移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃：大規(guī)模MIMO天線技術(shù).docx

1、大規(guī)模MlMO天線技術(shù)一、什么是大規(guī)模MIMO天線技術(shù)理解大規(guī)模天線首先需要了解波束成形技術(shù)。傳統(tǒng)通信方式是基站與手機(jī)間單天線到單天線的電磁波傳播，而在波束成形技術(shù)中，基站端擁有多根天線，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)各個(gè)天線發(fā)射信號(hào)的相位，使其在手機(jī)接收點(diǎn)形成電磁波的疊加,從而達(dá)到提高接收信號(hào)強(qiáng)度的目的。從基站方面看，這種利用數(shù)字信號(hào)處理產(chǎn)生的疊加效果就如同完成了基站端虛擬天線方向圖的構(gòu)造，因此稱(chēng)為“波束成形”o通過(guò)這一技術(shù)，發(fā)射能量可以匯集到用戶(hù)所在位置，而不向其他方向擴(kuò)散，并且基站可以通過(guò)監(jiān)測(cè)用戶(hù)的信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，使最佳發(fā)射方向跟隨用戶(hù)的移動(dòng),保證在任何時(shí)候手機(jī)接收點(diǎn)的電磁波信號(hào)都處于疊加狀態(tài)。這

2、是傳統(tǒng)天線和大規(guī)模MIMO覆蓋對(duì)比圖。普通全向天線，覆蓋所有區(qū)域波速成形后的天線，將能量集中到一個(gè)方向。在實(shí)際應(yīng)用中，多天線的基站也可以同時(shí)瞄準(zhǔn)多個(gè)用戶(hù)，構(gòu)造朝向多個(gè)目標(biāo)客戶(hù)的不同波束，并有效減小各個(gè)波束之間的干擾。這種多用戶(hù)的波束成形在空間上有效地分離了不同用戶(hù)間的電磁波，是大規(guī)模天線的基礎(chǔ)所在。二、大規(guī)模MIMO天線的優(yōu)點(diǎn)(1)提升頻譜效率。根據(jù)大數(shù)定律，當(dāng)基站天線數(shù)目持續(xù)增加到無(wú)窮大時(shí)，不同用戶(hù)的信道呈現(xiàn)漸近正交性，該特性稱(chēng)為有利信道條件。理論上，用戶(hù)間干擾可以完全被消除，噪聲也隨天線增加到無(wú)窮而趨于消失。同時(shí)，大規(guī)模MIMO的空間分辨率顯著提高，極高的空間自由度可以滿(mǎn)足多個(gè)用戶(hù)在同一時(shí)

3、頻資源上同時(shí)通信。以上因素都能大幅度提高系統(tǒng)頻譜效率；(2) 提升能量效率。大規(guī)模天線陣列的使用，提高了陣列增益，無(wú)論是上行發(fā)送還是下行發(fā)送都可以使用較小的發(fā)射功率達(dá)到較好的通信質(zhì)量，從而使得系統(tǒng)能量效率提升幾個(gè)數(shù)量級(jí)。(3) 簡(jiǎn)化上層用戶(hù)調(diào)度。隨機(jī)矩陣?yán)碚摫砻?，隨著基站天線數(shù)目的急劇增加，原來(lái)一些隨機(jī)的信道特性開(kāi)始變確定了，比如信道矩陣的奇異值分布趨于確定，信道矩陣趨于良性矩陣，該現(xiàn)象稱(chēng)為大規(guī)模MIMO的信道硬化效應(yīng)。(4)降低系統(tǒng)復(fù)雜度。大規(guī)模MIMO采用簡(jiǎn)單的線性預(yù)編碼器，如最大比發(fā)送和迫零，就可以達(dá)到與最優(yōu)的非線性預(yù)編碼方案(如臟紙編碼等)近似的性能，從而大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)復(fù)雜度；(5)降低

4、系統(tǒng)部署成本。大規(guī)模MIMO極高的空間自由度，可以用于波束賦形，如果采用恒定包絡(luò)調(diào)制信號(hào)，可以大幅降低發(fā)射信號(hào)峰均比，從而可以在射頻前端采用低線性復(fù)雜度、低成本、低功耗的硬件設(shè)備，大幅降低部署成本；三、大規(guī)模MIMO的基本原理大規(guī)模MIMO通過(guò)在基站側(cè)采用大量天線來(lái)提升數(shù)據(jù)速率和鏈路可靠性。在采用大天線陣列的mMIMO系統(tǒng)中，信號(hào)可以在水平和垂直方向進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，因此能量能夠更加準(zhǔn)確地集中指向特定的UE,從而減少了小區(qū)間干擾，能夠支持多個(gè)UE間的空間復(fù)用。采用大量收發(fā)信機(jī)(TRX)與多個(gè)天線陣列，可以將波束賦形與用戶(hù)間的空間復(fù)用相結(jié)合，大力提升區(qū)域頻譜效率。簡(jiǎn)而言之，大規(guī)模MIMO系統(tǒng)定義為：

5、大量收發(fā)信機(jī)(TRX)空間復(fù)用特性多用戶(hù)調(diào)度(MU-MIMO)上下行方向上的大量高增益天線陣列四、大規(guī)模MIMO的系統(tǒng)架構(gòu)大規(guī)模MIMO的系統(tǒng)架構(gòu)如圖所示。的頻我炭單元洋列,分頻分壬用#2<-'(RDNWK射頰分配網(wǎng)鼻“天技傳弄支持MassiveMIMO的有源天線基站架構(gòu)以三個(gè)主要功能模塊為代表：射頻收發(fā)單元陣列，射頻分配網(wǎng)絡(luò)和多天線陣列。射頻收發(fā)單元陣列包含多個(gè)發(fā)射單元和接收單元。發(fā)射單元獲得基帶輸入并提供射頻發(fā)送輸出，射頻發(fā)送輸出將通過(guò)射頻分配網(wǎng)絡(luò)分配到天線陣列，接收單元執(zhí)行與發(fā)射單元操作相反的工作。RDN將輸出信號(hào)分配到相應(yīng)天線路徑和天線單元，并將天線的輸入信號(hào)分配到相反的方向。天線陣列可包括各種實(shí)現(xiàn)和配置，如極化、空間分離等。射頻收發(fā)單元陣列、射頻分配網(wǎng)絡(luò)和天線陣列的物理位置有可能不同于下圖邏輯表示，取決于實(shí)現(xiàn)。五、應(yīng)用場(chǎng)景天線集中配置的MassiveMIMO主要應(yīng)用場(chǎng)景有城區(qū)覆蓋、無(wú)線回傳、郊區(qū)覆蓋、局部熱點(diǎn)。其中城區(qū)覆蓋分為宏覆蓋和微覆蓋（例如高層寫(xiě)字樓）兩種。無(wú)線回傳主要解決基站之間的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，特別是宏站與SmallCell之間的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，郊區(qū)覆蓋主要解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的無(wú)線傳輸問(wèn)題，局部熱點(diǎn)主要針對(duì)大型賽事、演唱會(huì)、商場(chǎng)、露天集會(huì)、交通樞紐等用戶(hù)密度高的區(qū)域。