2、Massive MIMO的关键技术流程

Massive MIMO 相对于传统MIMO能够有效提升性能的硬件基础就是大规模阵列天线。其主要原理是基于相控阵天线,相控阵天线通过控制阵列天线中辐射单元的馈电线位来改变方向图形状,其突出优点是增益高,能够准确控制波束方向,波束无惯性,并且能够在覆盖范围内同时跟踪多个用户。下面讨论一下Massive MIMO的2个关键技术。

2.1 波束赋形

射频信号经过基站加权后,形成了指向终端的窄带波束,这就是波束赋形(简称BF)。NR Sub6G多天线下行各信道默认支持自适应三维波束赋形,窄波束在水平方向和垂直方向都能随着目标终端的位置进行调整以形成更窄的波束,精准地指向用户,提升覆盖性能。

波束赋形的关键流程中,首先考虑自由空间中电磁波的远场辐射情况。如果能够根据信道条件适当地控制每个阵元的加权系数,就能在增强期望方向信号强度的同时,尽可能降低对非期望方向的干扰。从原理上分析,振元的数量越多,波束的方向性就能做到越精确(见图2)。

图2、天线阵元的增多可以加强波束赋形定向窄波束的性能

权值计算是5G Massive MIMO充分发挥作用的关键步骤,是指gNodeB基于下行信道特征计算出一个向量,用于改变波束形状和方向。计算权值的关键输入是获取下行信道特征,有2种不同的获取下行信道特征的方法。

a)gNodeB通过获取UE上行信道的探测参考信号(SRS),根据互易性原理计算出对应下行信道的特征并计算Massive MIMO的权值。

b)gNodeB基于UE上行反馈的预编码矩阵指示(PMI)选择最佳的权值。

相对于SRS赋权,PMI赋权可以提升小区边缘的权值计算准确性,进而提升边缘用户的速率,后续测试分析也会进一步验证这一结论。

加权是指gNodeB计算出权值后,将权值与待发射的数据进行矢量相乘,从而达到调整波束的宽度和方向的目的。

Massive MIMO天线波束分为静态波束和动态波束,基于SRS加权或PMI加权获得的波束一般称为动态波束。SS Block及PDCCH中小区级数据、CSI-RS采用小区级静态波束,采用时分扫描的方式;PDSCH中用户数据采用用户级动态波束,根据用户的信道环境实时赋形。图3示意了依据SRS或者PMI对5G Massive MIMO进行赋权的流程。

图3、依据SRS或者PMI对5G Massive MIMO进行赋权的流程示意图

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