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    什么是大规模MIMO技术?

    2019-07-02 14:57:46   作者:   来源:CTI论坛   评论:0  点击:


      大规模MIMO技术必然会成为超快5G网络中的核心组成部分。但大规模MIMO到底是什么呢?为什么它对5G的运行如此重要呢?
      01、什么是大规模MIMO?
      MIMO指的是多路输入多路输出。虽然它涉及多种技术,但MIMO可以从本质上归纳为一条简单的原理:可在相同的无线信道上同时发送和接收多个数据信号的无线网络。
      标准的MIMO网络通常会使用2或4天线配置。另一方面,大规模MIMO是一种会用到大量天线的MIMO系统。
      至于大规模MIMO的构成设置,目前尚无定论,但通常的描述是具备数十甚至数百天线的系统均可被称为大规模MIMO。例如,华为、中兴和Facebook都已经演示过包含96至128天线的大规模MIMO系统。
      爱立信的AIR 6468被称为“世界首个5G NR无线”,它使用的就是64发射天线和64接收天线。
      02、大规模MIMO的优势何在?
      与普通网络相比,MIMO网络的优势在于它可以将网络连接的容量提高数倍,且不需要占用更多的频谱。据报告称,该技术可以使容量大幅提高,甚至可能在未来将容量提高50倍。
      发射机/接收机所配备的天线数量越多,可能的信号路径就越多,数据速率和链路可靠性方面的性能也就会更好。
      大规模MIMO网络还使在更高频段传输的设备具备更强的响应能力,有效提高覆盖范围。特别是,这种技术能够使用户在室内获得更强的信号(5G更高的频率也会在这方面存在一些固有问题)。
      在大规模MIMO网络中,更多的天线数量也可以使其具备比当前使用少量天线的系统更强的抵御干扰和故意干扰的能力。
      此外,值得注意的是,大规模MIMO网络还会使用波束塑型技术(beamforming),可实现目标频谱使用。当前的移动网络在这方面灵活性很差,附近的所有用户都会按比例占用单个频谱池,会在人口稠密的地区出现性能瓶颈的问题。而使用大规模MIMO和波束塑型后,能够以更加智能和高效的方式处理这一过程,数据速率和时延都会在整个网络中变得更加一致。
      03、MIMO和5G
      尽管标准的MIMO原理已经应用于多个Wi-Fi和4G标准中,但大规模MIMO将会在5G到来时真正登场。的确,人们都预计大规模MIMO会成为5G的关键能力和基本组成部分。
      5G网络的关键角色之一就是应对数据使用量的巨大提升。Cisco公司估计,当5G在2020年向主流受众推广时,全世界的移动用户数量将达55亿,且每位用户每月都会消费20GB的数据流量,这个估计还未将物联网对移动网络的影响计算在内。
      大规模MIMO可在稠密地区同时为多用户、多设备提供服务,同时还能保持极快的数据速率和连贯的性能,这些能力使之成为满足5G时代各项需求的理想之选。
      04、大规模MIMO的突破
      大规模MIMO技术已经在中国和日本的4G LTE环境中投入商业运营。日本的Softbank在2016年底部署了世界上首个商用大规模MIMO网络。
      2017年9月初,爱立信宣布启动其全新的FDD(频分双工)无线技术,并且提供对5G和大规模MIMO的支持,并宣称这项技术将添补4G和5G之间的空白,不仅提高了现有4G LTE的容量,也为5G奠定了基础。
      中兴和华为也于2017年10月双双启动了在欧洲的大规模MIMO测试。
      同样在2017年,Vodafone和华为组团进军澳大利亚市场并展示了真实环境设置下的大规模MIMO技术,使用Vodafone现有的频谱和华为的5G有源天线(AAU)(内置32个收发器),在八台设备上实现了717Mbps的速率。
      2018年初,诺基亚公司开始投产ReefShark芯片组,使大规模MIMO天线技术获得了进一步的发展。由于比此前的产品更小巧、更轻且能效更高,诺基亚宣布ReefShark可以使大规模MIMO天线的尺寸减半,并且将基带单元(BBU)的能耗降低64%。
