5G MM的振子数 天线数 通道数 流数之间的关系.docx

MassiveMlM0(简称作M-MlMO或者MM),作为5G的核心技术，是承载在AAU之上的，而AAU内部的天线阵列，则是实现MaSSiVeMlMo的最重要的载体。介绍其中的几个基本概念：振子，天线，通道，流，MU-MIMO,SU-MIMO,及其之间的关联。1、什么是振子？天线最基本的作用是进行能量传播方式的转换。对于基站发射的信号来说，天线把发射机的高频振荡电流转换为可以在自由空间传播的电磁波。天线往外发射电磁波是通过内部的振子来完成的。单个振子的能力有限，发射方向也难以集中，因此天线一般是由多个振子叠加而成。是振子，也叫天线单元(AntennaEIements)。一个X代表了+45。和-45。极化方向的两个振子。2、振子怎样组成天线/天线阵列？KMC JKF板状定向天线情电网珞天线对于一般的天线来说，其内部是由多个振子组成的，通过这些振子上发射能量的叠加，天线增益可达13至Ul7dBi.我们在画天线示意图时，总会在上面画上一些X形符号，用来表示里面的振子。××××45 -45对于5GAAU来说，由于广泛采用了M-MIMO技术，其内部集成的天线采用的振子数量更多，多个振子整整齐齐地排列着，严阵以待，因此也称作天线阵列。对于Sub6G频段的AAU来说，业界一般采用192个振子。天线振子虽多，但单个振子的能力太过弱小，并且如果每个振子都和AAU内部的功放连接独立发送信号的话,实现上也过于复杂，因此业界一般3个振子或者6个振子划为一组,成为逻辑上的单个天线。以下图的M-MlMo天线振子排布图为例，水平方向共12行，垂直方向有8列振子，再加上±45。双极化，一共就有12x8x2=192个振子。每三个振子为一组，称为一副天线，因此该M-MlMoAAU共有192/3=64个天线。如果每6个振子组成一个天线的话，该AAU就有192/6=32个天线。WXXXXXXXX器懈XXMXXXXLxxxxxxxx(xxxx××xt*r.j<xxxxxxx1.xxxxxxxxFxx×xx×一eXxxxxxxxx1.xxxxxxxx×xxxxxxLxxxxxxxxLxxxxxxxx目前业界主流的5GAAU均为192振子，有64天线和32天线这两种型号，其中64天线的产品性能要更好一些。既然如此，那为什么不都做64天线呢?这就要涉及到通道数和成本相关的考量了。3、什么是通道？天线数再多，也是无源器件，没法直接发射信号。因此，AAU需要将这些天线跟其内部的射频链路相连，最终就形成了64或者32个可发射信号的通道。Sub6G频段的AAU采用全数字波束赋形，可以认为其天线数，发射通道数，功放（PA）数是一样的。显而易见，天线数和通道数越多，AAU内部的功放数也就越多，对基带资源的消耗也会越大，设备的成本也就越高。因此，64天线的设备主要用于密集城区，在普通城区和郊区使用32天线就可以满足需求了。对于更为偏远的地区，对容量的要求不高，主要解决覆盖问题，这时甚至连MassiveMIMO都不用了，直接上8端口RRU接上天线就行。4、AAU内部采用了这么多振子、天线和通道，到底天线增益如何呢？下面我们分为通道增益，波束赋形增益，以及业务增益这三个方面来说。上面己经说过，单个通道一般是由3个或者6个振子组成的，这些振子产生的合成增益，就叫做通道增益。波束赋形增益也叫阵列增益，通道数越多，波束赋形能力也就越强，增益相应的也就越大。其算法为：阵列增益=IOLOg（通道数/2）,之所以除以二，是因为这些通道的极化方向是不同的，一半+45。极化，另一半45。极化，而极化是不能产生增益叠加的，因此只能按一半的通道数来算。业务增益其实就是天线整体的最大增益，由通道增益和波束赋形增益相加得出。一般来说，MassiveMIMO的业务增益比普通天线要高3dB左右。下文将说到的由多发射通道，以及波束赋形带来的多用户多流传输能力，是M-MIMo的核心竞争力所在。5、多用户及空分流数多用户的空分流，直观来说，是在空间中给不同的用户使用不同波束来发送不同的数据流。举例来说，如果基站支持16流，就是基站能使用相同的资源，在空间中发送16路不同的数据。这16路数据可以分给8个用户，每个用户两流（也就是2x2MIMO）,也可以分给16个用户，每个用户只有一流。这样一来，虽然每用户体验的速率差别较大，但整个小区的吞吐量是可以达到峰值的。