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1、中国电信技术创新中心 2017-095G大规模天线技术及其它 空口技术CONTENTS大规模天线技术分析天线形态与部署分析3目录12大规模天线标准进展4应用与测试思考CONTENTS天线形态与部署分析3目录12大规模天线标准进展4应用与测试思考大规模天线技术分析大规模天线简介 大规模天线Massive MIMO，又称为large-scale MIMO，顾名思义，就是在基站端安装上百根天线（128根、192根），从而实现上百个天线同时发数据。瑞典Lund大学基于USRP RIO的大规模MIMO测试台 与传统的MIMO相比，Massive MIMO的不同之处主要在于，天线趋于很多（无穷）时，信道之
2、间趋于正交。系统的很多性能都只与大尺度相关，与小尺度无关。 在继承传统的MIMO技术的基础上，利用空间分集Massive MIMO可以有效提升数据传输的鲁棒性。大规模天线分集增益大规模天线复用增益128根天线组成的直线形天线阵列瑞典Linkiping University、瑞典Lund University和贝尔实验室合作开发了工作于2.6GHz的128天线阵列，天线阵列的阵元间隔为/2；128根天线组成圆柱形天线阵列发送端：采用最大 比发送(MRT)方式 的两种天线阵列的 下行合速率对比。接受端：单天线4 个用户图示：下行合速率 vs 基站天线数目大规模天线复用增益128天线圆柱阵列 性能1
3、28天线线性阵列 性能大规模天线增益概述阵列增益阵列增益分集分集增益增益空间复用增益空间复用增益干扰抑制增益干扰抑制增益大规模天线高低频应用 大规模天线技术在高/低频应用逐渐广泛垂直水平Massive MIMO技术（6GHz）提升覆盖CONTENTS3目录12大规模天线标准进展4应用与测试思考大规模天线技术分析天线形态与部署分析天线形态发展2天线8天线Massive MIMO频段1.8G1.8G2.6GHz大小（mm3） 1360160801410320105900500190重量（kg）10kg20.5kg40kg接口2接口/扇区9接口/扇区光纤接口/扇区阵子（个数） 1012 (20)84
4、2 (64)882 (128)单列（dBi）16.517141714172天线天线8天线天线大规模大规模天线天线大规模天线增益分析2天线8天线Massive MIMO频段1.8G1.8G2.6GHz大小（mm3） 1360160801410320105900500190重量（kg）10kg20.5kg40kg接口2接口/扇区9接口/扇区光纤接口/扇区阵子（个数） 1012 (20)842 (64)882 (128)单列（dBi）16.51714171417RF通道2通道8通道64通道101284(x4)8(x4)88(x8)64(x32)010203040506070垂直面阵子数水平面列数RF
5、通道数2天线8天线大规模天线 小区公共信道覆盖小区公共信道覆盖大规模天线增益分析-150-120-90-60-300306090120150180-39-36-33-30-27-24-21-18-15-12-9-6-30angle (degree)magnitude (dB)Horizontal Beam fc= 2560MHz HBW=61.53-150-120-90-60-300306090120150180-39-36-33-30-27-24-21-18-15-12-9-6-30angle (degree)magnitude (dB)Vertical Beam fc= 2560MHz H
6、BW=8.30垂直面HPBW6.57度水平面HPBW655度 小区公共信道覆盖小区公共信道覆盖大规模天线增益分析-150-120-90-60-300306090120150180-39-36-33-30-27-24-21-18-15-12-9-6-30angle (degree)magnitude (dB)Horizontal Beam fc= 2560MHz HBW=61.53-150-120-90-60-300306090120150180-39-36-33-30-27-24-21-18-15-12-9-6-30angle (degree)magnitude (dB)Vertical Be
7、am fc= 2560MHz HBW=8.30垂直面HPBW6.57度水平面HPBW655度101284(x4)8(x4)88(x8)64(x32)010203040506070垂直面阵子数水平面列数RF通道数2天线8天线大规模天线 由于三种天线每列阵子数接近，垂直覆 盖8天线和大规模天线相对2天线没有增 益（特殊场景除外特殊场景除外，如高楼覆盖）； 由于水平面波束宽度限制，水平覆盖8 天线和大规模天线相对2天线在总功率总功率 相同相同下，覆盖没有明显增益； 用户信道覆盖用户信道覆盖大规模天线增益分析101284(x4)8(x4)88(x8)64(x32)010203040506070垂直面阵
8、子数水平面列数RF通道数2天线8天线大规模天线 用户信道覆盖用户信道覆盖大规模天线增益分析101284(x4)8(x4)88(x8)64(x32)010203040506070垂直面阵子数水平面列数RF通道数2天线8天线大规模天线 业务波束变窄， 提升覆盖 天线数增加，提 升空间自由度业务波束业务波束复用流数复用流数2天线655度28天线28度4大规模天线20度16设备商样机架构 业界普遍认为，大规模天线是满足5G峰值吞吐量的重要手段之一，多家公司已经完成了样机的研发和验证。 在6GHz以下频段大规模天线样机仍以国内厂家为主。 目前大部分厂商采用数字架构实现大规模天线样机 为测试需要，实现更高
