5G移動通信中MassiveMIMO技術的研究

1、    5g移動通信中massivemimo技術的研究    摘 要：mimo技術在lte中已經(jīng)得到了廣泛應用，但是lte中4天線、8天線已經(jīng)不能滿足5g的高速率要求，所以必須使用16天線、32天線甚至更多天線的massive mimo技術。本文針對massive mimo的使用原因做了詳細闡述，總結(jié)了massive mimo技術的優(yōu)點以及使用場景。給讀者對massive mimo技術的了解帶來幫助。關鍵詞：massive mimo;多天線;5gmassive mimo是5g的關鍵技術之一，是實現(xiàn)5g高速率、大容量接入的關鍵。massive mimo即大

2、規(guī)模多輸入多輸出系統(tǒng)，通過相互獨立的子載波波束，將用戶在空間進行隔離從而傳輸不同用戶的數(shù)據(jù)，成倍增加系統(tǒng)的吞吐量。一、massive mimo技術發(fā)展massive mimo是在mimo技術的延伸上發(fā)展而來的。在lte中已經(jīng)得到了廣泛的應用。與lte中mimo的最多8根天線相比較，massive mimo在5g中則支持16、32、64、128甚至更大規(guī)模的天線。二、弗里斯傳輸方程對mimo技術的作用根據(jù)弗里斯傳輸方程，通過傳輸功率、天線增益、距離、波長與接收功率可以計算出第一個天線到第二個天線的接收功率。公式如下：pr=ptgtgr4r2其中pt是發(fā)射天線功率，pr是接收天線功率，gt是發(fā)射天

3、線增益，gr是接收天線增益，是工作波長，r為收發(fā)天線距離。通過公式可以得出，理論上想要增大接收功率pr，則可以增大發(fā)射功率pt;增大發(fā)射天線增益gt;增大接收天線增益gr;增大工作波長以及減小收發(fā)天線距離。但是由于功放技術的極限限制以及國家無線管委會的規(guī)定，是不能無限制的增大天線發(fā)射功率pt的。同時由于材料發(fā)展的瓶頸以及物理規(guī)律也不能直接無限提高發(fā)射天線增益gt、接收天線增益gr。想要減小收發(fā)距離，意味著運營商需要多建基站，顯然也不可以。只有通過降低頻率來增加波長，但是低頻頻段資源極其有限，而且有一些還被2g、3g、4g暫時占用，無法使用。所以直接簡單的通過增加pt、gt、gr、以及減小r來提

4、高pr顯然不能實現(xiàn)。三、massive mimo背景下的波束賦形波束賦形就是在mimo背景下根據(jù)不同場景自適應調(diào)整天線陣列方向圖的一種天線技術。在lte中已經(jīng)有所應用。傳統(tǒng)單天線通信方式在手機和基站之間建立了一條電磁波的通路，如果不進行物理調(diào)節(jié)，其天線輻射圖是固定的，導致同時同頻可服務的用戶數(shù)量受限。而應用了波束賦形技術后，基站側(cè)擁有更多的天線，便可以自適應調(diào)節(jié)各個天線上發(fā)射信號的相位，使得他們高度相關，在手機接收點形成有多個信號疊加的波束，從而產(chǎn)生更強的信號增益來對抗損耗。通俗講，這個技術就像生活中發(fā)光的小燈泡，它的光是射向四面八方的，所以它的照亮范圍極其有限。但是一旦將燈泡裝入手電筒，加入

5、反光罩，則光源可以射的更遠，便可以增加某一個方向照亮的增益。在通信系統(tǒng)中，天線數(shù)目越多、規(guī)模越大，波束賦形能夠大會的作用也就越明顯。與lte 中波束賦形不同的是，5g中天線從一維多天線增加到二維多天線。所以波束賦形技術也從2d演變?yōu)?d，能夠同時控制日安縣方向圖在水平和垂直方向的形狀。3d波束賦形使得基站針對不同空間分布的用戶，將信號更加精準的指向目標用戶。再來回到弗里斯傳輸方程，雖然我們沒有直接增加gt來增加pr，但是通過大規(guī)模的波束賦形實質(zhì)上相當于對多個波束進行“整形”，從而變相提高了發(fā)射天線增益gt。所以最終的pr的提高還是基于弗里斯傳輸方程的。四、massive mimo技術優(yōu)點（一）

6、更加精準的3d波束賦形，大大提高了接收信號強度不同的波束都有各自非常集中的聚焦區(qū)域，使得用戶始終處于小區(qū)內(nèi)的最佳信號區(qū)域。（二）同頻同時為更多用戶服務，提高網(wǎng)絡容量由于在覆蓋空間中對不同用戶可形成獨立的窄帶波束覆蓋，從而使得天線可以同時為不同的用戶服務，成倍的提高了系統(tǒng)用戶容量。（三）有效減少小區(qū)間干擾由于更加窄的波束，可以更加精準的服務用戶，避免信號輻射到鄰區(qū)，對鄰區(qū)造成干擾。（四）更好覆蓋遠、近端小區(qū)由于5g中使用的3d波束賦形，波束能夠在水平和垂直兩個方向連續(xù)覆蓋，更好的覆蓋小區(qū)邊緣和小區(qū)天線下的用戶。五、應用場景（一）重點區(qū)域多用戶場景5g之前演唱會、聚會、體育賽事中，由于信號覆蓋范圍內(nèi)用戶過多，打電話上網(wǎng)都變得很困難。在5g使用了大規(guī)模mimo后，可以使用更加精準的波束和獨立的波束進行覆蓋，從而提升用戶感受和系統(tǒng)容量。（二）高樓覆蓋場景用戶大量分布于不同樓棟的不同樓層，傳統(tǒng)的基站垂直覆蓋分為通常較窄，可能需要部署多個天線才可滿足要求，5g移動通信中的3d波束賦形可有效的提升水平和垂直覆蓋的能