某市3D-MIMO试点方案解析

刘鹏，解伟

（1 河北省公安边防总队，石家庄 050071；2 中国移动通信集团设计院有限公司河北分公司，石家庄 050021）

某市3D-MIMO试点方案解析

刘鹏1，解伟2

（1 河北省公安边防总队，石家庄 050071；2 中国移动通信集团设计院有限公司河北分公司，石家庄 050021）

3D-MIMO是伴随着网络的需求而发展起来的，因此3D-MIMO将具有良好的商用前景。现在LTE宏覆盖网络建设基本进入尾声，后面更多的需求来自现有网络的优化、热点容量补充、覆盖提升、室内覆盖和特型场景（比如场馆、海岛、海面、农村等）的覆盖。

TD-LTE-Advanced；3D-MIMO；多用户；频谱效率；设备安装

1 3D-MIMO需求分析

随着网络的发展，移动用户不断增加的速率需求，现在LTE中使用的智能天线技术将逐步满足不了业务的需求。3D-MIMO技术，天线规格支持128天线、64T64R，和现网天线相比，能够显著提升小区和边缘用户的速率，提高频谱效率。在传统水平面波束覆盖上，增加了垂直面的波束覆盖能力，可以有效控制波束在水平和垂直两个维度进行覆盖，增强空域复用和抗干扰能力。

根据3D-MIMO的技术原理和目前的测试结果，3D-MIMO技术具有以下的优点。

（1）降低干扰：3D-MIMO技术压缩业务波束宽度，可以降低波束间、小区间干扰，进而降低整网干扰水平。

（2）增强业务覆盖：3D-MIMO技术增大了垂直方向的天线覆盖张角，支持垂直方向的波束赋型能力，不但能够实现室外站点覆盖高层建筑室内，而且相比现有室外覆盖室内的解决方案（大张角天线+2通道RRU），更好的满足深度业务覆盖和边缘用户速率感知。

提升下行小区业务吞吐量：3D-MIMO技术，更好的增强了MU-MIMO能力，通过空分复用，单载波的3D-MIMO技术提供的小区吞吐量是现在单载波室外宏站小区吞吐量的2倍及以上，更好满足流量高热区域的扩容需求。

提升上行小区业务吞吐量：3D-MIMO技术，通过增强上行MU-MIMO能力，3D-MIMO相比现有宏站，上行的小区吞吐量提升了2倍及以上，可以很好地缓解TD-LTE网络上行受限的问题。

提升边缘用户感知：3D-MIMO技术，可以提升边缘用户的上、下行业务速率，将会提升网络边缘用户的业务速率。

2 3D-MIMO组网建议

2.1组网结构图及方案

3D-MIMO同LET网络一样采用扁平化网络结构，采用与现网宏站相同的组网策略，重选、切换参数引用宏站当前配置；在条件合适的地市，建议采用D3载频（2 615～2 635 MHz）；在支持D3载频终端少的地方，建议配置D2载频（2 595～2 615 MHz）；主要用于吸收热点话务及高层建筑覆盖使用。形成D1/D2/D3的叠加组网，针对和F频段覆盖网做F+D的组网，需要考虑F和D的覆盖范围差异的问题。3D-MIMO组网结构见图1所示。

图1　3D-MIMO组网结构图

2.2 建议应用场景分析

通过不同广播权值配置，3D-MIMO可以实现水平或者垂直维度的覆盖能力，现阶段3D-MIMO应用场景包括：

宏覆盖场景，忙时具有较高的小区业务流量要求；

高楼覆盖区域，满足水平张角不大于25°，垂直张角不小于60°，忙时具有较高的业务流量要求。

现阶段为了更好的发挥3D-MIMO的技术特点，在站点工勘时，对于目标小区的选择有一些基本的要求，描述如下。

建议在现有D频段网络覆盖的基础上，用3DMIMO基站吸收现网的高热小区的业务流量，或者对具有大容量业务需求的高层建筑等特型环境的覆盖等。

需要确定目标小区的覆盖场景：3D-MIMO基站适用于宏覆盖场景和高层建筑覆盖场景。不需要更换硬件，通过配置广播权值，即可实现对两种场景的覆盖。因此需要明确目标小区是宏覆盖小区还是高层建筑覆盖小区。

需要了解目前的目标小区的空口无线资源状况：采用3D-MIMO技术，借助于空口多流的空分能力，小区下行和上行业务吞吐量和现网8通道宏站相比，有2～4倍的提升，信道相干性越低，小区空分能力越强，能够支持的速率就越高。

