5G室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)方案及MIMO技術(shù)使用分析

劉建華

摘要：針對即將到來的5G時代，如何在低成本高效率的前提下將室內(nèi)分布系統(tǒng)由4G變更為5G是近幾年來人們不斷探討的話題，本文主要圍繞5G室內(nèi)分布系統(tǒng)這一主題，從基本概述、建設(shè)方案、MIMO技術(shù)使用等方面展開討論，為室內(nèi)分布系統(tǒng)向5G方向發(fā)展提供了價值性的參考建議。

關(guān)鍵詞：5G時代;室內(nèi)分布系統(tǒng);MIMO技術(shù)

中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）05-0026-02

1基本概述

1.1室內(nèi)分布系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要是指一種將通信基站所發(fā)出的信號均勻地散布在室內(nèi)空間中，確保室內(nèi)空間內(nèi)的各個角落都能夠擁有理想化信號覆蓋效果的系統(tǒng)，合理地利用該系統(tǒng)可以有效地改善室內(nèi)空間的通信環(huán)境，為人們提供更加優(yōu)質(zhì)的通信服務(wù)。常見的室內(nèi)分布系統(tǒng)所對應(yīng)的接入方式有以下幾種：第一，以宏蜂窩為主體信號源的分布系統(tǒng);第二，以微蜂窩為主體信號源的分布系統(tǒng);第三，以直放站為主體信號源的分布系統(tǒng)。

1.2 MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)主要是指移動通信系統(tǒng)在不增加帶寬的前提下顯著提升其頻譜利用效率及容量的一種先進(jìn)的技術(shù)手段。MIMO技術(shù)可在信號發(fā)送端及信號接收端建立數(shù)個獨立的信號通道，并在天線單元之間保持一定的間隔，用以消除相鄰天線信號之間的關(guān)聯(lián)性，增加數(shù)據(jù)信息的吞吐量，提高通信系統(tǒng)的鏈路性能。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果我們可以得知，MIMO技術(shù)可以極大地提高通信系統(tǒng)中的頻譜效率，因此該技術(shù)也被廣泛地應(yīng)用在5G室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)中。

2系統(tǒng)建設(shè)方案

2.1傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)

傳統(tǒng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)通常由饋線、耦合器、天線、合路器等構(gòu)件組合而成，這些機(jī)械器件一般可支持700MHz-2700MHz頻段的室內(nèi)分布系統(tǒng)，當(dāng)室內(nèi)分布系統(tǒng)中出N3.5GHZ頻段的信號時，會對室內(nèi)分布系統(tǒng)中的耦合器等功能性機(jī)械器件損壞較大。該分布系統(tǒng)在實際應(yīng)用中存在以下缺陷問題還有待改善：第一，可控性差，系統(tǒng)中的無源器件均不可進(jìn)行實時性的監(jiān)控，只能采用人力來排除系統(tǒng)中潛在的故障問題，成本較高;第二，不可室內(nèi)定位，由于天線的功能特性不可區(qū)分信號的位置信息，因而不可進(jìn)行室內(nèi)定位;第三，擴(kuò)容性差，只能以增加載波的方法來擴(kuò)容，滿足較低的擴(kuò)容要求。

2.2 5G室內(nèi)分布系統(tǒng)

5G室內(nèi)分布系統(tǒng)是在5G技術(shù)的基礎(chǔ)上逐漸衍生而來的，其建設(shè)方案主要包括以下幾種形式：第一，傳統(tǒng)DAS，建設(shè)成本較低，適用于居民區(qū)等低價值通信要求的場所;第二，Smart DAS，成本低，不支持分裂擴(kuò)容，不支持大數(shù)據(jù)，適用于居民區(qū)等低價值通信要求的場所;第三，分布式皮飛站+SmaA DAS，成本適中，適用于多隔斷且覆蓋面廣的場景;第四，拓展型皮飛站+Smart DAS，成本適中，適用于多隔斷且覆蓋面廣的場景;第五，分布式皮飛站，成本適中，適用于商場等中價值場景;第六，拓展型皮飛站，成本適中，適用于商場等中價值場景。

3MIMO技術(shù)使用分析

3.1技術(shù)類型

以下三種技術(shù)均是M1MO技術(shù)中比較常見的應(yīng)用類型，可獨立使用也可組合使用，其主要功能特性是降低通信系統(tǒng)的發(fā)射功率，擴(kuò)發(fā)信號覆蓋范圍，增強(qiáng)信號的抗干擾能力，以此來進(jìn)一步優(yōu)化5G室內(nèi)分布系統(tǒng)的應(yīng)用效果。

