在发射端和接收端⽀持数量众多的、⽅向可控的天线单元，是5G NR的关键特性。在⾼频段，⼤数量的天线单元能被⽤于波束赋形，以扩⼤覆盖范围；⽽在中低频段，⼤数量的天线单元能⽤于massive MIMO，并通过空间分隔实现⼲扰回避。 5G虽然可以使⽤低于6GHz的低频频段，但是由于低频频段的资源有限，⽽5G对带宽的需求量⼜很⼤，因此⼤部分5G⽹络会部署在⾼频频段，即毫⽶波频段（mmWave）。
根据不同的频段，5G NR 将使⽤不同的天线解决⽅案。在低频段和中频段，可以使⽤较少或者中等数量的天线阵列（⼀般最多32个单元的天线阵列），同时通常使⽤FDD制式。在这种情况下，要获取信道状态信息（CSI），需要在下⾏链路发送CSI-RS，并且在上⾏链路发送CSI报告。由于低频段和中频段的带宽有限，因此需要通过MU-MIMO和⾼阶空间复⽤技术来提⾼频谱效率；与LTE相⽐，这需要分辨率更⾼的CSI报告。
在⾼频段，同样的天线⼝径中可以使⽤更多数量的天线单元，因此增加了波束赋形和MU-MIMO的容量。⾼频段通常使⽤TDD制式。在TDD 制式中，由于上下⾏链路的对称性，通过上⾏链路的SRS，可以获取⾼分辨率的CSI，从⽽完成对信道的清晰评估。这样的⾼分辨率CSI能够让有条件使⽤复杂的预编码算法，从⽽有可能减少⽤户之间的⼲扰，但如果上下⾏链路达不到较完美的对称性，也会需要UE过多地
反馈有关⼩区间⼲扰的信息。
对于更⾼的频段，⽐如毫⽶波频段，还可以使⽤模拟式的波束赋形技术，从⽽可以减少单位时间内向某个波束⽅向的信号发射次数。从⽆线电波的物理特征来看，如果我们使⽤低频频段或者中频频段，我们可以实现天线的全向收发，⾄少也可以在⼀个很宽的扇⾯上收发。但是，当使⽤⾼频频段（如毫⽶波频段）时，我们别⽆选择，只能使⽤包括了很多天线单元的天线阵列。使⽤多天线阵列的结果是，波束变得⾮常窄。为什么在毫⽶波频段，我们只能使⽤多天线阵列呢？ 在理想传播模型中，当发射端的发射功率固定时，接收端的接收功率与波长的平⽅、发射天线增益和接收天线增益成正⽐，与发射天线和接收天线之间的距离的平⽅成反⽐。在毫⽶波段，⽆线电波的波长是毫⽶数量级的，所以⼜被称作毫⽶波。⽽2G/3G/4G使⽤的⽆线电波是分⽶波或厘⽶波。由于接收功率与波长的平⽅成正⽐，因此与厘⽶波或者分⽶波相⽐，毫⽶波的信号衰减⾮常严重，导致接收天线接收到的信号功率显著减少。怎么办呢？我们不可能随意增加发射功率，因为国家对天线功率有上限限制；我们不可能改变发射天线和接收天线之间的距离，因为移动⽤户随时可能改变位置；我们也不可能⽆限提⾼发射天线和接收天线的增益，因为这受制于材料和物理规律。唯⼀可⾏的解决⽅案是：增加发射天线和接收天线的数量，即设计⼀个多天线阵列。
3GPP R1-136362对5G引⼊Massive MIMO的动机做了很好的总结：随着移动通信使⽤的⽆线电波频
阵列天线率的提⾼，路径损耗也随之加⼤。但是，假设我们使⽤的天线尺⼨相对⽆线波长是固定的，⽐如1/2波长或者1/4波长，那么载波频率提⾼意味着天线变得越来越⼩。这就是说，在同样的空间⾥，我们可以塞⼊越来越多的⾼频段天线。基于这个事实，我们就可以通过增加天线数量来补偿⾼频路径损耗，⽽⼜不会增加天线阵列的尺⼨。使⽤⾼频率载波的移动通信系统将⾯临改善覆盖和减少⼲扰的严峻挑战。⼀旦频率超过10GHz，衍射不再是主要的信号传播⽅式；对于⾮视距传播链路来说，反射和散射才是主要的信号传播⽅式。同时，在⾼频场景下，穿过建筑物的穿透损耗也会⼤⼤增加。这些因素都会⼤⼤增加信号覆盖的难度。特别是对于室内覆盖来说，⽤室外宏站覆盖室内⽤户变得越来越不可⾏。⽽使⽤massive MIMO（即天线阵列中的许多天线），我们能够⽣成⾼增益、可调节的赋形波束，从⽽明显改善信号覆盖，并且由于其波束⾮常窄，可以⼤⼤减少对周边的⼲扰。
多天线阵列⽆疑是把双刃剑。很明显，多天线阵列的⼤部分发射能量聚集在⼀个⾮常窄的区域。这意味着，使⽤的天线越多，波束宽度越窄。多天线阵列的好处在于，不同的波束之间，不同的⽤户之间的⼲扰⽐较少，因为不同的波束都有各⾃的聚焦区域，这些区域都⾮常⼩，彼此之间不⼤有交集。多天线阵列的不利之处在于，系统必须⽤⾮常复杂的算法来到⽤户的准确位置，否则就不能精准地将波束对准这个⽤户。因此，我们不难理解，波束管理和波束控制对massive MIMO的重要性。
