Massive MIMO通信领域的新宠,直面流量高地挑战

随着互联应用的迭代出新、智能手机的平价化、以及各国运营商提速降费惠民策略落地,全球通信产业迅猛发展,就 LTE 而言,截止到 2017 年,全球共有 651 张 LTE 网络,219 张 LTE-Advanced /LTE-Advanced Pro(4.5G)网络。同时根据思科第 11 次年度 VNI 全球移动数据流量预测,未来五年内促使移动数据流量增长七倍。

 

站点和频谱直接决定了网络容量和覆盖情况,但频谱和站点资源毕竟是有限的,十分宝贵。MIMO(多入多出)技术可以在不增加站点和频谱的条件下,成倍增加容量,从而成为运营商持续关注的核心技术。截止目前,全球已经规模部署 100 多张 4T4R 网络。

 

Massive MIMO 作为 MIMO 技术的最高端利器,在 2017 年全年更是得到了业界极大的关注。中国联通在 2017 年 1 月宣布完成了 FDD 制式 Massive MIMO 的首个外场测试,紧接着,泰国、西班牙、土耳其、荷兰、印尼、菲律宾、俄罗斯等十多个国家的领先运营商都纷纷宣布其完成 Massive MIMO 的外场测试。经过外场验证,相较于传统 2T2R LTE 网络,Massive MIMO 可以获得 3-5 倍的容量增益,极大缓解了热点区域的拥塞,尤其适用于 CBD、商场、学校等场景。同时,Massive MIMO 也是 5G 的核心技术之一,多个领先运营商已经将 FDD LTE Massive MIMO 在 2018 年列入其商用计划,构筑极致用户体验。可以预见, Massive MIMO 的商用将成为 2018 年运营商的弄潮儿,风风火火行走全球各地。

 

FDD 高阶 MIMO 的最佳搭档,TM9 助力 MIMO 技术发挥最大价值

FDD Massive MIMO 的规模商用,需依仗 TM9 产业的成熟。从技术原理带来的网络增益来看,这种相辅相成的依赖关系,主要有三方面原因组成:

 

原因一:TM9 提供用户级的 Beamforming,实现 MU-MIMO,提升网络容量

TM9 是在 3GPP Rel-10 中定义的一种传播模式,相较以往,它增加了新的参考信号 CSI-RS,负责用户级的信道测量/反馈。不同的用户有不同的参考信号,这样就可以形成针对用户的波束,达到波随人动的效果。也正因为用户级的测量和反馈,基站的波束可以从以往一个较胖的小区级波束变为多个较窄的用户级波束,不相干的波束可以组成配对,实现 MU-MIMO(多用户 MIMO),从而复用频谱资源,提升网络容量。

 

 

原因二:只有引入 TM9 才能突破导频对天线端口的约束,实现多天线技术的持续演进

在 3GPP Rel-10 之前,LTE 空口只用一种小区级导频 CRS,同时处理信道测量/反馈以及数据解调。多天线技术传播的传播中,每个天线信号的传播途径都不同,为了对每路天线传播信道进行准确测量,需要为每一个天线端口分配一组 CRS 资源。随着天线端口数的增多,导频对空口资源的开销就越来越大,2 端口时,导频资源开销占 9.5%,4 端口时,导频的资源开销占 14.3%,天线发展到 8 端口及以上时,导频开销已经无法支撑多天线技术所带来的增益,从而,CRS 最大只支持到 4 端口。TM9 将信道测量/反馈和数据解调的导频分开,改为 2 个新的参考信号 CSI-RS 和 DMRS,CSI-RS 负责信道测量/反馈,DMRS 负责数据解调。导频分开的好处是 CSI-RS 可以用较少的空口开销满足信道测量/反馈的要求,而 DMRS 只需要伴随数据随路发送,按需分配。因此 TM9 的引入能突破导频对天线端口数的约束,达到 8 端口以上,并持续向更多端口数演进。

 

原因三:引入 TM9 可大幅发挥下行协同技术,边缘用户下行体验可以提升 20%-40%

通常小区边缘用户体验较差,其中很重要的一个原因为邻区干扰造成。通过下行 CoMP(Coordinated Multi-Point) 协作多点传输技术即可以大幅改善边缘用户的体验。CoMP 包括联合发送和干扰协同两种,联合发送是指相邻小区之间都向边缘用户发送数据,获得功率增益和阵列增益;干扰协同是指通过调整同频相邻小区间用户的波束调度,规避对边缘用户的干扰,提升边缘用户体验。

 

 

由于 TM9 的测量导频 CSI-RS 可以是用户级配置,从而能更精准的对相邻小区发送的数据流进行测量,并协调调度。根据实验室结果来看,基于 TM9 的下行 CoMP 技术可使边缘速率提升 20%-40%。

 

基于上述理由,我们可以发现,其实 TM9 不仅仅只是适用于 Massive MIMO,他是整个多天线技术中的最佳搭档。在 2T2R 以及 4T4R 网络条件下,引入 TM9,可以提升边缘用户的增益;在 8T8R 以及 Massive MIMO 网络中,TM9 可以大幅发挥 Beamforming 和 MU- MIMO 的能力,部署 8T8R 后,容量则可以提升到 2T2R 的 3 倍;当网络进一步升级到 32 端口 Massive MIMO,网络容量将可以提升到 3~5 倍。可以说 TM9 将多天线的用户体验提升到新的层次,TM9 也真正充分发挥了多天线技术的价值。

 

TM9 用户级通道提供专属体验,规模商用蓄势以待

TM9 的 3GPP 标准于 2011 年推出,高通、海思等主流芯片厂商其实已经于 2014 年开始陆续推出了支持 TM9 的芯片,从终端来看,只需要使用了能够支持 TM9 的芯片硬件就具备了开通的功能,也即是说,终端厂家推送软件给用户,用户一键升级支持 TM9。市面上已经有 20 多款手机硬件支持 TM9,。也就是说,只待 TM9 商用网络开启后,手机通过软件升级,用户一键即可享受专属通道的体验。

 

再看网络,诸如中国移动、美国 Verizon、韩国 SKT 等十余家领先运营商已经开始进行专门针对 TM9 的测试。可以预计,2018 年是多天线技术的不断演进的一年,更是 TM9 规模商用的一年。