5G优化案例：5G Massive MIMO性能研究及实践.docx

5G Massive MIMO 性能研究及实践 【摘要】Massive MIMO 是使用大规模阵列天线实现在三维空间产生灵活指向用户的非常窄的波束，通过精确的信道相关性估计、用户配对、干扰抑制赋形等，在有效抑制对复用用户干扰、不损失服务用户主瓣方向能量的前提下能够满足空域 16 流、32 流或更多流进行复用，从而将频谱效率提升 4 ～6 倍。同时，由于更多用户可以在相同资源上并行传输， 也进一步提升小区吞吐量及边缘用户速率。本文通过对 5G Massive MIMO 特性及波束管理阐述，分别对广播波束配置及小区性能测试、业务波束权值配置及小区性能测试。广播波束配置进行测试，小区水平东西方向测试及小区水平南北方向测试， NR 覆盖弱于LTE，近点及远点用户下行峰值速率较好，业务速率保持平衡；业务波束权值配置进行测试，下行SRS 和PMI 权值自适应及固定使用SRS 权值，近点及远点用户下行峰值速率均良好，NR 覆盖弱于LTE，业务速率保持平稳；固定使用 PMI 权值，近点用户下行峰值速率良好，但远点较差，NR 覆盖弱于 LTE，业务速率保持平稳。本文对于指导其它省市更好地应用 5G Massive MIMO，具有较高的指导意义。 【关键字】5G Massive MIMO 场景 一、 概述 Massive MIMO 产生背景 不断提高空中接口吞吐率，是无线制式发展的动力和目标。在 4G 通信中，MIMO 多天线技术得到了广泛的研究与应用，是 LTE 大幅度提升吞吐率的物理层关键技术。但是，由于 4G 通信中的MIMO 天线数量较少，多为 4 个或者 8 个，限制了 4G 网络的通信容量，难以实现极速无线通信，进而限制了依赖极速数据传输的行业应用的发展。 5G 需要更高速的移动通信，5G 的下行峰值速率将达到 20Gbps，下行用户体验速率将 达到 100Mbps,需要提供相对于LTE 20 倍的小区容量、10 倍的用户体验，十分之一的空口时延。面对 5G 在峰值速率以及系统容量方面的性能挑战，需要从各个方面对 4G 通信进行增强，而Massive MIMO 就是 5G 通信新空口的关键技术之一，通过大规模天线，能够提供更灵活的空间复用能力，改善接收信号强度并能够抑制用户间干扰，从而实现更高的频谱效率和更高的系统容量。 Massive MIMO 应用对网络的影响 与传统的天线相比，Massive MIMO 通过大量增加阵子数量，用集中性更高的窄波束取代以前的宽波束，并通过波束权值的调整，从而可以实现更高的赋形增益。主要体现在以下 3 个方面： 通信容量的提升。 Massive MIMO 具备波束空间复用的特性，使得在同频同时下，通过地理位置的不同，实现对不同终端的通信，极大的提升了频谱效率。同时，Massive MIMO 通过引入大量的天线阵 子，降低了不同UE 之间的信道相关性，增强了多用户 MIMO 技术，进一步提升了小区的容 量。 下行通过 MU-BF 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 5-8 倍： 上行通过MU-MIMO 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。 覆盖范围与功耗的改善。 广播波束赋形有效提升覆盖范围。5G 通信将使用毫米波等高频频段，使用高频率载波的移动通信系统将面临改善覆盖和减少干扰的严峻挑战，一旦频率超过 10GHz，衍射不再是主要的信号传播方式，对于非视距传播链路来说，反射和散射才是主要的信号传播方式同时，在高频场景下，穿过建筑物的穿透损耗也会大大增加，这些因素都会大大增加信号覆盖的难度。特别是对于室内覆盖来说，用室外宏站覆盖室内用户变得越来越不可行。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。同时，在 5G 通信中，广播信道也采用窄波束发射。广播波束赋型是 5G 相对于 4G 的一个重大改变，通过用多个窄波束取代原有的宽波束，可以很好的增强广播信道的覆盖能力。 射频组件功耗下降。一般来说，通信设备的功耗与覆盖范围成正比，在 4G 通信网络中， 由于天线数量少，增益小，所以为了满足一定的小区覆盖范围，通常需要功率非常高的射频组件（可由几十到上百W）和配套的散热设备等等，功耗极大。而利用大规模的 MIMO 技术，天线数量多，增益大，相对而言，需要的射频组件为毫瓦级别，单个射频组件的功耗大大降低。 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。传统波束赋形，波束只能在水平方向跟 随目标UE 调整方向，开通 3D-BF 特性后，窄波束在水平方向和垂直方向都能随着目标 UE 的位置进行调整，始终对准目标UE，从而使目标UE 获得更好的覆盖，且波束较窄，可以降低干扰，能有效应对高楼覆