3.2特征波束成形

無論是在通信系統(tǒng)的傳輸端還是在接收端，M1MO技術(shù)都利用特征波束成形而對定向天線產(chǎn)生一定的增益，與此同時特征波束成形可獲取同等的增益效果，且無需考慮周圍環(huán)境中散射對信號所產(chǎn)生的影響。相控陣是特征波束成形的常見形式，其主要是將特定數(shù)量的天線組在一起，形成一個天線簇，技術(shù)人員可通過控制其方向來完成對某一特定方位的信號接收或發(fā)射。相控陣在應(yīng)用過程中也存在一定的缺陷問題，如性能增益與帶寬成反比，帶寬增加會使得相控陣增益減小，此外相控陣波束成形的條件也有一定的限制，在非視距的條件下相控陣所發(fā)射的信號會大幅度減少。MIMO技術(shù)下的特征波束成形所使用的信號處理技術(shù)是相對成熟的數(shù)字信號處理技術(shù)，可單獨處理信號中的OFDM窄帶子載波，而非僅僅局限于特定的三維空間內(nèi)，所以該技術(shù)在實際應(yīng)用時幾乎不會受到信號反射或信號散射的影響。

3.3空時編碼技術(shù)

該技術(shù)通常應(yīng)用于多天線條件下的發(fā)射端，無論是單接收天線還是多接收天線，該技術(shù)都可加強(qiáng)其應(yīng)用過程中的信號增益效果，該技術(shù)可以在原有傳輸信號的基礎(chǔ)上通過一系列特殊的信號處理方式對信號進(jìn)行更改，并利用其余天線來傳輸這些信號，通過這種方式來提高通信系統(tǒng)在復(fù)雜的環(huán)境中提取有價值信號的能力?？諘r編碼技術(shù)常用于與波束成形或分集接收進(jìn)行對端匹配，以車載設(shè)備為例，該類設(shè)備一般擁有4根天線，而常見的手持設(shè)備則一般由1至2根天線，若手持設(shè)備以單天線進(jìn)行信號傳輸，則車載設(shè)備可通過波束成形來顯著提升其接收信號的收益，反之亦然，由此可見，合理地使用空時編碼技術(shù)可有效地提高通信系統(tǒng)中鏈路的對稱性，確保雙向通信的穩(wěn)定性運(yùn)行。

3.4空間復(fù)用技術(shù)

與上述我們所提到的兩種MIMO技術(shù)類型相比，空間復(fù)用技術(shù)是MIMO技術(shù)中較難理解的一種技術(shù)類型。該技術(shù)通常在不同天線的相同頻點上設(shè)立數(shù)個數(shù)據(jù)流，其接收端需使用超過數(shù)據(jù)流數(shù)量的天線才能完成正確的譯碼，這種模式下會顯著提升通信系統(tǒng)的吞吐量。以4×4的MIMO系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)最大可維持4個數(shù)據(jù)流的正常運(yùn)行，此時其吞吐量將會是相同帶寬條件下傳統(tǒng)的SISO系統(tǒng)的4倍，我們將這四個數(shù)據(jù)流分別標(biāo)記為a、b、cNd，這些數(shù)據(jù)流會在通信系統(tǒng)中進(jìn)行空間疊加再傳遞至接收端，此時的a、b、c、d則變?yōu)閣a+xb+yc+zd，其中x，y，w、z代表的是四個數(shù)據(jù)流所對應(yīng)天線上的信道變化，與此同時，接收端可通過數(shù)學(xué)中線性代數(shù)等方式來解出a、b、c、d的原始值，這便是空間復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用流程。該技術(shù)在M1MO技術(shù)中的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在可不降低通信系統(tǒng)中鏈路穩(wěn)定性的前提下增強(qiáng)頻譜利用效率，因此該技術(shù)也被廣泛地應(yīng)用在5G室內(nèi)分布系統(tǒng)的實際應(yīng)用中，并取得了良好的應(yīng)用成效。

3.5實踐應(yīng)用

MIMO技術(shù)是5G技術(shù)中應(yīng)用非常廣泛地一項技術(shù)形式，從傳統(tǒng)的4G到現(xiàn)代科技發(fā)展中應(yīng)運(yùn)而生的5G，信號發(fā)射端所支持的信息流數(shù)量也Ak4G時期的2流、4N、8流增加至5G時期的16流、24流，與之相對應(yīng)的接收端也從4G時期的1流、2流增加至5G時期的4流、8流。MIMO技術(shù)在5G室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)的實踐應(yīng)用中，通常會采用2T2R雙流形式或4T4R四流形式進(jìn)行建設(shè)，對于一些對通信環(huán)境具有高容量要求的場景中，技術(shù)人員可優(yōu)先選擇MIMO技術(shù)中的四流方式參與5G分布系統(tǒng)的建設(shè)。

4結(jié)語

雖然就目前而言國內(nèi)的5G室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)還未處于成熟階段，且MIMO技術(shù)應(yīng)用范圍相對有限，但不可否認(rèn)的是5G建設(shè)已然成為未來幾年的重要發(fā)展趨勢，NMIMO技術(shù)也定然會在5G室內(nèi)分布系統(tǒng)中發(fā)揮極為重要的作用，這是5G通信時代帶給人們的改變，相信這種改變會使得人們的生活品質(zhì)實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。