干货! 5G Massive MIMO的基础知识

1.什么是振动器?天线的最基本功能是转换能量传播模式。

对于基站发送的信号,天线将发送器的高频振荡电流转换为可以在自由空间中传播的电磁波。

天线通过内部振动器向外部发射电磁波以完成电磁波。

单个振动器的能力受到限制,并且传输方向难以集中。

因此,通常通过叠加多个振动器来形成天线。

如上图所示,打开天线的外壳后,您可以看到内部布置了许多X形设备。

这些是振动器,也称为天线元件(Antenna Elements)。

X代表两个偏振方向为+ 45°和-45°的振荡器。

2.振动器如何形成天线/天线阵列?对于普通天线,其内部由多个元素组成。

通过将发射的能量叠加在这些元件上,天线增益可以达到13至17dBi。

当绘制天线图时,我们总是在其上绘制一些X形符号以指示内部的振动器。

对于5G AAU,由于M-MIMO技术的广泛使用,内部集成天线使用了大量的振荡器。

多个振动器排列整齐并以紧密的阵列排列,因此也称为天线阵列。

对于Sub6G频带中的AAU,业界通常使用192个振荡器。

尽管天线元件很多,但是单个元件的能力太弱,并且如果每个元件都连接到AAU内的功率放大器以独立发送信号,则实现会太复杂。

因此,业界通常将3个或6个元素分成一组以成为逻辑上的单个天线。

以下图的M-MIMO天线元件布局为例。

在水平方向上有12行,在垂直方向上有8列。

在±45°双极化情况下,总共有12x8x2 = 192个元素。

每三个振动器组成一个组,称为天线。

因此,M-MIMO AAU总共有192/3 = 64个天线。

如果每6个元素形成一个天线,则AAU具有192/6 = 32个天线。

目前,业界主流的5G AAU都是192个振荡器,分为64天线和32天线两种。

64根天线的性能更好。

既然如此,为什么不全部使用64根天线呢?这涉及与通道数量和成本有关的考虑。

3.什么是渠道?无论有多少天线,它们都是无源设备,无法直接发送信号。

因此,AAU需要将这些天线与其内部射频链路相连,并最终形成可以传输信号的64或32个信道。

Sub6G频带的AAU采用全数字波束成形,可以认为天线数,传输信道数和功率放大器(PA)数相同。

显然,天线和信道的数量越多,AAU内的功率放大器的数量就越多,基带资源的消耗就越大,设备的成本也就越高。

因此,64天线设备主要用于人口稠密的市区,32天线可以满足普通市区和郊区的需求。

对于偏远地区,容量要求不高,主要解决方案是解决覆盖问题。

这时,甚至不使用Massive MIMO,并且8端口RRU直接连接到天线。

4.在AAU中有这么多的元素,天线和信道,天线增益是多少?下面我们将其分为三个方面:信道增益,波束成形增益和服务增益。

如上所述,单个通道通常由3个或6个振动器组成,这些振动器产生的复合增益称为通道增益。

波束成形增益也称为阵列增益。

通道越多,波束成形能力越强,增益越大。

该算法为:阵列增益= 10Log(通道数/ 2)。

除以2的原因是这些通道的偏振方向不同。

一半是+ 45°极化,另一半是-45°极化。

修改不能产生增益叠加,因此只能用一半的通道数来计算。

服务增益实际上是整个天线的最大增益,它是通过将信道增益和波束成形增益相加而获得的。

一般而言,Massive MIMO的服务增益比普通天线高约3dB。

波束成形带来的多发射信道和多用户多流传输能力(将在下文中提及)是M-MIMO的核心竞争力。

5.多用户数量和空间划分多用途

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