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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。
