3D—MIMO技術(shù)應用方案

摘 要：本文從LTE網(wǎng)絡需求出發(fā)，介紹了3D-MIMO方案原理，并對3D-MIMO應用場景進行了分析，通過對3D-MIMO站點的規(guī)劃應用測試，闡明了3D-MIMO技術(shù)優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：3D-MIMO；BBU；RRU；波束賦型

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2017）03-0042-03

3D-MIMO Technology Application Scheme

XU Tingjun

（China Mobile Communication Group Design Institute Co Ltd.，Xian 710077，China）

Abstract： In this paper， starting from the demand of LTE network， the principle of 3D-MIMO scheme is introduced，and 3D-MIMO application scenarios are analyzed， through the 3D-MIMO site planning， application and testing， to clarify the advantages of 3D-MIMO technology.

Keywords： 3D-MIMO； BBU； RRU； beamforming

0 引 言

在科技飛速發(fā)展的今天，各種新興的應用技術(shù)出現(xiàn)在人們的日常生活中，無線數(shù)據(jù)業(yè)務的需求也隨之大幅度提升，那么無線接入需要怎么做才能更好的適應當前網(wǎng)絡的發(fā)展。頻譜資源的限制，要求人們?nèi)ヌ剿餍录夹g(shù)提高頻譜效率，多天的3D-MIMO技術(shù)作為未來5G的關(guān)鍵技術(shù)可以緩解數(shù)據(jù)業(yè)務增長給5G網(wǎng)絡帶來的壓力。

本文從LTE網(wǎng)絡需求出發(fā)，介紹了3D-MIMO方案原理，并對3D-MIMO應用場景進行了分析，通過對3D-MIMO站點的規(guī)劃應用測試，闡明了3D-MIMO技術(shù)優(yōu)勢。

1 3D-MIMO方案原理

1.1 3D-MIMO技術(shù)方案原理簡述

3D-MIMO：通過增加收發(fā)天線數(shù)量，通道數(shù)增加，從而獲得更高的分集、陣列、空間復用、干擾抑制增益，顯著地提升系統(tǒng)各項性能，更好的解決高話務、高樓、高干擾、上行受限的痛點場景。

1.2 3D-MIMO關(guān)鍵技術(shù)

（1）多流空分復用技術(shù)

1）發(fā)揮多天線的MIMO的技術(shù)優(yōu)勢，提供多流容量。

2）具備3D立體賦形能力提供更多空分維度，覆蓋增強。

多天線技術(shù)演進是從2流的SU MIMO到16流的3D-MIMO。

多流空分技術(shù)使用更大的天線陣列，精確的波束賦形，能量更加集中的優(yōu)勢；提升鏈路質(zhì)量，改善立體三維覆蓋；更多的復用流數(shù)，更高的容量增強。（如圖2）

（2）多天線收發(fā)提升用戶感知（如圖3）

1）下行窄波束精準賦形，增益聚焦。

2）上行多天線接收，提供高的分集接收增益。

3）上下行信道數(shù)量改善，提升高階調(diào)制比例進而提升用戶體驗及小區(qū)容量。

（3）立體覆蓋能力

多天線提供了3D多維立體覆蓋能力，滿足多種場景下的立體覆蓋需求。

2 3D-MIMO應用場景分析

由于3D-MIMO技術(shù)兼并著精準覆蓋以及速率大大提升兩大優(yōu)點。LTE網(wǎng)絡在高層樓宇、高話務量區(qū)域及熱點區(qū)域容量的需要，3D-MIMO應用場景分為：高話務、高樓、高干擾、上行受限等場景。

2.1 高話務場景

主要針對城市流量高地，高校等場景。

人口密集型城市中心室分建設困難突出，數(shù)據(jù)流量需求高；高校宿舍區(qū)域晚間流量大，數(shù)據(jù)新的RRB利用率非常高，同屬于數(shù)據(jù)流量需求高區(qū)域。3D-MIMO技術(shù)下行16流多用戶復用，提升網(wǎng)絡容量。

2.2 高樓

主要針對城區(qū)CBD、寫字樓等場景。

針對室分建設疑難點或室分覆蓋效果差的高樓，可利用3D-MIMO基站三維波束賦形技術(shù)垂直深度覆蓋，室外信號輻射室內(nèi)，覆蓋方案可以采用裙樓覆蓋高樓或高樓對打的方式。傳統(tǒng)的宏基站一般是廣域水平覆蓋，而高樓覆蓋是垂直覆蓋，覆蓋范圍相對傳統(tǒng)宏站有很大不同。

