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摘 要：首先重點(diǎn)介紹了5G Massive MIMO關(guān)鍵技術(shù)特征，然后分析了該技術(shù)與Pre5G多天線技術(shù)的聯(lián)系與區(qū)別。進(jìn)一步給出了不同廣播波束和業(yè)務(wù)波束配置條件下 5G NR 的覆蓋能力與用戶速率感知情況，最后再結(jié)合原理分析和測(cè)試結(jié)論，給出了5G Massive MIMO優(yōu)化的主要思路，并針對(duì)后續(xù)優(yōu)化工作面臨的挑戰(zhàn)提出了一些建議。
關(guān)鍵詞：5G；Massive MIMO；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化；干擾
doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2020.01.001
Massive MIMO的產(chǎn)生背景與影響
不斷提高空中接口吞吐率是移動(dòng)通信無(wú)線技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力和目標(biāo)。5G下行峰值速率將達(dá)到20 Gbit/s，下行用戶體驗(yàn)速率將達(dá)到100 Mbit/s，并且需要提供相對(duì)于 LTE 20 倍的小區(qū)容量和十分之一的空口時(shí)延。為了解決5G在峰值速率以及系統(tǒng)容量方面的挑戰(zhàn)，需要從各個(gè)方面對(duì)技術(shù)進(jìn)行增強(qiáng)，而Massive MIMO就是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一，它使用大規(guī)模陣列天線，增強(qiáng)了空間維度的解析能力和使用效率。與傳統(tǒng)的天線相比，Massive MIMO的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。
a）通信容量提升。Massive MIMO 具備波束空間復(fù)用的特性，充分利用空分的維度降低了不同終端之間的信道相關(guān)性，增強(qiáng)了多用戶MIMO技術(shù)，極大地提升了頻譜效率。下行通過(guò) MU-BF（Multi-user beam⁃forming）技術(shù)，將多個(gè)用戶進(jìn)行并發(fā)配對(duì)。和 LTE 的8T8R 相比，理論容量可以提升 5~8 倍；上行通過(guò) MUMIMO技術(shù)，將多個(gè)用戶進(jìn)行配對(duì)調(diào)度，和 8T8R相比，理論容量可以提升4~6倍。
b）覆蓋能力提升。5G 使用毫米波等高頻頻段進(jìn)行部署。在高頻場(chǎng)景下，無(wú)線電波衍射能力下降，穿透損耗大大增加，而 Massive MIMO 能夠生成高增益、可調(diào)節(jié)的賦形波束，從而明顯改善信號(hào)覆蓋。在5G通信中，廣播信道采用窄波束發(fā)射，廣播波束賦型是 5G 相對(duì)于4G的一個(gè)重大改變，通過(guò)多個(gè)窄波束取代原有的寬波束，可以很好地增強(qiáng)廣播信道的覆蓋能力。在同等水平波寬的情況下，8T8R 垂直波寬為 6.5°，MassiveMIMO 可以定制垂直波寬，最大垂直波寬達(dá) 35°，波寬提升 5.3 倍，高樓覆蓋水平可以提升 9~15 dB。圖 1 表述了 Massive MIMO 與 4G 系統(tǒng)的 8T8R 垂直覆蓋能力的差異。
c）抗干擾能力提升。自適應(yīng)三維波束賦形可以有效對(duì)抗下行干擾。4G系統(tǒng)的波束賦形，波束只能在水平方向跟隨目標(biāo)終端調(diào)整方向，開(kāi)通 3D-BF（三維波束賦形）特性后，窄波束在水平方向和垂直方向都能隨著目標(biāo)終端的位置進(jìn)行調(diào)整，始終對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)終端，從而使目標(biāo)終端獲得更好的覆蓋，且波束較窄，可以降低干擾。同時(shí)，上行波束跟蹤可以降低上行干擾。在UE移動(dòng)過(guò)程中，根據(jù)下行廣播波束的變化，gNB 可以同時(shí)調(diào)整上行的波束，實(shí)現(xiàn)上行波束跟蹤，可以有效降低上行干擾。
