研究与探讨
７５
2019年第3期
收稿日期：2018-12-17
面向4G增强的3D-MIMO连片组网技术4G Enhancement Oriented 3D-MIMO Continuous Networking Technology
3D-MIMO 连续组网规划时面临如何降低小区间干扰、提高系统吞吐量和频谱效率的挑战。通过引入SRS 联合功控、SDNR 特性、多用户劈裂空分和PDCCH 容量提升四个关键技术特性，有效应对规模热点场景容量难题。测试和验证表明，3D-MIMO 连续组网可以提升空分复用增益和频谱效率，为4G 面向5G 的平滑演进 提供切实可行的组网方案。 3D-MIMO ；空分复用；连续组网；干扰；测试验证
The 3D-MIMO continuous networking planning faces the challenges of reducing inter-cell interference, improving system throughput and spectrum effi ciency. By introducing four key technical characteristics of SRS joint power control, SDNR characteristics, multi-user split space division and PDCCH capacity enhancement, this paper effectively copes with the capacity problem of large-scale hot scenarios. Tests and validations show that the 3D-MIMO continuous networking can improve the space division multiplexing gain and spectrum effi ciency, and provide a feasible networking scheme for the smooth evolution from 4G towards 5G.
3D-MIMO; space division multiplexing; continuous networking; interference; test and validation
（中国移动通信集团河南有限公司网络部，河南 郑州 450000）
(Network Department China Mobile Group Henan Co., Ltd, Zhengzhou 450000, China)
【摘 要】
【关键词】
李军
LI Jun
[Abstract]
[Key words]
1 引言
随着4G 网络迅猛发展，用户数量和数据流量呈爆发式增长趋势，导致出现密集场景移动数据流量严重分布不均匀的现象。据统计，在交通枢纽、商业中心、高校等核心城区，呈现出热点更热的趋势，20%的区域已经承载70%数据流量。未来网络流量的迅猛doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2019.03.014 中图分类号：TN929.5文献标志码：A 文章编号：1006-1010(2019)03-0075-07
引用格式：李军. 面向4G增强的3D-MIMO连片组网技术[J]. 移动通信, 2019,43(3): 75-81.
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增长和有限的频谱资源之间的矛盾将愈加突出。热点区域的大容量需求和深度覆盖是网络规划优化工作的主题之一。
作为面向5G 演进的4G 增强关键技术之一，3D-MIMO （3-Dimension MIMO ）采用BBU+AAU （有源天线阵列）新型无线网络架构，利用水平垂直立体维度的波束赋形，提升频谱效率和吞吐量，满足热点区域多层次、差异化的4G 容量需求和
高层楼宇
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深度覆盖，提升4G业务承载能力。在连续热点场景区域，利用单个3D-MIMO小区容量解决能力毕竟有限，需要规划多个3D-MIMO小区连续覆盖，成片组网，解决规模化的热点密集区域。但不同于增加单个4G小区提升容量的插花式简单组网，3D-MIMO连续组网中小区间和边缘用户间的干扰抑制、容量提升、边缘用户速率等问题凸显，需要深入研究3D-MIMO连续组网规划时降低小区间干扰、提高吞吐量和频谱效率所面临的技术挑战。
2 3D-MIMO大容量解决方案
3D-MIMO是LTE向未来5G演进的关键技术之一。采用类似雷达的有源阵列天线，通过更为精准的水平和垂直波束赋形能力以及多用户空间复用多流能力，实现了频谱效率的大幅提升，显著改善无线网络的覆盖和容量。目前最新3D-MIMO（64T64R）小区可实现16流的数据传输空间复用，小区容量较传统8T8R提升8倍左右。
