Massive MIMO測(cè)試進(jìn)展及性能分析

中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司|蔣曉虞

2018年，各大設(shè)備生廠商在Massive MIMO的研發(fā)上都有較大的提升，相比2017年普遍的128振子，目前5G試驗(yàn)網(wǎng)中普遍采用的是64T64R（192振子）的Massive MIMO天線，振子規(guī)模的提升除了可提升天線增益以外，還可提升并發(fā)數(shù)據(jù)流，進(jìn)而提升整體小區(qū)吞吐量。5G的Massive MIMO與RRU采用一體化設(shè)備設(shè)置，統(tǒng)稱為AAU，目前AAU最高能夠?qū)崿F(xiàn)32流數(shù)據(jù)（測(cè)試以24流設(shè)備為主），可同時(shí)實(shí)現(xiàn)空間分集與空間復(fù)用功能。

Massive MIMO提升增益明顯

相比4G中使用的4T4R/8T8R多天線技術(shù)，Massive MIMO除了可支持SUMIMO（單用戶多入多出）以外，還可支持MU-MIMO（多用戶多入多出），可提供更高的小區(qū)吞吐量。根據(jù)測(cè)試分析，相比4T4R，Massive MIMO最高可以得到6倍的數(shù)據(jù)吞吐量增益。在2018年6月21日，信通院公布了由工信部組織的IMT-2020第三階段NSA（非獨(dú)立組網(wǎng)）外場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，64T64R設(shè)備（32流）的設(shè)備最高可提供單用戶3.0Gbit/s、小區(qū)吞吐量10.3Gbit/s的設(shè)備能力，依靠多天線空間分集，可實(shí)現(xiàn)24dB的高天線增益，一定程度上彌補(bǔ)因3.5GHz高頻引起的路損。

除了工信部組織的測(cè)試，三大運(yùn)營(yíng)商也積極開展5G技術(shù)跟蹤與測(cè)試工作，在多個(gè)城市開展規(guī)模試點(diǎn)建設(shè)與外場(chǎng)測(cè)試。對(duì)于Massive MIMO，主要針對(duì)Massive MIMO的覆蓋提升、波束賦形等方面開展相關(guān)測(cè)試與研究，測(cè)試內(nèi)容主要包括Massive MIMO波束賦形增益、用戶分布對(duì)吞吐量影響、波束跟蹤切換、波束魯棒性等方面。

根據(jù)目前的運(yùn)營(yíng)商測(cè)試結(jié)果，當(dāng)用戶移動(dòng)到中遠(yuǎn)點(diǎn)時(shí)，Massive MIMO可根據(jù)用戶的分布情況或數(shù)量與無線環(huán)境中障礙物情況，自適應(yīng)調(diào)整數(shù)據(jù)流數(shù)和波束方向，獲取相對(duì)最佳的覆蓋和容量性能，波束賦形帶來的增益效果很明顯。

圖 SU-MIMO與MU-MIMO對(duì)比分析

終端進(jìn)程影響測(cè)試進(jìn)展

但在試點(diǎn)驗(yàn)證中也發(fā)現(xiàn)，Massive MIMO采用了多個(gè)小功率的功放連接各個(gè)天線端口，功率轉(zhuǎn)化效率較低，而自適應(yīng)的波束調(diào)整也帶來了額外的功率消耗，因此，目前Massive MIMO設(shè)備的能化效率僅為15%，一臺(tái)設(shè)備功耗最高可達(dá)到1500～2000W，加上BBU設(shè)備，S111的單站最高功耗可達(dá)到6000～7000W，對(duì)后期維護(hù)和運(yùn)行帶來較大的成本壓力。

同時(shí)，目前各個(gè)廠家主要提供原型機(jī)進(jìn)行測(cè)試，與實(shí)際商用設(shè)備仍有一定差距，而且不同廠家的基站在MIMO編碼方面差別較大，所展現(xiàn)出來的波束賦形增益、用戶移動(dòng)過程中信號(hào)的穩(wěn)定性等方面均存在一定差異。而且，由于目前的5G終端仍屬于原型機(jī)階段，體積較大，對(duì)于垂直移動(dòng)性測(cè)試仍具有一定難度。

針對(duì)以上測(cè)試情況，各生產(chǎn)廠家持續(xù)對(duì)Massive MIMO設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，重點(diǎn)提升Massive MIMO設(shè)備的能化效率，根據(jù)廠家反映，實(shí)際商用設(shè)備的功耗較原型機(jī)有望降低20%～30%，同時(shí)針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)化MIMO的算法配置。商用設(shè)備尚未開展規(guī)模外場(chǎng)測(cè)試，下一階段，各運(yùn)營(yíng)商應(yīng)該會(huì)基于成熟設(shè)備類型繼續(xù)細(xì)化Massive MIMO的測(cè)試，以期獲取在不同場(chǎng)景下的應(yīng)用方案，有效降低后期運(yùn)營(yíng)成本。同時(shí)，隨著終端芯片的研發(fā)及商用，運(yùn)營(yíng)商也將增加Massive MIMO在垂直分布、垂直移動(dòng)方面的測(cè)試驗(yàn)證工作，進(jìn)一步分析Massive MIMO在波束賦形、波束跟蹤等方面的產(chǎn)品性能。