需要了解目标小区的用户数情况：目前3D-MIMO基站的用户个数支持和8通道宏站一致，因此3D-MIMO基站适用于小区内用户业务速率较高的小区。

3 3D-MIMO组网方案

作为新一代特殊场景通信系统，FDD-LTE地空通信系统需要良好的规划设计，网络建设才能事半功倍，以实现良好的网络性能和用户感知。

3.13D-MIMO设备参数及安装要求

3D-MIMO设备为BBU、RRU、天线一体化设计，便于设备安装和调测。物理尺寸和重量参数见表1和表2所示。

3D-MIMO设备安装组件包含抱杆支架、基板支架、吊装支架、紧固件。抱杆安装件分为上下两个组件，需要分别安装。（1）先把基板支架和吊装支架安装到设备上。（2）把抱杆支架安装到抱杆上。

（3）利用吊装把设备拉到所需高度，然后把基板支架卡在抱杆支架上，并锁紧螺钉，即完成安装。

（4）四周要预留出来100 mm的维护空间，同时便于散热。

表1　物理尺寸和重量参数

表2　系统指标

挂墙安装件分为上下两个组件，组件包含挂墙支架、基板支架、吊装支架、紧固件。

（1）安装吊装支架和基板支架。

（2）然后安装挂墙支架。

（3）最后吊装设备并挂墙安装。

3.2设备安装场景情况

某市移动公司所在地，共6层，室内未建设室分系统，由宏站覆盖，信号相对较弱，且用户量相对集中；在院内有铁塔，可以安装MIMO设备，解决大楼覆盖，并可以覆盖到用户量较大的手机卖场，从而提升用户感知；建议其作为MIMO站点。见图2某市移动公司移动环境示意图。

河北建筑工程学院朝阳校区位于张家口市高新区，纬三路以南，朝阳校区项目总 294 220 m2，其中包括教学楼共有8层，共63 005 m2。

图2　某市移动公司环境示意图

教学楼内未建设室分系统，属于高话务区域；目前由室外宏站进行覆盖，4G站点在学院对面的酒店楼顶。

4G网络作为学生上网的主要网络，该小区流量大，建议作为MIMO测试站点之一。张家口建筑工程学院环境示意图如图3所示。

图3　张家口建筑工程学院环境示意图

张家口SOHU大厦位于桥西区西坝岗路，距离区政府不远，属于繁华商业中心，为高档写字楼，目前没有建设室分系统，室内信号弱，尤其是高层覆盖较差，客户投诉多。

在其马路对面为5层商场，楼顶可以安装设备，建议其作为MIMO测试站点；见图4 张家口SOHU国际大楼环境示意图。

图4　张家口SOHU国际大楼环境示意图

4 展望

3D-MIMO是伴随着网络的需求而发展起来的，因此3D-MIMO将具有良好的商用前景。现在LTE宏覆盖网络建设基本进入尾声，后面更多的需求来自现有网络的优化、热点容量补充、覆盖提升、室内覆盖和特型场景（比如场馆、海岛、海面、农村等）的覆盖，随着用户需求和用户量的发展，各种5G技术4G话的方案将逐渐应用到现网当中去，为客户提供更好的通信服务。

［1］ 王营. 3D MIMO 信道建模研究［D］. 成都：电子科技大学，2013.

［2］ 沈嘉， 索士强， 全海洋. 3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计［M］. 北京： 人民邮电出版社， 2008.

［3］ 王映民， 孙韶辉. TD-LTE技术原理与系统设计［M］. 北京： 人民邮电出版社， 2011.

［4］ 佟学俭，罗涛. OFDM移动通信技术原理与应用［J］. 北京：人民邮电出版社，2009.

［5］ 朱颜军. MIMO信道中空时分层信号检测技术研究［J］. 昆明理工大学，2008.

Analysis of a city 3D-MIMO pilot program

LIU Peng1， XIE Wei2
（1 Hebei Province Public Security Frontier Defence Corps， Shijiazhuang 050071， China； 2 China Mobile Group Design Institute Co.， Ltd.， Shijiazhuang 050021， China）

3D-MIMO is accompanied by the demand for the development of the network， so 3D-MIMO will have a good business prospects. Now LTE macro overlay network construction basic into the end， behind more demand from existing network optimization， hot spot capacity， covering， promotion of indoor coverage and contoured scene， such as the coverage of venues， the island， the sea and the countryside.

TD -LTE -Advanced； 3D -MIMO； MU； spectral effi ciency； equipment installation

TN929.5

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1008-5599（2016）09-0077-04

2016-04-27