3D-MIMO技術(shù)在校園場景中的應(yīng)用研究

熊 飛，尹曉丹

（湖北郵電規(guī)劃設(shè)計有限公司，湖北 武漢 430016）

1 技術(shù)特點(diǎn)

3D-MIMO采用64通道和128天線陣元實(shí)現(xiàn)資源空分復(fù)用，可在水平和垂直兩個維度動態(tài)調(diào)整信號方向，使信號能量更集中、方向更精準(zhǔn)，并支持多用戶在相同資源上并行傳輸，從而提升小區(qū)吞吐量和邊緣用戶速率[1]。

1.1 多用戶MIMO提升小區(qū)吞吐量和頻譜效率

多個終端間通過空分隔離促使基站區(qū)分出不同終端的發(fā)射信號，形成虛擬MIMO傳輸。其中，滿足條件的終端可采用相同時頻資源傳輸[2]。

MU-MIMO技術(shù)可使小區(qū)內(nèi)可用的頻域資源成倍增加，提升小區(qū)平均吞吐量。對于3D-MIMO技術(shù)，上行最多支持8流傳輸，上行頻譜效率最多提升7倍，峰值速率從15 Mb/s提升到120 Mb/s；下行最多支持8流傳輸，下行頻譜效率最多提升4倍，峰值速率從110 Mb/s提升到370 Mb/s[3]。

1.2 大規(guī)模天線提升用戶數(shù)量

通過大規(guī)模天線實(shí)現(xiàn)三維立體覆蓋，可有效降低對鄰區(qū)的干擾，提升邊緣用戶感知和用戶數(shù)量。

2 應(yīng)用效果

2.1 覆 蓋

當(dāng)3D-MIMO小區(qū)1倍于傳統(tǒng)TDD宏站用戶數(shù)，且3D和TDD小區(qū)完全同覆蓋（同功率、同下傾角及同方位角）設(shè)置時，對比測試結(jié)果如表1所示。

表1 指標(biāo)統(tǒng)計對比分析

由表1可知，3D小區(qū)1倍于傳統(tǒng)TDD宏站用戶數(shù)時，RSRP和平均下載速率相比傳統(tǒng)8T8R TDD宏站提升明顯。具體地，覆蓋率RSRP大于-110 dBm的采樣點(diǎn)占比提升了16.5%，平均RSRP提升了6 dBm，平均下載速率提升了9.9 Mb/s。

2.2 小區(qū)容量

提取13時、14時和15時的上、下行平均速率指標(biāo)進(jìn)行對比。如圖1、圖2所示，3D相對于TDD小區(qū)，上行平均速率由0.1 Mb/s提升至0.3 Mb/s，提升約3倍；下行平均速率由2.3 Mb/s提升至6.1 Mb/s，提升幅度約3倍。

圖1 小區(qū)級上行平均速率對比

圖2 小區(qū)級下行平均速率對比

2.3 用戶速率

選點(diǎn)原則為TDD小區(qū)的好點(diǎn)、中點(diǎn)和差點(diǎn)，促使3D小區(qū)的工程參數(shù)（方位角、下傾角及掛高）與TDD一致，并在相同的地點(diǎn)對比測試。測試目的是對比3D和傳統(tǒng)TDD小區(qū)在業(yè)務(wù)感知方面的效果。測試選取3個同樣的測試點(diǎn)進(jìn)行3D和TDD的FTP上傳和下載測試，對比測試結(jié)果如表2所示。

由表2可知，好點(diǎn)增益為5.6 Mb/s，中點(diǎn)增益為10 Mb/s，差點(diǎn)增益為8.8 Mb/s。

2.4 功耗情況

采用3D-MIMO后，小區(qū)容量提升約3倍，設(shè)備數(shù)量未提升，故功耗未明顯提升。若采用傳統(tǒng)的載波擴(kuò)容或小區(qū)分裂擴(kuò)容的方法提升相同的容量，設(shè)備數(shù)量需達(dá)到現(xiàn)有設(shè)備數(shù)量的3倍，且功耗基本為現(xiàn)有設(shè)備功耗的3倍。因此，采用3D-MIMO相較于傳統(tǒng)方式擴(kuò)容可節(jié)能約2/3。

3 結(jié) 論

3D-MIMO解決方案在網(wǎng)絡(luò)性能提升、頻譜效率提升、覆蓋能力增強(qiáng)及大話務(wù)壓力下流量釋放等方面的優(yōu)勢，可大大提升用戶體驗(yàn)。

（1）容量提升：高校大話務(wù)場景下部署3D-MIMO后，相比原TDD小區(qū)流量提升約3倍。

（2）覆蓋提升：3D-MIMO通過三維波束賦形，有效提升了覆蓋能力。

（3）體驗(yàn)提升：3D-MIMO幫助突破了網(wǎng)絡(luò)感知瓶頸，確保了更佳的用戶體驗(yàn)；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)高負(fù)荷時，傳統(tǒng)8T8R TDD宏站無法滿足用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)的需求；借助3D-MIMO更高的頻譜效率，在接入用戶是傳統(tǒng)宏站2倍以上的情況下，可確保用戶上、下行感知要求，突破了用戶感知瓶頸。

（4）節(jié)能提升：采用3D-MIMO相較于采用傳統(tǒng)方式擴(kuò)容，可節(jié)能約2/3。

本文是3D-MIMO在校園高話務(wù)場景應(yīng)用下的初步實(shí)踐，后續(xù)將在高校、商圈、交通樞紐及熱點(diǎn)景區(qū)等容量受限的高價值區(qū)域?qū)嵺`。通過進(jìn)一步擴(kuò)大3D-MIMO技術(shù)的商用部署試點(diǎn)，持續(xù)釋放3D-MIMO的技術(shù)潛力和價值，增大電信LTE網(wǎng)絡(luò)厚度，從而充分保障用戶感知。

表2 測試結(jié)果