举个例⼦。有⼀个⼯作在⾮常⾼的频段，并且使⽤了massive MIMO技术。在这个的附近有⼀个⽤户正好打开了他的5G UE。开机后，5G UE就开始了同步过程。这时，应该把⼀个叫“同步信
号”的特殊信号发给UE。但是，现在碰到⼀个严重的问题。发的携带“同步信号”的波束⾮常窄，只能打到⼀个⾮常⼩的区域。怎么才能让这个波束照到这个UE呢？有⼀个简单的⽅法，让360度同时发送许多个波束，就像⼀朵向⽇葵。这样，虽然每个波束都⾮常窄，但总有⼀个波束能照到这个UE。显然，这个⽅法不现实。另⼀个马上想得到的做法是，不是同时360度发送许多个波束，⽽是⼀个波束360度快速分时发送。这种做法⽆疑⽐第⼀种做法可⾏得多。实际部署的5G移动通信系统的波束管理算法肯定⽐这复杂和聪明得多，还涉及到UE对信道的测量并将测量结果反馈的策略。
⼀旦UE和⽹络建⽴连接之后，波束⼜是如何管理的？⼤致上来说有4种情况：1，⼀对收发端⼝和⼀个波束；2，多对收发端⼝，每对收发端⼝⼀对波束；3，⼀对收发端⼝，多个波束；4，多对收发端⼝，每对收发端⼝有多个波束。在实际的⽹络部署中，会为波束管理提供⼀个特定的参考信号。UE收到这个参考信号后，执⾏⼀些测量，并将测量结果反馈给。
5G NR的信道和信号，包括控制信号和同步信号，都被设计成⽀持波束赋形。通过基于下⾏链路上的CSI-RS⽽⽣成的CSI反馈报告，以及由于上下⾏对称性⽽获得的上⾏链路测量，可以获得使⽤massive MIMO所需要的CSI。为了获得灵活性，5G NR既可以⽀持模拟式波束赋形，也可以⽀持基于预编码的数字式波束赋形。在⾼频段，模拟式波束赋形——波束⽤数模转换进⾏整形——从实施的⾓度看是必须的。模拟式波束赋形带来了⼀种限制，即在某个时间点，⼀个发射波束或者接收波束只能在⼀个⽅向上形成，因此就需要引⼊波束扫描机制，让相同的信号在多个OFDM符号（位于不同的波
束）内重复。有了波束扫描机制，就能保证任何信号都能够借助狭窄⽽⾼增益的波束⽽被送到所需要的覆盖范围。5G NR定义了⽀持波束管理进程的信令，⽐如帮助终端选择⼀个接收波束——模拟式波束赋形的情况，⽤作接收⽤户数据或控制数据——的指⽰信息。对于⼤数量的天线单元，波束很狭窄，波束追踪很可能失败，因此必须定义波束恢复进程，以便⼀个终端可以触发波束恢复进程。⽽且，⼀个⼩区很可能有多个传输点，每个传输点都有波束；波束管理进程让终端能实现透明化的移动性，在不同传输点的不同波束之间⽆缝切换。另外，通过使⽤上⾏链路信号，还有可能实现以上⾏链路为中⼼、上下⾏对称的波束管理。
在中低频段使⽤⼤数量天线单元时，⽆论在上⾏链路还是下⾏链路，都增加了在空间分隔⽤户的可能性，但是需要发射端了解信道情况。对于5G NR，对这种多⽤户空分复⽤的⽀持，或者是通过使⽤DFT向量的线性组合⽽产⽣的⾼分辨率CSL信息反馈来实现，或者是通过使⽤信道对称性的上⾏链路SRS来实现。为了实现多⽤户MIMO传输，5G NR定义了12个正交DMRS，使得NR终端在下⾏链路最多可以接收8层MIMO，在上⾏链路最多获得4层MIMO。⽽且，5G NR还使⽤了相位追踪参考信号（PTRS），因为⾼频段载波产⽣的相位噪声功率会影响⾼阶调制星座，如64AM，的解调性能。
另外，5G NR还准备⽀持分布式MIMO（Release 15还不⽀持）。分布式MIMO意味着终端能够在⼀个时隙上接收到多个彼此独⽴的PDSCH信号，从⽽向⼀个⽤户同时发送来⾃不同传输点的不同数据。这就是说，有些MIMO层来⾃⼀个，另⼀些MIMO层来⾃另⼀个。
5G NR设计了灵活但是统⼀的CSI框架，降低了CSI测量、CSI报告和实际的DL传输之间的耦合程度（相⽐LTE）。CSI框架可以被看成⼀个⼯具箱，为信道和⼲扰管理⽽进⾏的不同CSI报告设置和不同CSI-RS资源设置可以被混合起来，并进⾏匹配，从⽽与实际使⽤中天线部署和传输机制相对应，⽽不同波束的CSI报告可以被动态触发。这个CSI框架还⽀持更先进的机制，⽐如多点传输协调（multi-point transmission and coordination）。根据⾃包含（self-contained）原则，控制信息（⽤户解码的信息，如DMRS）和⽤户数据都在⼀次传输中完成，因此当UE移动时，⽹络能够⽆缝地改变传输点或者波束。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议