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专题
2020/3/2 14:58

5G Massive MIMO的优化思路探讨

邮电设计技术  许国平,王 勇

本文版权为《邮电设计技术》所有,如需转载请联系《邮电设计技术》编辑部

摘 要:首先重点介绍了5G Massive MIMO关键技术特征,然后分析了该技术与Pre5G多天线技术的联系与区别。进一步给出了不同广播波束和业务波束配置条件下 5G NR 的覆盖能力与用户速率感知情况,最后再结合原理分析和测试结论,给出了5G Massive MIMO优化的主要思路,并针对后续优化工作面临的挑战提出了一些建议。

关键词:5G;Massive MIMO;网络优化;干扰

doi:10.12045/j.issn.1007-3043.2020.01.001

Massive MIMO的产生背景与影响

不断提高空中接口吞吐率是移动通信无线技术发展的动力和目标。5G下行峰值速率将达到20 Gbit/s,下行用户体验速率将达到100 Mbit/s,并且需要提供相对于 LTE 20 倍的小区容量和十分之一的空口时延。为了解决5G在峰值速率以及系统容量方面的挑战,需要从各个方面对技术进行增强,而Massive MIMO就是其中的关键技术之一,它使用大规模阵列天线,增强了空间维度的解析能力和使用效率。与传统的天线相比,Massive MIMO的优势主要体现在以下3个方面。

a)通信容量提升。Massive MIMO 具备波束空间复用的特性,充分利用空分的维度降低了不同终端之间的信道相关性,增强了多用户MIMO技术,极大地提升了频谱效率。下行通过 MU-BF(Multi-user beam⁃forming)技术,将多个用户进行并发配对。和 LTE 的8T8R 相比,理论容量可以提升 5~8 倍;上行通过 MUMIMO技术,将多个用户进行配对调度,和 8T8R相比,理论容量可以提升4~6倍。

b)覆盖能力提升。5G 使用毫米波等高频频段进行部署。在高频场景下,无线电波衍射能力下降,穿透损耗大大增加,而 Massive MIMO 能够生成高增益、可调节的赋形波束,从而明显改善信号覆盖。在5G通信中,广播信道采用窄波束发射,广播波束赋型是 5G 相对于4G的一个重大改变,通过多个窄波束取代原有的宽波束,可以很好地增强广播信道的覆盖能力。在同等水平波宽的情况下,8T8R 垂直波宽为 6.5°,MassiveMIMO 可以定制垂直波宽,最大垂直波宽达 35°,波宽提升 5.3 倍,高楼覆盖水平可以提升 9~15 dB。图 1 表述了 Massive MIMO 与 4G 系统的 8T8R 垂直覆盖能力的差异。

c)抗干扰能力提升。自适应三维波束赋形可以有效对抗下行干扰。4G系统的波束赋形,波束只能在水平方向跟随目标终端调整方向,开通 3D-BF(三维波束赋形)特性后,窄波束在水平方向和垂直方向都能随着目标终端的位置进行调整,始终对准目标终端,从而使目标终端获得更好的覆盖,且波束较窄,可以降低干扰。同时,上行波束跟踪可以降低上行干扰。在UE移动过程中,根据下行广播波束的变化,gNB 可以同时调整上行的波束,实现上行波束跟踪,可以有效降低上行干扰。

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