GTI大规模天线白皮书摘录

2017年上海通信站结束了，5G技术依然引人注目，华为的上海外场和中兴的广州外场无疑是点睛之笔，标志着中国移动的5G试验工作已然渐入佳境。而放眼各个运营商的展台，大规模天线则无处不在，这表示它无疑是5G系统中的最关键的技术。

那么，大规模天线到底是什么哪？它的概念、基本特性和性能是什么，在5G系统中又和那些关键技术相关哪？

让我们借助GTI(Global TD-LTE Initiative) 于2017年2月发布的《Massive MIMO White Paper V0.1》来学习和了解下吧。此白皮书由中国移动、中兴和华为共同起草。

以下是该文档的关键内容摘录。

前言

随着移动互联网和智能手机的发展，用户的使用习惯已经发生了很大的变化。移动宽带接入的容量增加大力促进了移动互联网和移动数据业务的增长，而这反过来又对移动网络容量提出了新的增长要求。

为了满足话务需求的急速增长，4G和5G时代增加天线的数目不可避免。大规模天线技术势必是未来5G时代的核心技术之一。

大规模天线技术使4G能够保持连续演进。采用大规模天线，可以显著增加频谱效率，尤其在容量需求较大或者覆盖范围较广时，它可以使4G网络满足网络增长需求。从运营商的角度看，这项技术具有较好的前景，因此应当提前在5G硬件中实施，并通过软件升级来提供5G空中接口功能，以促进5G的部署。

作为4G时代的大规模天线技术，大规模MIMO(Massive MIMO)已经被广泛认为是4G部署以来最有效的技术，它利用LTE TDD频谱的无可比拟的优势，在网络性能方面获得了革命性突破，这种革新技术是未来网络大发展的前奏：

采用大规模天线阵列mMIMO，频谱效率比普通宏基站增加3到5倍。这种显著增益会激励运营商完全颠覆其网络建设策略。

mMIMO增加了网络覆盖的灵活性，运营商可以利用mMIMO的水平和垂直覆盖特性来提供不同场景下的覆盖。

采用惊人的高容量增益，mMIMO有望帮助运营商使用机器灵活的计费政策来吸引用户，提供无与伦比的用户体验，刺激用户数据消费，获得话务收益，增加运营商收入。

mMIMO与4G终端兼容，运营商现在就可以从4G网络部署中获取收益。同时，它还支持面向5G的网络演进，从而保持和提升现有投资的回报。

1. 介绍

1.1. 背景

2G时代话音和短信业务为主，3G时代website和数据业务为主，4G时代则以视频和在线游戏为主。随着业务的变化，用户对网络容量和时延的需求越来越强烈。未来2018年，虚拟现实和增强现实类应用则将会大力发展，从而带来数据流量的激增。根据Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Data Traffic Forecast Update,2015–2020的预测，从2015年到2020年，移动数据业务的年度复合增长率将会达到53%，如下图所示：

为了应对上述挑战，LTE网络中引入了mMIMO技术，来提升频谱效率、信道容量和链路可靠性。5G会采用更高的频段，而LTE TDD在部署高频段mMIMO方面具有明显的优势。

1.2. 白皮书的目的

4G向5G演进过程中，mMIMO多天线技术对运营商来说，起着重要的作用。话务快速增长条件下，如何利用现有的LTE投资来不断地满足话务需求，如何保持现有4G网络的收益，如何进行4G演进以满足垂直行业和应用的发展需求，对运营商来说极为重要。这些需求对网络都带来新的需求。ITU在最终定义5G需求并进行标准制定的时候，如何满足频谱效率的需求也是运营商优先关注的问题。

LTE TDD在采用mMIMO方面具有内在的优势。为了在4G和5G部署中采用mMIMO技术，本白皮书描述了技术原则以及测试结果，可作为运营商和行工业伙伴在4G演进和5G部署方面的参考资料。

白皮书包括以下内容：

mMIMO原理和TDD方面的优势

典型场景下mMIMO的测试结果

4.5G和5G系统中mMIMO的商用路标

mMIMO商用产品的需求和进一步增强

2. mMIMO的原理

2.1 mMIMO的基本原理

mMIMO作为5G的一个候选技术，通过在基站侧采用大量天线来提升数据速率和链路可靠性。在采用大天线阵列的mMIMO系统中，信号可以在水平和垂直方向进行动态调整，因此能量能够更加准确地集中指向特定的UE，从而减少了小区间干扰，能够支持多个UE间的空间复用。

采用大量收发信机(TRX)与多个天线阵列，可以将波束赋形与用户间的空间复用相结合，大力提升区域频谱效率。

简而言之，mMIMO系统定义为：

大量收发信机(TRX)

空间复用特性

多用户调度(MU-MIMO)

上下行方向上的大量高增益天线阵列

2.2 TDD在mMIMO实施中的优势

在mMIMO中采用TDD技术有助于在频谱效率、网络性能