【摘要】论文简单介绍TD-LTE波束赋形技术原理，并依据正在进行的中国移动TD-LTE规模试验网工程的相关测试数据，结合理论分析，对波束赋形技术的测试相关结果进行论述，列举了波束赋形技术在规模测试中的表现，对规模测试数据进行了对比总结，也简述了规模测试中遇到的相关问题。
【关键词】通信技术；波束赋形；规模测试；TD-LTE；测试数据
1.波束赋形技术
1.1 技术简介
波束赋形技术，是基于智能天线，利用空间信道的强相关性和电磁波的干涉原理，在某一特定方向上产生较强辐射的技术。因其具有方向性，产生了波束赋形增益，从而增加了接收信号的信噪比，提高了系统容量和覆盖范围。
1.2 技术原理
在智能天线中，每扇区存在多个阵元，每个阵元可以看作是一副传统意义上的天线。由于智能天线的尺寸有限，阵元之间的间隔较小（通常小于一个载波波长），因此在发射信号时，阵元与阵元之间的信号会产生较强的干涉，也就是说，它们有较强的相关性。这时我们会发现：多个阵元同时发射的信号，在某些方向上出现信号衰减现象，而在另一些方向上出现信号增强现象。下图为参考文献[1]中的波束赋形原理图，两列波的相位差dsinθ随着角度θ的变化而变化，两列波的叠加效果在某些角度上振幅增强，在某些方向上振幅减弱。
图1.2 波束赋形原理图
因此，利用智能天线的信号叠加现象，我们可以根据检测到的信道条件，适当控制每个阵元的加权系数，就可以在特定方向上得到加强信号，同时也能减小其他方向上的信号强度。利用这种方法得到的信号增益，叫做波束赋形增益。智能天线技术中，因为有了波束赋形增益，提高了接收信号的信噪比，降低了对其他方向上终端的干扰。
2.波束赋形技术在规模测试中的表现
2.1 波束赋型增益测试
2.1.1 测试说明
波束赋形增益测试主要考察直射条件和绕射条件下，测试基站的近距点、中距点和远距点的赋形增益情况，同时还考察不同车速情况下各点的赋形增益。在测试过程中，终端一直做数据下载业务，并记录各点所对应的吞吐量。
2.1.2 理论分析
在测试中，波束赋形增益由DRS RSRP与CRS RSRP的差值求得。
在LTE系统中，为了进行信道估计、信道质量检测和解调，需要使用参考信号（Reference Signal），简称RS，就是我们常说的导频信号。RS分为下行和上行两类。
CRS（Cell-Specific Reference Symbols）小区特定参考信号，是下行参考信号，用于下行传输技术的信道估计和相关解调。CRS是一种公共参考信号，以广播方式供小区内的所有终端使用。
DRS（Dedicated Reference Signal）专用参考信号是下行参考信号，只在应用了波束赋形技术的时候发送。DRS在天线端口5上发送，其设计目标是从第4个OFDM符号到第14个OFDM符号（在一个子帧内）的区域内均匀分布。
在本次规模测试中，用到的智能天线阵元间距为0.7λ，即使使用波束赋形技术，仍然无法保证绕射场景的良好信号覆盖。因此，就理论分析，其他条件相似的情况下，直射场景的赋形增益应大于绕射场景的赋形增益。
另外，波束赋形主要对小区边缘区域影响较大，理论情况下，远距点的赋形增益应该最大，中距点次之，近距点最小。
2.1.3 测试结果
具体测试结果请参照表2.2。
由于本次规模测试的保密性，上表中的数据数值在测试数值基础上做了加权运算，仅供对比参考。
为了对比分析，我们特地测试了传输模式2（TM2：发射分集模式，没有应用波束赋形技术）下同场景的数据。由上表可知，本次测试结果基本符合理论分析。
2.1.4 建设建议
在实际建设中，基站支持TM3（开环空间复用）和TM7自适应切换模式。切换条件为CQI值，一般设置门限为8和10（低于8时由TM3切换到TM7，高于10时由TM7切换到TM3）。从测试结果可知，TM7模式在干扰较大的区域优势明显，建议建设初期选用自适应切换模式，门限设置为8和10，对于底噪较高的区域，可适当降低门限值。