2.3 高干擾

主要針對密集城區(qū)邊緣提升等場景。

在密集城區(qū)和城區(qū)、城區(qū)和一般市區(qū)、一般市區(qū)和郊區(qū)等邊緣場景，可利用3D-MIMO基站精確地用戶級波束賦形及跟蹤，可有效控制干擾，提升邊緣用戶體驗。

2.4 上行受限

主要針對大型演唱會，賽事場景。

傳統(tǒng)基站采用BBU+RRU射頻單元+無源天線的實現(xiàn)方式，3D-MIMO基站采用BBU+RRU設備單元和天線集成建站，具有風阻小，質(zhì)量輕，體積小，更薄，建站相對容易的特點，更容易在大型演唱會，賽事場景使用；而且3D-MIMO支持上行8流多用戶復用，大幅提升UL傳輸能力。

3 3D-MIMO站點的規(guī)劃應用

發(fā)揮3D-MIMO基站的優(yōu)勢，針對高話務、高樓、高干擾、上行受限場景（三高一限），進行連片規(guī)劃部署。

首先需要基于2-3年容量增長需求，識別（三高一限）場景。

（1）高負荷場景：綜合利用率：Max（UL PRB、DL PRB、PDCCH CCE）大于40%或者下行流量大于2.2GB；

（2）上行受限場景：UL PRB=Max（UL PRB、DL PRB、PDCCH CCE）大于50%或者上行流量大于0.3GB；

（3）高干擾場景忙時底噪大于-110dBm，且小區(qū)的重疊覆蓋度低于5%；

（4）高樓層場景：高層建筑物內(nèi)弱覆蓋占比<30%，樓高30m～110m，且樓宇橫截面<2000平，“中、高”場景價值優(yōu)先級樓宇。

其次遵循“按小區(qū)評估，按站部署”的原則，替換為3D-MIMO基站。

（1）如基站是FD雙層網(wǎng)的站，當載波需求大于4.5個時，宏站D頻段模塊替換為3D-MIMO；

（2）如基站是單F站，當載波需求大于1.5個時，一步到位，新增D頻段為3D-MIMO；

（3）如基站是單D站，載波需求大于3個時，替換3D-MIMO；

（4）如果是高干擾小區(qū)或高樓宇站替換為3D-MIMO。

西安已完成西安北廣濟街廟后街（街道）3D-MIMO基站建設，并進行測試，測試結(jié)果。

（1）3D-MIMO提升高樓覆蓋2～10dB；

（2）一個3D-MIMO載波比8T兩個載波承載能力更強；

（3）3D-MIMO站點忙時平均用戶數(shù)達到313，最大用戶數(shù)達到373；

（4）3D-MIMO站點一個載波完全承載了8T8R站點二個載波的所有用戶數(shù)，平均用戶數(shù)由260提升到313，增長20%；

（5）3D-MIMO站點一個載波完全承載了8T8R站點二個載波的所有流量，忙時流量由19.4G提升到25.4G，增長31%；

（6）3D-MIMO站點小區(qū)平均用戶體驗在輕載（100用戶）時提升50%，中（150用戶）/重載時用戶體驗提升至2～3倍以上。

4 結(jié) 論

3D-MIMO通過引入更多振元多通道天線，利用水平和垂直天線陣列的三維覆蓋有效提高網(wǎng)絡速率和覆蓋能力，減少干擾。合理的規(guī)劃和實際外場測試結(jié)果表明，第一3D-MIMO基站的高階空分復用能力可顯著提升小區(qū)容量，解決站址難尋、單站容量不足等問題，第二通過采用3D-MIMO技術(shù)，基站可提供比宏站更高更深的覆蓋，解決高層室內(nèi)覆蓋難，宏站覆蓋差等問題；第三針對偏遠地區(qū)光纖資源無法到戶的問題，3D-MIMO基站+CPE方式可有效實現(xiàn)最后一公里覆蓋，解決覆蓋盲點；在即將進入全新的物聯(lián)網(wǎng)時代，3D-MIMO技術(shù)將展現(xiàn)它的用武之地。

參考文獻：

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[2] 姜雍，王亞峰.TD-LTE系統(tǒng)3D-MIMO多用戶性能研究 [J].現(xiàn)代電信科技，2014（04）：19-24.

作者簡介：許婷君（1979.04—），女，漢族，陜西咸陽人，項目經(jīng)理，工程師，學士學位。研究方向：無線通信。