5G门前，Massive MIMO凭何广受青睐？

随着5G时代可用频率越来越高，终端对无线的速率、时延等要求也逐渐提升，Massive MIMO技术被普遍看好...

为了解Massive MIMO在技术测试方面的进展以及具体性能，通信世界全媒体特邀请运营商和设备厂商专家一起探讨Massive MIMO在5G预商用网络中的进展。Massive MIMO（大规模天线）被认为是5G关键技术，已经在4G网络中商用，取得了良好的测试效果。未来5G网络的特性与4G网络有所不同，频段升高、数据传输速率要求也逐渐提高，因此Massive MIMO在5G网络中的预商用势在必行。

对用户而言，Massive MIMO的作用更是不容小视，其将对5G的用户感知提升发挥重大作用，可有效提升网络覆盖、频谱效率、小区边缘用户吞吐量，提高用户体验，是满足5G业务对高速率需求的关键技术之一。因此运营商针对Massive MIMO展开了大规模的研究与测试工作，并已在三大运营商各自的预商用试点城市展开了相关研究部署工作。



Massive MIMO与5G相伴而行



顾名思义，Massive MIMO技术通过在基站收发信机上使用大数量（如64/128/256等）的阵列天线实现了更大的无线数据流量和连接可靠性。相比于以前的单/双极化天线及4/8通道天线，大规模天线技术能够通过不同的维度（空域、时域、频域、极化域等）提升频谱和能量的利用效率；3D赋形和信道预估技术可以自适应地调整各天线阵子的相位和功率，显著提高系统的波束指向准确性，将信号强度集中于特定指向区域和特定用户群，在增强用户信号的同时可以显著降低小区内自干扰、邻区干扰，是提升用户信号载干比的绝佳技术。

由于Massive MIMO性能优良，因此我国一直很重视Massive MIMO的技术进展。早在5G第一阶段试验中Massive MIMO就被作为关键技术进行了测试，华为、中兴、爱立信等厂商参与试验。3GPP也很重视Massive MIMO的标准指定工作，从R13版本开始就将支持Massive MIMO作为重要特性之一。

在近日公布的5G第三阶段测试规划中，中国信通院副院长王志勤强调了Massive MIMO的重要性，她表示，在MTNet实验室+怀柔外场，将建设超过100个基站，建成全球最完整的5G室内外一体化试验网络，并开展基于球面探头大规模MIMO OTA性能测试系统，支持5G端到端吞吐量性能的精准测试。第三阶段测试室内部分将针对多天线技术测试SU-MIMO、MU-MIMO、UL MIMO的性能。

测试规划还公布了Massive MIMO研发进展。据悉，各系统设备厂家面向eMBB宏覆盖场景，研发了3.5GHz预商用/商用5G基站，主要规格为64通道、192阵子、200W功率。各系统设备厂家采用自研测试终端或第三方终端模拟器，完成了支持NSA架构的3.5GHz基站功能测试。各厂家的基站设备支持物理层基本功能，多天线，双连接等关键技术。

从上述描述可以看出，各设备厂商的基站设备支持多天线成为基本要求，目前5G基站设备最多支持64T64R，另外目前还没有可用的5G商用终端，测试采用的均为自研终端或者原型机，这也成为影响Massive MIMO测试效果的关键因素之一。



三大运营商Massive MIMO进展



2020年5G商用在即，时间紧任务重。三大运营商早已积极开展5G技术跟踪与测试工作，在多个城市开展规模试点建设与外场测试。对于Massive MIMO，目前主要针对Massive MIMO的覆盖提升、波束赋形等方面开展相关测试与研究，测试内容主要包括Massive MIMO波束赋形增益、用户分布对吞吐量影响、波束跟踪切换、波束鲁棒性等方面。

由于TDD部署Massive MIMO具有天然优势，因此中国移动在Massive MIMO部署与预商用方面走在前列。早在2015年9月，中国移动就成功完成了世界上首个预商用4G网络的Massive MIMO部署，并于2016年率先完成第一阶段7个厂家11项5G关键技术样机测试，重点验证了Massive MIMO、高频段毫米波、新波形、新型多址、新型编码（Polar）、全双工等5G关键技术的可行性。

据中国移动2017年测试结果显示，Massive MIMO提升平均频谱效率2~3倍，小区下行频谱效率满足30bit/s/Hz需求。在100MHz带宽下，下行单用户峰值速率达2.3Gbit/s以上(是4G用户的6~10倍)，上行单用户峰值速率达388Mbit/s。在高低频双连接系统（3.5GHz频段100MHz带宽、26GHz频段800MHz带宽）中，下行单用户峰值速率达18Gbit/s+，多用户小区吞吐量可达6Gbit/s以上（14用户、28流传输），流量密度达30Mbit/s/平米，满足ITU技术指标需求。

以上为2017年的测试数据，据中国移动专家表示，针对64T64R的Massive MIMO外场测试计划于2018年下半年展开，预计2019年上半年完成。

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，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。因此FDD天线数目的增加存在一定难度，Massive MIMO更容易在TDD上进行部署。相对而言，基于FDD的Massive MIMO预商用部署进展稍慢，研发进展有待提速。

（文/程琳琳）除了工信部组织的测试，三大运营商也积极开展5G技术跟踪与测试工作，在多个城市开展规模试点建设与外场测试。对于Massive MIMO，主要针对Massive MIMO的覆盖提升、波束赋形等方面开展相关测试与研究。

下一阶段，各运营商应该会基于成熟设备类型继续细化Massive MIMO的测试，以期获取在不同场景下的应用方案，有效降低后期运营成本。同时，随着终端芯片的研发及商用，运营商也将增加Massive MIMO在垂直分布、垂直移动方面的测试验证工作，进一步分析Massive MIMO在波束赋形、波束跟踪等方面的产品性能。

Massive MIMO已经在中国移动4G网络规模商用，全球范围也实现规模部署，助力多个运营商4G网络容量提升，实现频谱价值最大化。华为在Massive MIMO发展方面具有三大特点：发力早、部署广泛、部署规模大。

首先，2016年，华为携手上海移动成功在商用网络应用Massive MIMO技术。其次，截至目前，华为Massive MIMO设备已部署到全国31个省，包括校园、医院、工业区、城中村、交通枢纽、CBD等多个场景。最后，数据显示，华为Massive MIMO已在超过40家运营商4G网络中规模商用，仅在中国移动已部署有2万片模块。

目前大唐移动已经完成了工信部三阶段NSA测试，预计2018年11月完成SA测试。此外，大唐移动正在参与中国移动实验室及外场测试，并与高通、展讯等终端开展IoDT测试。

大唐移动目前在测的5G Massive MIMO设备支持3.5GHz频段，在工信部三阶段测试中，NSA室外测试单用户下行吞吐量峰值达1.37Gbit/s，多用户小区下行吞吐量达到16流4.8Gbit/s。后续随着设备成熟和性能提升，大唐移动能够实现更多流数及更高吞吐量。

目前诺基亚已在Massive MIMO领域进行了深入探索。诺基亚推出了5G Future X整体网络架构，以及面向5G和LTE的AirScale Massive MIMO自适应天线、一系列5G就绪的全新射频单元，以及可满足所有运营商部署场景的全新双频段紧凑型有源天线。

在终端方面，诺基亚正在积极与终端以及芯片厂商合作，开展端到端的Massive MIMO方案，包括终端模拟器和终端芯片等，如PRISMA、Cobham、Intel、高通等。为了达到更高的速率，现在终端可以支持4天线接收。

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