MMv MIMO 4 Tr aM 4 lt>® ® ® ® ® ®®® ® ®®® ®®® ®这种多个用户之间配对来复用相同的时频资源来实现多流的技术就叫做MU-MIMO（多用户MlMO）,而一个用户内部的多流则为传统的SU-MlM0（单用户MIMO）O目前主流的5G手机能支持4天线接收，因此可以和基站形成最多4条独立的传播路径，也就是对于单个手机来说，SU-MlMO最多可支持4流传输。5GAAU可以同时实现MU-MlMO和SU-MIMO这两种方式，最大化整个小区的流量。附参考资料：MM知识点MlMO家族大家并不陌生，甚至可以说是耳熟能详，毕竟通信发展史上有其最靓丽的身影，在天际划下最浓墨重彩的一笔。MUltiPle-InPUt&Multiple-output技术，意味着在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，充分利用空间资源，实现多发多收，改善通信质量，提升系统信道容量。如何通俗易懂地理解大规模天线MassiveMlMO呢？MlMO可以理解为“路”，通信之路，而MaSSiVeMlMo便是团结一帮MlMo之路，打造MIMO帝国。其中Massive意味着天线数目达到上百根的数量级。目前常见的天线数目有64根、】28根、192根甚至更多。早先，瑞典LUnd大学研制出一套128天线的原型样机，当然这只是MM雏形。设备发展的趋势必然是小型化、集成化、灵活性。经过一代代产品的改良和技术演进，扬长避短,目前国内比较成熟的商用版本是192振子、64通道的MM设备。瑞典LUnd大学大规模天线测试平台展示图MM的魅力和优势大规模天线（MaSSiVeMIMO）被认为是未来5G网络最具潜力的传输技术。随着天线数目的增加，形成多个并行的数据传输通道，实现在相同的时频资源内同时为多个用户提供服务，从而能够提供更大的分集增益和更用增益，显著提高系统信道容量和频谱效率。理论研究和初步性能评估表明，在基站天线数目接近无穷大的情况下，信道之间逐步接近正交，而噪声和干扰将趋于消失。另外，大规模天线可以在垂直和水平维度实现波束赋形,通过控制每个通道的发射信号的相位和幅度，产生具有特定指向的波束，从而提升覆盖，与此同时，也能有效起到干扰抑制的作用。MM增益来源总结为：分集增益复用增益波束赋形增益HU：>大规模天线波一 束赋形模块化大规模天线大规模天线技术与试验(图片)MM明星产品说到MM设备，目前国内最炽手可热的必然是192振子、64通道的明星产品。各设备厂商的产品实现略有差异，但基本参数指标类似。MM明星产品，192天线振子，垂直12个天线振子，水平16个天线振子(双极化)；垂直方向，1个TXRU包含3个天线振子，因此垂直维度共4个TXRU,可以通过调整其幅值和相位实现垂直维度的波束赋形；水平方向，1个TXRU包含1个天线振子，因此水平维度共16个TXRU,同样可以通过调整其幅值和相位实现水平维度的波束赋形。正是由于MM波束的灵活配置，提供了足够的空间自由度，从而实现了系统容量和小区覆盖性能的提升。MM设备基本参数表天线振子”射频通道设备功率重量，可调下便角。支持最大传输流数(UL)支持最大传输流数(DL)e192，64÷200We3(M5kg÷数字下倾Q8p16冈X1个TXRU包含M M 3个天线振子入Al×l× × × × × × × × × × × × × × × × × × ×× × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × ×× ×× × 1× × × X X X X × × ×× × × × × × × × × ×垂直维度4TXRU水平维度16个TXRUMM天线阵列示意图MM建模和仿真天线阵列建模大规模天线的建模，在原有2D阵列天线的基础上，引入天线面板(Panel)、射频通道(TxRU).天线振子(Element)的概念，以便于直观描述MM天线特性。详情可参见S2EB/FDMIMO中天线阵列的定义，此处不再赘述。天线面板可描述为(M,N,P,Mg,Ng),其中M表示每个面板上每列的天线振子数，N表示每个面板上每行的天线振子数，P表示天线极化类型，P=I表示均匀阵列天线，P=2表示双极化天线，Mg表示每列的面板数量，Ng表示每行的面板数量。另外，(dH,dV)表示相邻天线振子的水平和垂直间距，(dg,H,dg,V)表示相邻天线面板的水平和垂直间距。