5G新空口中的mMIMO技术

关于mMIMO，我想指出并强调三个要点。首先，目前mMIMO正在部署中；其次， mMIMO能够带来容量增强和覆盖增强, 而无论它部署在哪个频段范围中；第三，与LTE接入网相比，3GPP NR 能够带来明显的好处。

从定义出发，我倾向认为mMIMO是传统MIMO技术的扩展。两天线阵列具有大量的可控制阵元，空口的物理层通过这些阵元可以对天线上的信号进行适配和控制。这个概念不仅限于一些特殊的实现，它在导航技术中已经被广泛使用了，现在5G才开始使用这个概念，同时，这个概念还有助于明确区分哪些系统不属于mMIMO。比如，四端口的LTE系统可以使用32个阵元的平板阵列来实现，但是如果这32个阵元聚合成4端口，且空中接口也只能对这4个天线端口进行控制，而不是能控制全部32个阵元，那么，我就不认为这样的系统是mMIMO。但是如果一个系统有32个阵元，且空口能直接控制这32个阵元，我就认为这属于mMIMO系统。

mMIMO的两个主要好处是，使用波束赋型的高增益来增强覆盖，以及使用高阶阵列复用来增强容量。这两种好处互相关联，两个都是你想要提高的。但是当你设计一个mMIMO系统时，你最好把注意力集中在追求其中的一项上。当然，你也可能有不同的想法，你或者关注提升覆盖，或者关注提升容量。

那么，为什么今天mMIMO变成了现实哪?这里的两个主要驱动因素是提升容量和覆盖，或者说mMIMO的带来两个主要好处也是当前市场迫切的需求。因为现在宏蜂窝已经不能满足容量需求，而使用毫米波会带来覆盖困难。增强覆盖对于6GHz以下频段也有帮助，我稍后会谈到。从技术角度看，采用AAS（Active Antenna）技术的mMIMO在技术上和商业上都具有可行性。

你需要把位于铁塔底部或者位于天线下面的盒子中的的无线部分、TRX单元和PA，都集成到AAS中。这样能节省占地空间，用电效率也更高。

另一个关键是标准支持性。MIMO技术可以回溯到3GPP R8甚至是早前的WCDMA，但mMIMO确实是在R13才出现, 名字是FD MIMO。FD MIMO可以支持最大16个天线端口，这16个端口是从互操作角度或者从空口角度来看的。因此小区参考信号和码本都是根据16个端口来设定的，但是产生这16个端口的阵列大小在R13中是可以随意设定的，波束选择也受限。根据UE反馈，可以采用巨大的阵列能做波束扫描，波束提升，波束赋形以及有限的波束选择。R14扩展到32个端口，R15则在研究NR技术是否能支持32端口，也许以后还要考虑64端口。但是需要再次强调阵列大小可以随意实现。

这一页说明性能的演进，以2TX/2RX系统做为基准，对于频谱效率或者平均用户吞吐量，8端口提升一倍，16端口提升2.5 倍，64端口提升3倍。这里是3GPP下行链路仿真的详细结论。

这只是仿真结果，对于现实中已经商用的系统，比如128阵列64TRXTD-LTE 2.6GHz，可以根据TDD的信道互易性做MU-MIMO配置，从而可以同时在多个用户中共享资源。如果关掉MU-MIMO功能，用户资源分配只能在波段间做频分复用。如果打开MU-MIMO功能，则全部用户同时共享全部资源。在外场测试中，关闭MU-MIMO，用户速率大约是80Mbps，打开MU-MIMO后，速率能达到360Mbps。这是实际部署中的真实结果。

考虑到使用高频和极差的路损情况，我们认为mMIMO能很好地解决这个问题。当我们开始考虑实现时，如果将<6GHz的解决方案用于毫米波，采用全数字波束赋型就会遇到一些问题，天线阵元需要TRX来驱动，带宽增加使A/D和D/A的功耗也增加，因此除了成本还存在功耗问题。好消息是阵子上的单元越来越小，天线也会更小一些，这就可以在RF部分和基带之间独立进行波束赋型，从而可以采用单一平板阵列或是多个平板阵列来形成无线波束。你可以用一个发射机驱动每一个无线波束，你可以使用多个变形波束，你可以做基带预编码操作，从基带角度做预编码，通过无线波束发送信号。而当你考虑覆盖方面的困难时，你开始考虑我们能在控制信道上能做什么。关于覆盖受限问题，你会发现覆盖受限不仅发生在数据信道也发生在控制信道，所以这导致在实践中使用波束赋形来承载系统的全部信道。

在系统中把波束赋形用于数据信道和控制信道，这也是现在NR正在发展的方向，我称之为基于波束的空中接口，这里一切都使用波束赋形，包括控制信道。所以你需要波束赋形，需要波束赋形传输控制信道信息，你需