      韩国技术巨头三星公司也一直在忙于开发大规模MIMO技术,在其位于韩国水原的总部创建了一个“5G城市”,目的就是深入了解5G正式推广后将为我们的生活带来哪些变化。5G城市的一个重要组成部分就是“5G体育场”,具体用途是验证大规模MIMO技术如何在不产生任何延迟或干扰的情况下,为大批人群同时提供高清视频流。
      一直以来,测试多个并发信号的性能对于电信行业来说都是极具挑战性的。Cobham Wireless公司在2018年3月使用该公司与中国移动研究院共同开发的多波束大规模MIMO性能测试解决方案解决了这一问题。该解决方案能够模拟出真实的条件,实现在虚拟环境中执行的测试。与此前的规模有限的实验室测试相比可谓是一次重大的进步。
      在2019年的巴塞罗那世界移动通信大会上,爱立信凭借其5G高波段大规模MIMO技术获得了最佳移动网络基础设施奖,这是业界首个在毫米波下运行的商用增强型移动宽带解决方案,在未来将成为5G定义的更高频段。
      05、英国的移动网络在大规模MIMO方面有何进展?
      Vodafone在2017年6月开始升级其在英国的多个站点,成为部署大规模MIMO的第一个欧洲移动网络。这家运营商瞄准的是英国的一些热点地区,例如城市和体育场馆,这些地点正是MIMO的关键特性最能发挥作用的地方。
      差不多一年之后,即2018年4月,Vodafone使用大规模MIMO技术开展了英国的第一项3.4 GHz频谱试验。
      2018年,Vodafone在Salford启动了英国的第一项5G试运行。这是完整的5G第一次进入商用网络运行,在此过程中使用了大规模MIMO技术和相关的3.4GHz频谱技术。之后,该公司还将这些测试推广到了Birmingham、Bristol、Cardiff、Glasgow、Liverpool和伦敦。
      2018年11月,O2和诺基亚联合在伦敦推出了两项大规模MIMO试验,使用了诺基亚的大规模MIMO技术和O2在2018年初通过Ofcom拍卖获得的2.3GHz频谱。在此之前,O2曾宣布该公司将“在大规模MIMO和5G等创新技术中每年投入超过6亿英磅”。
      英国网络公司EE也在研发大规模MIMO技术。2017年11月,该公司在一个端对端5G测试网络上使用大规模MIMO演示了2.8Gbps的下载速率。其母公司英国电信(BT)也在与诺基亚合作在其网络中实施前文提到过的ReefShark芯片组。
      06、当前的手机能否使用大规模MIMO?
      虽然大规模MIMO将成为一项关键的5G技术,而且人们也使用当前先进的4G LTE网络技术运行了一些测试,但您现在仍无法购买到任何为大规模MIMO做好准备的智能手机。如果配备大规模MIMO技术的网络无法投入商业运营,任何5G手机都是没有意义的。
      许多手机都可以从现有4G LTE网络上的普通MIMO技术上受益。例如,iPhone XR可支持2x2 MIMO,而iPhone XS已能够支持4x4 MIMO。后者配备了4天线MIMO技术,可提供4个并发数据流,其数据传输速率可达到2x2 MIMO的两倍。
      三星公司的Galaxy S10系列也将支持4x4 MIMO,而事实上三星Galaxy S9和Galaxy S8也具备同样的能力。Google的Pixel 3和Pixel 2也加入了4x4 MIMO竞争,而同样具备这一能力的手机还包括HTC U11和HTC U12+、华为Mate 20 Pro和OnePlus 6T。只要您购买的是近一两年出厂的上述品牌的旗舰手机,基本上它们都能支持4x4 MIMO。
      然而,值得注意的是,即使是一些较老或功能较少,而且不支持MIMO的手机,也能从大规模MIMO所带来的更稳定且更敏锐的网络环境中受益,具备4x4 MIMO支持的手机即使在2x2 MIMO网络中也会运行得更快。因此,您完全可以期待支持大规模MIMO的手机具备优秀的网络连接能力,无需考虑新技术来临时的网络环境。
    【免责声明】本文仅代表作者本人观点,与CTI论坛无关。CTI论坛对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。

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