上述参数能够描述天线的相对物理位置关系，为天线Pattern的数学建模提供依据。天线Pattern参数ParameterValues«>Antenxiaelementverticalradiationpattern(dB)-r(,，)=-Illiu=65。皿J,=30Antennaelementhorizontalradiationpattern(dB)用（'）=一min'fPiClB=65°4=30Combiningmethodfor3Dantennaelementpattern(dB)MaximumdirectionalgainofanantennaelementGEM。8dBi仿真参数基于合理的仿真假设，制定相应的仿真建模方法，确定仿真参数，从而得出该仿真条件卜的仿真性能，为技术研究和网络部署提供指导性意见。常见的DenSeUrban-ISD=20Om场景下MM仿真的部分系统参数如下表所示：ParametersValuerScenarioUMa-20OmCNumberofTxRUPerTRxPd643216NumberofTRUperUE4-TotaltransmitpowerperTRXPQ43dBmfor20MHz<'UEpowerclass-23dBm)BSantennaheight*25m2UEantennaheightUMa:OutdoorUEs:1.5mIndoorUTs:3(nfl-1)+L5;nflUnifbrm(IjNfl)whereNflunfrm(4,8)UEdistribution80%indoor,20%outdoor(inCarAUECknSityIOUEsperTRxP各公司性能仿真结果对比多家公司参与DenseUrban-ISD=200m部署场景下的ITU自评估工作，在统一的仿真参数和信道校准良好的情况下，提交MM性能仿真结果。对于TDD-4GHz-32TxRU基站设备，各公司性能仿真结果对比情况如下图所示。从各公司的仿真结果来看，虽然略有差异，但均能满足ITU性能指标的要求。小区平均吞吐量Id1611U措称Ave7.8bpsHzlllllll公司1公司2公司3公司4公司5公司6公司7公司8公司9小区边缘吞吐量06公司1公司2公司2公司4公司S公司6公司7公司8公司9ZHZSdqH;:和«»凶 W关于MlMo标准制定的发展史，从ReL8到ReLI6,从LTE演进到5G,一步步走来，我们欣喜地看到了通信技术发展的前景。详情可参见S2:干货！MIMO十年之路，此处不再赘述。NR-MlMO与LTE相比，概括来说有几点：支持更加灵活的参考信号配置支持波束管理(包括波束扫描、波束上报、波束选择、波束失败恢匆等)支持rWj频支持更加精确的CSI测量和上报，从而获得更加优异的MU-MIMO性能增益。标准进展Rel-16NR-eMIM0的Wl工作在RAN#80全会上通过(见文稿RP-181453,“WlProposalonNRMIMOEnhancements")，并在RAN#81全会上修订(见文稿RP-182067,uRevisedWlD:EnhancementsonMIMOforNR")。该Wl在RANl领域的研究内容包含以下几个方面：CSl增强，支持MU-MlMO减少TypeII码本的开销和复杂度，以及研究Rank>2的基于DFT压缩的TypeII码本扩展；Multi-TRPZpanel传输增强，提升理想和非理想backhaul传输的可靠性和鲁棒性下行：基于PDCCH的MuIti-TRPZpanel传输增强，同时支持Single-PDCCH和multiple-PDCCH；上行：制定基于PUCCH或者参考信号的Multi-TRPZpanel的传输增强方案；研究满足URLLC指标的Muti-TRP技术，明确URLLCusecase；MUlti-beam增强，主要考虑FR2上行和下行beamselection方案的增强，以期减少时延和开销；详述基于Multi-panel的上行beamselection,目前正在讨论是否支持上行MPUE同时传输以及panel切换，暂未达成一致结论；SCellbeamfailurerecovery,目前详细的方案并未制定，例如BFRQ上报等流程有待进一步明确；1.I-SINR测量和上报；Others上行满功率传输方案1.owPAPR的参考信号设计