大規(guī)模MIMO天線的工程部署探索

聶鋒

摘 要：5G核心的技術(shù)是大規(guī)模MIMO，大規(guī)模MIMO帶來天線數(shù)量的激增，實(shí)際工程中天線尺寸受限，為保障工程實(shí)施，本文通過對(duì)5G中大規(guī)模MIMO天線的尺寸和頻段的相關(guān)性及覆蓋能力進(jìn)行仿真分析，探索工程部署經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：5G 大規(guī)模MIMO 工程部署

中圖分類號(hào)：TN82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（c）-0134-02

1 大規(guī)模MIMO

大規(guī)模MIMO作為5G技術(shù)的一種實(shí)現(xiàn)方案，通過在基站收發(fā)信機(jī)上使用大量的天線（超過64根）實(shí)現(xiàn)了更大的無線數(shù)據(jù)流量和連接可靠性。大規(guī)模MIMO可以使用預(yù)編碼技術(shù)將能量集中到目標(biāo)移動(dòng)終端上，從而降低了輻射功率。通過把無限能量指向到特定用戶，輻射功率降低，同時(shí)對(duì)于其他用戶的干擾也降低（見圖1）。

2 工程天線尺寸要求

大規(guī)模MIMO采用陣列天線，通過空間、角度、極化等分集實(shí)現(xiàn)方向圖正交性，陣列天線的陣元個(gè)數(shù)和陣元間距是決定其方向圖特性的重要參數(shù)。在天線陣列的設(shè)計(jì)過程中是通過增加天線陣元的個(gè)數(shù)以提高天線的方向性，進(jìn)而提高天線增益的。所以大規(guī)模MIMO使用了較多的天線單元，考慮到抗風(fēng)、承重、物業(yè)協(xié)調(diào)等因素，工程實(shí)踐中過大的天線運(yùn)營(yíng)商無法進(jìn)行部署。一般運(yùn)營(yíng)商要求的天線高度小于2m，寬度小于1m。

大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中天線密度過高，挨得太近容易使傳輸信道呈現(xiàn)相關(guān)性，降低信道容量。以線性天線陣列為例，當(dāng)天線間距小于半波長(zhǎng)時(shí)，由于天線間相關(guān)性比較強(qiáng)，導(dǎo)致大規(guī)模天線陣列系統(tǒng)提升頻譜效率的能力下降。為保證信道不相關(guān)，天線之間的距離至少需要λ/4。通過輻射單元、移相器小型化設(shè)計(jì)，可以使部分天線的振子高度降低，從λ/4下降到λ/8。

目前極限的天線振子尺寸為λ/8，考慮保障5G性能指標(biāo)，天線間距為λ/4；按照工程控制尺寸可提供的天線陣列如表1所示。

3 鏈路預(yù)算

5G應(yīng)用頻率高于2GHz，按照SUI模型進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖2、表2所示。

4 結(jié)語

對(duì)比各頻段的覆蓋情況，在城市區(qū)域部署時(shí)，低頻段具備覆蓋優(yōu)勢(shì)，但頻帶寬度和容量不及高頻段，高頻段室內(nèi)覆蓋性能不足。工程部署中建議以高低頻段結(jié)合覆蓋，同時(shí)滿足高速率和廣覆蓋需求。熱點(diǎn)室內(nèi)區(qū)域進(jìn)行室內(nèi)覆蓋部署。

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