,成就了其在中国无线通信专利领域的地位。

多年来大唐移动始终坚持统一部署、统一推进、统一实施的物流管理体系,该体系不仅可以强化企业的内外部合作,更能保障运营商网络建设工作的顺利推进。

天线作为将承载信息的电磁波,是向无线信道馈送或是从无线信道中接收电磁信号的关键部件。天线子系统的设计方案对移动通信系统的构架、设备的尺寸以及网络部署都会带来影响。对于MIMO技术而言,更是要依赖于天线阵列所带来的空间自由度,才能展现其性能优势。

截止2013年底,大唐在全球累积申请专利超过1.6万件,获得专利授权超过6300件。其中,发明专利占比达90%,年度PCT专利申请公开量位居世界百强,且国际专利申请已进入多个国家和地区。申请专利覆盖系统组网性能、网络安全、低成本设计以及节能降耗等多个方面。标志着在3GPP的系统架构和网络设备技术研究和标准制定中,大唐移动持续占据着主导地位。

据了解,大唐移动已经构建了集约化管理的自营及第三方物流管理平台,通过有效联动工程配套材料、成品仓库、干线运输、二次配送等各个环节,确保产品生产、存放、配送等工作的顺利展开。

受限于传统的基站天线构架,现有的MIMO传输方案一般只能在水平面实现对信号空间分布特性的控制,还没有充分利用3D信道中垂直维度的自由度,更没有深层地挖掘出MIMO技术对于改善移动通信系统整体效率与性能及最终用户体验的潜能。

此外,大唐已先后承担了3个国家科技重大专项中的36个课题研究,拥有两个国家级重点实验室,这些也都将成为国内通信技术专利得天独厚的孵化平台。

按需生产提前备货,从根本上保障供货进度

随着天线设计构架的演进,AAS技术的实用化发展已经对移动通信系统的底层设计及网络结构设计思路带来巨大影响,这一发展趋势必将推动MIMO技术由传统的针对2D空间的优化设计向着更高维度的空间扩展。

移动通信领域一贯是标准选择技术,标准不仅决定着市场的主动权,更关系国家在全球科技竞争中的地位。大唐紧紧抓住了移动通信产业升级换代的战略性发展机遇,从一开始便重视参与3G移动通信标准的制定,所提交的TD-SCDMA技术先后被ITU和3GPP接纳为国际标准,并最终形成了从芯片到整机、从系统到终端的完整的产业化格局,与欧洲标准和北美标准抗衡。4G时代,大唐延续其在3G时代的专利领先优势,不但提出拥有核心技术的TD-LTE标准,并持续为LTE技术的创新发展贡献力量。
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在生产物流管理方面,大唐移动以上海松江地区为中心,建成了大型的生产物流基地。该基地集物料仓库、半成品仓库和生产车间于一体,以此为基础的供货网络可辐射100%的国内地区和国际上的大部分地区。

通过天线和MIMO技术,基站对信号空间分布特性的调整大致可分为两个层面。第一个层面是扇区级赋形,是对公共信道与公共物理信号的扇区级进行调整,即根据网络优化目标调整扇区的覆盖参数,其赋形方式并不针对某个UE的小尺度信道进行优化,而且扇区赋形的调整是一个相对静态的过程;相对应的,用户级调整则是针对每个UE所进行的UE级的动态赋形或预编码,其目的在于使每个UE的业务信道的传输与其信道特性相匹配。

针对LTE组网时间短、设备需求量大的工程建设特点,大唐移动建立了快速响应机制和风险管控制度,根据客户的个性化需求寻求和采取最快的供货方式。“通过前端与客户的广泛交流以及精准分析,我们可以及时、有效地了解到客户预期。然后我们会根据客户的需求情况以及我们原有的库存空间,合理安排生产计划。对我们来说这样的模式可以确保物料和成品设备的快速周转和运作效率的提升,对客户来说则能有效保障供货进度”,大唐移动相关负责人说。

在现有的基站天线结构中,由于物理天线端口对应于一个水平方向上排列的线性阵列,调整各物理天线端口的幅度及物理天线端口间的相对相位等效于控制信号在水平维度的分布。因此无论对扇区赋形还是UE级动态赋形而言,都可以通过天线映射模块在基带实现相关操作。

2014年,除了中国移动TD-LTE商用网络的大规模部署外,大唐移动还将展开与中国电信和中国联通的合作,针对这些工程建设,该负责人还表示:“大唐移动会始终将客户的建设计划与工程质量放在首位,我们已在提高生产线能力方面采取了专业的保障措施,制定了紧急发货机制,在产能预留、发货预留等方面也做了预案,我们有信心能够按合同要求的指标进行高标准、高质量、高效率的供货。”

但是对于每个天线端口内部所对应的一列阵子而言,由于没有相应的物理天线端口与之一一对应,因此无法在基带直接调整每个阵子的加权系数。这种情况下,信号功率在垂直维分布调整的灵活度受到了一定的限制。对于扇区赋形而言,尚可以通过对每个阵子所连接的射频电缆的时延和衰减的调节,在射频实现对下倾角的控制。或者,也可以通过机械方式调整基站天线面板的俯仰角。但是对于每个UE的业务传输而言,在垂直维就无法实现针对小尺度信道的动态优化了。

