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软银继移动后部署TD-LTE+Massive MIMO,5G其实是中国先行?

2016-12-07 网优雇佣军 阅读:
早在2015年9月,中国移动就成功完成了世界上首个于商用4G网络上的Massive MIMO部署。软银应该是继中国移动之后,全球第二个部署TD-LTE+Massive MIMO的运营商。

我们才不关心网络峰值速率呢,我们关心的是如何提升最低速率。nTxednc

前不久,来自软银的网络规划负责人如是说。nTxednc

这位负责人表示,软银网络的最低速率在1 Mbit/s和5 Mbit/s之间,这拉低了用户的移动视频体验。而之前的网络更糟糕,有20%的用户不得不忍受低于2Mbit/s的速率,今天这一比例终于下降至几个百分点。nTxednc

但是,在改善用户体验的道路上依然充满挑战。nTxednc

软银希望将网络的最低速率再提升一点,让每个用户都能体验到5 Mbit/s以上的速率。nTxednc

于是,他们决定采用Massive MIMO解决方案,而这一方案的提供者正是来自中国的设备商——华为和中兴。nTxednc

软银还认为,Massive MIMO技术是5G的关键。nTxednc

2015年12月,软银旗下的WCP(无线城市规划公司)获得了总务省的许可,开始在2.5GHz上试验基于TDD的Massive MIMO。nTxednc

这是今年软银的Massive MIMO站点…nTxednc

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早在2015年9月,中国移动就成功完成了世界上首个于商用4G网络上的Massive MIMO部署。软银应该是继中国移动之后,全球第二个部署TD-LTE+Massive MIMO的运营商。nTxednc

TDD、Massive MIMO究竟是怎么回事?对5G意味着什么?我们先从技术原理说起。

我们说未来的5G网络是一个异构网络...nTxednc

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具体的讲,就是在现有宏小区下重叠配置工作于高频段的Small Cells,并利旧原宏基站的回传线路。nTxednc

在这样的网络构架下,控制面和用户面分离。工作于低频段且覆盖范围大的宏小区主要负责控制面,传送控制信令;而工作于高频段的Small Cells只负责用户面,传送用户数据流量。nTxednc

由于Small Cells工作于高频段,信号带宽更宽,可获得更高的数据速率,解决网络的流量需求,比如100MHz带宽就可获得10 Gbps的峰值速率。nTxednc

不过,问题来了。由于高频段信号传播损耗大,这就需要采用大规模多天线技术来实现空间分集,抑制传播损耗。nTxednc

采用平板阵列天线时,由于相邻天线元间距为半个波长,那么,工作于20GHz高频段的天线上的天线阵元间距为7.5毫米,这就意味着在12平方厘米的平板上可分布256个天线单元。nTxednc

如下图所示:nTxednc

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当然,频率越高,波长越短,则相同大小的面板可安装的天线单元就越多。nTxednc

大规模多天线系统可以控制每一个天线单元的发射(或接收)信号的相位和信号幅度,产生具有指向性的波束,消除来自四面八方的干扰,增强波束方向的信号。这就是波束赋形,它可补偿无线传播损耗。nTxednc

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至于3D Beamforming,是指在三维空间(水平和垂直空间)形成传输信号的分离波束。nTxednc

波束赋形的效果怎样?

我们来看一看在发射功率为33dBm下,分别工作于3.5GHz、10GHz和20GHz频段下的波束赋形的覆盖距离。nTxednc

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上图表明了大规模天线面板大小分别为20、40和80平方厘米时,不同频段下波束赋形的覆盖距离。nTxednc

由图可知,在同等数量天线单元情况下,频率越高,覆盖距离越短。但是,这可以通过增加天线数量来补偿,比如,工作于10 GHz 频段的100个天线单元(1010)的覆盖距离为490米,而工作于20 GHz频段下的400个天线单元(2020)则可达到近乎相等的覆盖距离——437米。nTxednc

当然,随着频段的上升,要想达到相同的覆盖距离,就需要增加天线单元数量,这意味着天线成本的上升。所以,降低天线成本成为5G 多天线技术的关键问题。nTxednc

啰嗦了半天,现在总算该Massive MIMO出场了。

采用了MIMO和波束赋形技术的大规模多天线系统称为Massive MIMO。Massive MIMO不但利用了大规模单元天线来补偿传播损耗,扩展覆盖范围,还同时连接多个用户,利用多用户复用来提升系统容量。同时,Massive MIMO还能通过空间复用的方式,将多个数据流从不同的天线发射出去,提升单个用户的传输速率。nTxednc

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一个比较简单通俗的解释就是,传统基站相当于一条高速路上行驶多辆车,一旦车流增多,就会造成拥堵,行驶缓慢。而Massive MIMO为每一辆车开辟了一条专用道路。nTxednc

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不过,采用Massive MIMO时,为了避免不同数据流、不同用户间的干扰,在信号发射前,需要对信号进行预处理。nTxednc

具体的讲,由于在Massive MIMO下,系统处于“中心基站-分散终端”的工作模式,信号传输发生在基站和各个用户之间,各个用户之间无法通信,单个用户对其它用户的信道情况和发送信息一无所知,所以,基站需要收集所有用户的CSI(Channel States Information,信道状态信息)来进行预处理,将用户信号进行有效分离,从而对抗用户间的干扰。nTxednc

基站能否精确获取上下行信道的CSI非常重要,这直接关系Massive MIMO的性能。nTxednc

由于TDD系统上下行使用同一频段,所以可以单边的基于上行信道状况估计下行信道,即利用下行信道与上行信道所具有的互易性而获得信道状态信息。nTxednc

而FDD系统上下行工作于不同的频段,发送端只能通过接收端反馈才可获得信道状态信息,相对于TDD,这就多了大量CSI信息反馈这一步。随着天线数目的增加,就会引发系统反馈开销增加、系统反馈信息的准确性和及时性降低等问题。nTxednc

简而言之,Massive MIMO更容易在TDD上进行部署,且已经实现部署。nTxednc

事实上,无论是6GHz以下低频段还是6GHz以上高频段,基于TDD技术的Massive MIMO优势突出。所以,有人认为,5G时代高频段引入,更多的意味着采用TDD模式来精确估计信道状态。nTxednc

对于TD-LTE + Massive MIMO部署,可以说,这是TD-LTE阵营在5G道路上的一次先行。美国运营商希望在28GHz毫米波上有所突破,而来自中国的基于6GHz以下TDD频段的Massive MIMO已经商用,后续我们还将看到基于3.4Ghz至3.6Ghz的TDD频段上Massive MIMO部署,和更高频段上的Massive MIMO部署。nTxednc

这也符合5G自然生长规律,我们先从低频段入手,解决最低速率问题,做好连接,然后再引入高频段提升峰值速率,做优连接。nTxednc

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