9、的峰值速率； 低频器件成本相对较低； 容量与覆盖兼顾；数字波束赋形数字波束赋形模拟波束赋形模拟波束赋形数字波束赋形数字波束赋形Base Station全数字架构全数字架构DBFBaseband Precoder FBBNsRF ChainRF Chain2.6G单基站大规模天线性能18华为天线数192天线，64TxRU，频点2.4G，带宽100MHz；测试终端2天线，24个测试终端；最高小区频谱效率：30.5bps/Hz； 2.6G频点样机以TDD为基础进行研究，在单站测试中，下行平均频谱效率都获得相对于现有LTE系统3倍的增益。 更复杂环境下的性能需进一步检验。3.5G单基站大规模天线性能1
10、9公司公司天线阵天线阵 子子RF Chain载频载频架构架构测试峰值测试峰值Huawei192643.5GHz （200M）数字16GbpsZTE192643.5GHz （200M）数字19GbpsCATT2561283.5GHz （200M）数字未测 厂家5G样机工作在3.5G频点TDD200M带宽基础上，在单站测试中，下行峰值频谱效 率 接 近 7080bps/Hz， 极 限 速 率达 到19Gbps（200MHz带宽）。 更高速率来源于测试终端，8天线以及更强处理能力。大规模天线组网性能仿真 R1-150445（CMCC）3D-UMi, 200m ISD8TXRUCase 1 (8,4,
11、2,16) subarrayCase 2 (8,4,2,32) subarrayCase 3 (8,4,2,64) One-to-one5%UPT(bps/Hz)0.440.8 （181.8%）1.14 （259.1%）1.25 (284.1%)50%UPT(bps/Hz)2.293.82 (166.8%)4.48 (195.6%)4.73 (206.5%)Mean UPT(bps/Hz)2.623.534.044.22RU50%37%31%30%Simulation results of baseline case for channel reciprocity based operatio
12、nwith MU-MIMO 2Tx SRS (RU: 50%) 覆盖： 考虑公共信道作为覆盖基础，则典型覆盖场景下，8天线和大规模 天线相对2天线覆盖增益不明显； 赋形还可能带来公共信道覆盖稳定性差的隐患； 未来网络很可能以业务信道吞吐量为覆盖标准，则8天线和大规模 天线会带来较明显的覆盖增益；移动测试供参考，以5Mbps小区 边缘速率的要求，8天线下行覆盖半径相对2天线平均提升约39%； 上行覆盖半径平均提升约44%； 大规模天线调整覆盖形态/减少邻区干扰，能提供更好的覆盖概率。 容量： 大规模天线可以带来小区容量提升； 大规模天线技术的复杂性也会带来增益的不稳定性，需要仔细评 估组网条件下
13、大规模天线的性能。大规模天线增益分析CONTENTS3目录124应用与测试思考大规模天线技术分析天线形态与部署分析大规模天线标准进展5G系统-帧结构 帧结构 支持子帧(subfame)、时隙(slot)和微时隙(mini-slot)结构，以及自包含(self-contained)子帧结构； 帧长固定10ms，子帧长固定1ms； 时隙slot长度 子载波间隔60KHz及以下：7或14个符号； 子载波间隔60KHz以上：14个符号； 子载波间隔 载频6GHz以下：15KHz、30KHz、60KHz； 载频6GHz以上：60KHz、120KHz、240KHz； 一个PRB包含的子载波数目：125G系
14、统-帧结构5G系统-自包含帧结构 自包含帧结构 一个子帧中包含上行和下行 下行数据和ACK/NACK在同一个子帧内传输 下行调度信令和上行数据在同一个子帧内传输01234DcDdDdDdDd6UcMax. TAPDSCH schedulingHARQ-ACKSlot (e.g. 0.125 ms)X ms0Dc23456UdUdUdUdUcMax. TAPUSCH schedulingSlot (e.g. 0.125 ms)Y ms PCI (Physical cell ID)数目 1008（LTE PCI=PSS+3*SSS，504个） ECI 36bits - 687亿（LTE 28bit
15、s） 波形 DL: CP-OFDM UL: CP-OFDM或DFT-S-OFDM 信道编码 eMBB数据信道：LDPC（Turbo） eMBB控制信道/广播信道：Polar5G系统波形与编码 带宽 单载波最大带宽400MHz（LTE：20MHz） 载波聚合/双连接 最多支持16个载波（LTE 下行5个）5G系统载波聚合与多天线大规模天线 LTE演进28更多天线端口，更精确的信道反馈Rel-8: TM4 for 2TxRel-8 TM5 for MUTM7/8/9 TDD (non-CB)Rel-10: TM9 for 8TX Up to 8 layersRel-12: Double Codeb
16、ook 4Tx, CQI report mode: PUSCH3-2Rel-13: 2D codebook for up to 16 ports Beamformed CSI-RS Rel-14： advance d CSI Up to 32 ports Aperiodi c BF- CSI-RS CRS based MIMODMRS based MIMO随着基站天线数增加，导频设计要耗费大量 时频资源。 TDD可以利用信道的互易性进行信道估计， 不需要导频进行信道估计。大规模天线 5G NR MIMO CSI-RS：至少32个端口 DM-RS SU-MIMO：最多8个端口 MU-MIMO：最多12个端口 Multi-panel天线天线传输传输 集多面板传输，分布式传