高效率产品交付渠道,提升客户满意度

换言之,按照目前的基站天线结构,LTE的MIMO传输方案只能在水平维实现对传输过程的优化,还不能完全匹配实际的三维信道,因此没有能够充分地利用信号在垂直维的自由度。此外,小区分裂或进一步的扇区分裂也是扩展系统容量的重要手段,但是受限于传统的基站天线结构,在不增加天线与射频设备的前提下无法实现垂直维度扇区化(通过下倾角划分扇区)。对于具有不同垂直角度的区域,如高层建筑的不同高度范围,往往需要多面天线来分别覆盖。

除了对产品生产的把控,大唐移动对物流配送的重视程度,同样为合作伙伴和客户的信心提供了重要的支持。经过多年的积极推进,大唐移动逐渐搭建起涵盖物流规划、物流管理、及物流运作三个层面的物流保障体系。通过整合内外部多方资源,为客户提供最优的交付方案。

针对现有基站天线结构在垂直维赋形能力的缺陷,一种自然的想法便是增加垂直维度的物理天线端口,以实现在基带对每个阵子的独立控制。有源天线系统的兴起,解决了基于现有的被动天线结构实现垂直赋形的难题,其将天线阵列中的每个辐射单元与相应的射频/数字电路模块集成在一起所构成的,是能够通过数字接口独立控制每个阵子的主动式天线阵列。

在集成打包方面,大唐移动支持用单站打包或按客户需求进行分类包装等各种发货方式。在交付运输方面,大唐移动可依托整合的多家物流资源及自身物流管理信息系统平台,提供国内各地的运输、仓储、配送、快递等物流支撑。

在有源天线系统中,基站至天线系统之间不再需要射频电缆、塔放或RRU这样的中间环节,基站设备与天线系统之间可以直接通过光纤连接。这种情况下,射频电缆这一横亘在垂直维物理天线端口开放之路上的障碍随之迎刃而解。

此外,大唐移动还配有先进的物流管理信息系统、计算机网络软硬件等信息技术手段,实现业务流程的整合,规范内部管理层次与各环节的控制。严谨高效的电子单据处理,不仅可以降低物流营运成本,同时还能使物流过程可视化,大大提升了工作效率和客户满意度。

空间自由度是MIMO技术的安身立命之本。有了AAS技术的支撑,垂直维自由度的大门已悄然向MIMO技术开启,MIMO技术中已积蓄多年的向着3D化发展的势头从此将一发而不可收,在UE级实现对信号垂直维分布的控制,充分利用信道的垂直维自由度,这对于MIMO技术而言,将是一片广阔的研究领域。

截止2013年年底,大唐移动已先后完成了TD六期的网络建设,加上LTE扩大规模试验网以及TD一期工程的2万个站,目前大唐移动的设备已遍布全国23个省的82个城市,站点总数已超过7万个基站。“未来,我们希望通过合理的资源配置和高效率的交付渠道,继续为运营商提供有保障的服务,”大唐移动相关负责人表示,“相信我们在产品生产以及交付方面的调整力度,能够增强运营商对大唐移动的信心。”
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简单来说,3D
MIMO技术在不改变现有天线尺寸的条件下,可以将每个垂直的天线阵子分割成多个阵子,从而开发出MIMO的另一个垂直方向的空间维度,进而将MIMO技术推向一个更高的发展阶段,为LTE传输技术的性能提升开拓出更广阔的空间,使得进一步降低小区间干扰、提高系统吞吐量和频谱效率成为可能。但是在实现3D
MIMO技术的过程中还有很多研究工作。

一直以来,3GPP/3GPP2均采用2D信道模型作为参考信道模型,电磁波仅通过水平方向传播。现有对3D
空间特性的建模过于理想化。需要进行3D MIMO信道建模的深入研究,通过对3D
MIMO信道进行测量,建立起科学可靠的3D
MIMO信道模型,一方面确定出合理正确的模型,另一方面基于中国的地形地貌实际给出更事宜中国场景的应用模型。

现有MIMO技术的研究仍主要针对2D信道,基于3D应用场景的反馈机制、传输方案以及相关的多用户调度算法、预编码算法、码本设计、链路自适应方案及控制信令都需要重新考虑,以充分地利用3D信道中垂直维度的自由度,更深层地挖掘出MIMO技术对于改善移动通信系统整体效率与性能及最终用户体验的巨大潜能。

二、新天线新技术突破场景覆盖限制及网络覆盖质量

虽然3D
MIMO技术的天线产品和MIMO技术本身都还不是那么成熟,但是并不妨碍产业界对其的殷切关注目光。因为,新天线和新技术的引入对于现有网络天线技术应用场景着实是一个突破。

1、3D MIMO从室外覆盖高层楼宇更经济

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