2.2 Sounding配置对性能的影响测试
2.2.1 测试说明
在本次测试过程中，天线传输模式需固定在模式7（TM7）上。Sounding配置在带宽上分为96RB（全带宽）和32RB；在发送周期上分为10ms和40ms。本测试还应考察不同速率下Sounding配置对网络性能的影响。另外，如果Sounding支持hopping方式，还应考察hopping模式和非hopping模式的性能对比，本测试中只涉及到非hopping模式。
2.2.2 理论分析
Sounding全称为Sounding Reference Signal，即探测参考信号，简称SRS。
由于DMRS（解调参考信号，上行信号，用于上行信道估计）只在终端传输数据的带宽内出现，使得eNodeB无法对不传输数据的带宽进行信道估计，也就无法进行频率选择性调度。为了实现频率选择性调度，终端需要对更大的带宽进行探测，这种探测带宽通常远大于终端传输数据的带宽，以确保eNodeB在进行频率选择性调度时将最优资源分配给终端。出于这种考虑，LTE系统应用SRS进行上行信道质量探测。
SRS是一种“宽带的”参考信号。多个用户的SRS可以采用分布式FDM的方式复用在一起，可以用来做上行信道质量探测或上行同步等。SRS在子帧内的最后一个符号上传输，与DRS互不影响（TD-LTE每子帧长度为1ms，包含7个OFDM符号）。在被网络侧配置成发送SRS的子帧上，为避免不同用户之间的SRS和PUSCH数据之间的相互干扰，LTE规定相应子帧的最后一个符号不能被任何的终端用来发送PUSCH数据。
在本次规模测试中，对SRS的10ms周期和40ms周期进行了对比测试。SRS的发送周期可以为2/5/10/20/40/80/160/320ms，理论上发送周期越小，对信道的探测就越精确，eNodeB对信道质量的掌控度就越强，波束赋形效果也就越好。
在带宽对比上，本次规模测试采用96RB和32RB两种对比模式。理论上SRS探测的带宽越大，波束赋形效果也就越好。
对于移动速度，由于牵扯因素较多，暂时无法进行理论分析。
2.2.3 测试结果
具体测试结果请参照表2.3。
表2.3数据也只做对比参考。
就测试结果看，10ms周期的吞吐量略高于40ms周期，符合理论分析。但96RB的数据和32RB的数据基本相同，这是由于本次测试的终端只有1部，该终端占用了测试小区内的所有带宽资源进行数据传输，因此SRS的带宽配置并未反映出其理论期望。
2.2.4 建设建议
在实际建设中，鉴于建设初期用户不会出现爆发式增长，建议SRS带宽为96RB，周期为10ms。等到用户发展到一定规模后，可修改SRS带宽为32RB，周期为40ms，以减少SRS开销。另外，在高速公路、铁路、国道等有高速移动用户的覆盖区域，建议SRS周期保留为10ms来确保信道质量，必要的时候可以修改为5ms甚至2ms。
3.小结
本次大规模测试，系统验证了包括波束赋形技术在内的多项TD-LTE技术具备商用条件，但也发现了诸多问题，例如设备、终端软件仍需升级，硬件性能仍需提高，TD-LTE网络规划经验仍有不足，网络优化经验也有待提高等。相信随着测试的进行，这些问题会最终解决，也会为TD-LTE的商用网早日到来创造更完备的条件。
参考文献
[1]王映民,孙韶辉.TD-LTE技术原理与系统设计[M].北京:人民邮电出版社,2010.
[2]沈嘉,索士强,全海洋等.3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计[M].北京:人民邮电出版社,2008.