如图1所示，3D-MIMO技术在不改变现有天线尺寸的条件下，可将每个垂直天线阵子分成多个阵子，利用MIMO垂直方向的空间维度，通过可调垂直下倾角，实现垂直波束自适应调整。通过可调水平方向角，实现水平波束自适应调整，灵活覆盖高层楼宇和热点场景。3D-MIMO在水平和垂直两个维度动态立体调整信号方向，使信号能量更集中、方向更精确，降低小区间干扰，支持更多用户在相同资源上并行传
1 3D-MIMO系统原理3 3D-MIMO连片组网技术
3D-MIMO连片组网规划中主要采用SRS联合功控、SDNR特性、多用户劈裂空分和PDCCH容量提升四个关键技术，目的是降低干扰、增加网络容量、提升用户感知。
3.1 SRS联合功控
上行探测参考信号S R S（S o u n d i n g R e f e r e n c e Signal）主要用于上行信道频域估计，进行频率选择性调度，辅助下行信道波束赋形。MIMO空分复用性能增益对SRS敏感，移动用户波束赋形不准确将导致增益下降。
在3D-MIMO单小区组网场景，可以通过抬升SRS 功控的目标值提升SRS SINR、提升MU-BF性能。在3D-MIMO多小区连片组网时，小区间重叠覆盖严重，此时抬升SRS联合功率控制目标值将会导致相
邻小区间用户干扰增加，最终导致SRS SINR值下降，波束赋形BF权值估计精度变差，导致MU-BF配对性能不足，影响多用户波束赋形MU-BF性能。SRS联合功率控制特性利用eX2接口进行服务小区和相邻小区间的信息交互和功率协同，达到有效降低干扰、提升下行速率和移动用户空分增益的目标。如图2所示，SRS联合功率控制的机制和流程主要包括：
（1）3D-MIMO小区周期性计算本小区的SRS NP （SRS符号测量干扰噪声即邻区功率干扰）平均值，并根据如下3个规则确定是否需要向干扰邻区发出SRS-NP-Indicator（SRS符号测量干扰噪声指示器）。
波束赋形过程中，采用信号差异噪SDNR UE1
UE1UE2 接口
UE1
Cell 0
Cell 1
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会被用于传输更多的下行数据，将导致上下行D C I
（3）占用带宽：20 MHz ；
电梯试验塔
PMI/RI/CQI 表1 测试验证计划
特性算法开启数量
应用效果SRS 联合功控
共开启6个站点，17个小区下行速率及频谱效率提升符合预期效果SDNR 共开启6个站点，26个小区下行感知速率及小区吞吐量提升
符合预期效果多用户劈裂空分共开启5个站点，10个小区频谱效率及吞吐量提升符合预期效果PDCCH 容量提升
共开启7个站点，13个小区
上下行感知速率提升
符合预期效果
in use
2 Only in use 1
2
提升功率资源：解调更精确，调度更多用户
Onl
2f Only 2f 符号自适应增强
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10009008007006005004003002001000
0 50 100 150 200
红为开启后
蓝为开启前
蜂窝煤采暖炉（4）用户规模：单小区平均接入用户数100个，忙时最大接入用户数达到440个；
（5）评估方式：提取网管指标分析。
4.3 测试效果
（1）SRS 联合功控效果
对比开启前后效果，开启前下行用户体验速率为24.8 Mbit·s -1，开启后为25.16 Mbit·s -1，提升1.45%，同时频谱效率提升3.06%；从统计图中可以看出，用户
下行感知速率在用户越多的情况下，增益越明显。如图6所示。
（2）SDNR 优化特性效果验证
对比开启前后效果，开启前下行用户体验速率为24.44 Mbit·s -1，开启后为28.04 Mbit·s -1，提升14.73%，同时频谱效率提升3.23%；开启前单小区日均流量为39.32 Gbits ，开启后单小区日均流量为46.6 Gbits ，提升17.14%。如图7所示。
一次性拖鞋类型频谱效率/（bits/PRB ）
频谱效率/（bits/kHz ）
用户下行感知速率/Mbit·s -1
开启前456.46 2.5424.8开启后470.45 2.6125.16增益比例/%促进剂cbs
3.06
3.06风电制氢
1.45
图6 SRS 联合功控特性效果验证分析情况
类型频谱效率/（bits/PRB ）
频谱效率/（bits/kHz ）
用户下行感知速率/ Mbit·s -1
单小区日均业务量/GB
开启前455.24 2.5324.4439.32开启后469.96 2.6128.0446.06 增益比例/%
3.23
3.23
14.73
17.14
图7 SDNR 优化特性效果验证分析情况
在线用户数
0 50 100 150 200
红为开启后
蓝为开启前
在线用户数
120010008006004002000鞋帮
0 50 100 150 200 250 300
红为开启后
蓝为开启前
在线用户数
1201008006004002000
0 50 100 150 200 250 300
红为开启后
蓝为开启前
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