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摘 要：首先重點介紹了5G Massive MIMO關鍵技術特征，然后分析了該技術與Pre5G多天線技術的聯系與區別。進一步給出了不同廣播波束和業務波束配置條件下 5G NR 的覆蓋能力與用戶速率感知情況，最后再結合原理分析和測試結論，給出了5G Massive MIMO優化的主要思路，并針對后續優化工作面臨的挑戰提出了一些建議。
關鍵詞：5G；Massive MIMO；網絡優化；干擾
doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2020.01.001
Massive MIMO的產生背景與影響
不斷提高空中接口吞吐率是移動通信無線技術發展的動力和目標。5G下行峰值速率將達到20 Gbit/s，下行用戶體驗速率將達到100 Mbit/s，并且需要提供相對于 LTE 20 倍的小區容量和十分之一的空口時延。為了解決5G在峰值速率以及系統容量方面的挑戰，需要從各個方面對技術進行增強，而Massive MIMO就是其中的關鍵技術之一，它使用大規模陣列天線，增強了空間維度的解析能力和使用效率。與傳統的天線相比，Massive MIMO的優勢主要體現在以下3個方面。
a）通信容量提升。Massive MIMO 具備波束空間復用的特性，充分利用空分的維度降低了不同終端之間的信道相關性，增強了多用戶MIMO技術，極大地提升了頻譜效率。下行通過 MU-BF（Multi-user beam⁃forming）技術，將多個用戶進行并發配對。和 LTE 的8T8R 相比，理論容量可以提升 5~8 倍；上行通過 MUMIMO技術，將多個用戶進行配對調度，和 8T8R相比，理論容量可以提升4~6倍。
b）覆蓋能力提升。5G 使用毫米波等高頻頻段進行部署。在高頻場景下，無線電波衍射能力下降，穿透損耗大大增加，而 Massive MIMO 能夠生成高增益、可調節的賦形波束，從而明顯改善信號覆蓋。在5G通信中，廣播信道采用窄波束發射，廣播波束賦型是 5G 相對于4G的一個重大改變，通過多個窄波束取代原有的寬波束，可以很好地增強廣播信道的覆蓋能力。在同等水平波寬的情況下，8T8R 垂直波寬為 6.5°，MassiveMIMO 可以定制垂直波寬，最大垂直波寬達 35°，波寬提升 5.3 倍，高樓覆蓋水平可以提升 9~15 dB。圖 1 表述了 Massive MIMO 與 4G 系統的 8T8R 垂直覆蓋能力的差異。
c）抗干擾能力提升。自適應三維波束賦形可以有效對抗下行干擾。4G系統的波束賦形，波束只能在水平方向跟隨目標終端調整方向，開通 3D-BF（三維波束賦形）特性后，窄波束在水平方向和垂直方向都能隨著目標終端的位置進行調整，始終對準目標終端，從而使目標終端獲得更好的覆蓋，且波束較窄，可以降低干擾。同時，上行波束跟蹤可以降低上行干擾。在UE移動過程中，根據下行廣播波束的變化，gNB 可以同時調整上行的波束，實現上行波束跟蹤，可以有效降低上行干擾。
