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5G Massive MIMO的优化思路

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Pre-5G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。 

1、 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 beamforming）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。

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°，Massive MIMO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。