Massive MIMO是5G普及的關(guān)鍵

　　2018年是5G部署關(guān)鍵性的一年，今年6月份3GPP組織正式發(fā)布第一版5G標(biāo)準(zhǔn)(R15行動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn))，預(yù)示著5G商用化已經(jīng)提上日程，并且正在加快速度向人們走來。當(dāng)前中國工信部已經(jīng)確立了5G中頻頻段為3.3-3.6GHz、4.8-5GHz，但國際主流頻段為28GHz，同時由于中低頻段資源有限，因此大部分5G網(wǎng)絡(luò)未來將部署在高頻頻段，及毫米波頻段，而5G的一項關(guān)鍵性技術(shù)——大規(guī)模天線技術(shù)(Massive MIMO)的出現(xiàn)，或許可以解決5G當(dāng)前所面臨的問題，例如高企的建設(shè)成本。

　　近年來，隨著5G標(biāo)準(zhǔn)的逐步確定，5G的部署已有序展開。5G相關(guān)頻譜的分配即將塵埃落定，5G的商用化已經(jīng)進(jìn)入倒計時。相比于4G，5G的一大特點便是頻率更高，速度更快，能承載的信息量也更多，于此相對應(yīng)的是波長更短，信號傳輸衰減加劇，穿透性減弱等問題。

　　當(dāng)前我國5G頻段主要在6GHz以下進(jìn)行開放，這也是為了讓中國4G設(shè)備得到充分的利用，繼而順利過渡到5G，但未來高頻率5G才會體現(xiàn)其技術(shù)真正實力。而高頻5G會產(chǎn)生毫米波，雖然毫米波能帶來諸多便利，但正如3GPP關(guān)于5G的標(biāo)準(zhǔn)解釋中寫到，隨著移動通信使用的無線電波頻率的提高，路徑損耗也隨之加大。

　　那么要如何來解決這個問題呢?由于國家對天線功率有上限限制，因此無法隨意增加天線發(fā)射功率;同時也無法改變發(fā)射天線與接收天線的距離，因為用戶隨時都可能改變位置;當(dāng)然也無法無限的提高發(fā)射天線與接收天線的增益，因為這受限于天線材料的物理規(guī)律。因此唯一可行的解決辦法就是增加發(fā)射天線和接收天線的數(shù)量，設(shè)計多天線陣列。

　　假設(shè)使用天線尺寸相對無線波長為固定的(通常為1/4波長至1/10波長)，那么載波頻率提高將意味著天線越來越小，這意味著在同樣的空間中可以塞入更多的高頻段天線。基于此，可以通過增加天線數(shù)量來彌補路徑損耗，同時也不會增加天線陣列的尺寸，Massive MIMO技術(shù)也就此誕生。

　　“Massive MIMO和毫米波是5G兩個關(guān)鍵的技術(shù)，Massive MIMO通過大規(guī)模的提高基站端和用戶端的天線數(shù)量來提高系統(tǒng)整體的吞吐效率;毫米波通信則選擇毫米波頻段，比如28G，38GHz，60GHz等頻段進(jìn)行通信。”美國國家儀器射頻和軟件定義無線電技術(shù)市場工程師屠方澤在接受《華強電子》記者采訪時表示，“通過毫米波高頻的通信有兩個明顯優(yōu)勢，首先毫米波頻段內(nèi)可利用的頻率資源較多，系統(tǒng)帶寬通常超高800MHz，從而可以顯著提高吞吐量，其次天線長度通常和波長相關(guān)，毫米波頻段的天線較短，從而在更小的尺寸內(nèi)可以實現(xiàn)Massive MIMO系統(tǒng)。”

　　就職于某國際光學(xué)半導(dǎo)體公司的一高管向記者透露：“基于5G的發(fā)展和需求，Massive MIMO無線解決方案一直被認(rèn)為是5G的關(guān)鍵技術(shù)之一，是唯一可以十倍或以上提升系統(tǒng)容量的無線技術(shù)。針對Massive MIMO無線解決方案，從之前的原型機到今后的實驗網(wǎng)乃至大規(guī)模商用部署，低成本、高集成、高效率成為Massive MIMO無線解決方案的幾個重要趨勢。"

　　不止對高頻段5G有很好的效果，對于目前6GHz以下，Massive MIMO也作用明顯。是德科技(中國)有限公司華南區(qū)總經(jīng)理Franklin So表示：“根據(jù)運營商的測試結(jié)果，6GHz 以下的Massive MIMO基站應(yīng)對增強覆蓋、提升容量方面有顯著的作用。裝備毫米波技術(shù)的基站普遍采用通過Massive MIMO 天線的波束賦形技術(shù)，以克服電磁波傳播路損的損耗，實現(xiàn)天線和基站小型化和商用化。Massive MIMO 技術(shù)是5G的標(biāo)志性技術(shù)，Massive MIMO技術(shù)會隨著運營商部署場景的逐漸明確，加速發(fā)展?！?/p>

　　對于Franklin So的看法屠方澤也表示認(rèn)同：“在6GHz以下，NI提供MIMO應(yīng)用框架參考設(shè)計系統(tǒng)，基站端天線數(shù)量靈活可配置，可以實現(xiàn)4～128天線系統(tǒng)，并且可實現(xiàn)單天線和多天線模擬用戶?！蓖瑫r針對5G頻段范圍廣的問題，屠方澤表示可以通過靈活性的系統(tǒng)來進(jìn)行適應(yīng)，并覆蓋毫米波頻段：“首先，通過使用同樣的基帶和中頻模塊，更改前端的射頻頭模塊，可以靈活覆蓋不同的毫米波頻段;其次，目前5G NR的協(xié)議還在定義中，我們提供軟件定義無線電開放的平臺，在40GHz以上基本的參考設(shè)計是使用單載波的系統(tǒng)，40GHz以上使用CP-OFDM的系統(tǒng)，同一個硬件平臺可以使用LabVIEW軟件快速更改相關(guān)代碼實現(xiàn)不同協(xié)議以及協(xié)議算法的更改。”

　　顯然，Massive MIMO對于5G的普及起到了關(guān)鍵的作用，但同時，由于頻段相比4G更高，要想做到4G同樣的覆蓋程度，其建設(shè)的基站數(shù)量必然會更多。這也會引發(fā)一個問題，某光學(xué)半導(dǎo)體公司高管表示：“5G的部署無論對無論是小蜂窩系統(tǒng)還是大規(guī)模MIMO系統(tǒng)都面臨功耗、尺寸和重量等多方面的挑戰(zhàn)。相比目前的4G網(wǎng)絡(luò)，5G通道數(shù)量將有明顯增加，這將直接導(dǎo)致整機的成本大幅提高。在這樣的背景下，對于大規(guī)模商用部署，低成本方案就變得尤為重要?！?/p>

　　因此現(xiàn)如今國家主要采用6GHz以下頻段為5G前期使用頻段，這不僅是為了讓用戶與運營商能夠在前期順利的從4G過渡到5G當(dāng)中，更是為了避免直接建設(shè)高頻段5G基站的高成本問題。