3D—MIMO技术应用方案

摘 要：本文从LTE网络需求出发，介绍了3D-MIMO方案原理，并对3D-MIMO应用场景进行了分析，通过对3D-MIMO站点的规划应用测试，阐明了3D-MIMO技术优势。

关键词：3D-MIMO；BBU；RRU；波束赋型

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2017）03-0042-03

3D-MIMO Technology Application Scheme

XU Tingjun

（China Mobile Communication Group Design Institute Co Ltd.，Xian 710077，China）

Abstract： In this paper， starting from the demand of LTE network， the principle of 3D-MIMO scheme is introduced，and 3D-MIMO application scenarios are analyzed， through the 3D-MIMO site planning， application and testing， to clarify the advantages of 3D-MIMO technology.

Keywords： 3D-MIMO； BBU； RRU； beamforming

0 引 言

在科技飛速发展的今天，各种新兴的应用技术出现在人们的日常生活中，无线数据业务的需求也随之大幅度提升，那么无线接入需要怎么做才能更好的适应当前网络的发展。频谱资源的限制，要求人们去探索新技术提高频谱效率，多天的3D-MIMO技术作为未来5G的关键技术可以缓解数据业务增长给5G网络带来的压力。

本文从LTE网络需求出发，介绍了3D-MIMO方案原理，并对3D-MIMO应用场景进行了分析，通过对3D-MIMO站点的规划应用测试，阐明了3D-MIMO技术优势。

1 3D-MIMO方案原理

1.1 3D-MIMO技术方案原理简述

3D-MIMO：通过增加收发天线数量，通道数增加，从而获得更高的分集、阵列、空间复用、干扰抑制增益，显著地提升系统各项性能，更好的解决高话务、高楼、高干扰、上行受限的痛点场景。

1.2 3D-MIMO关键技术

（1）多流空分复用技术

1）发挥多天线的MIMO的技术优势，提供多流容量。

2）具备3D立体赋形能力提供更多空分维度，覆盖增强。

多天线技术演进是从2流的SU MIMO到16流的3D-MIMO。

多流空分技术使用更大的天线阵列，精确的波束赋形，能量更加集中的优势；提升链路质量，改善立体三维覆盖；更多的复用流数，更高的容量增强。（如图2）

（2）多天线收发提升用户感知（如图3）

1）下行窄波束精准赋形，增益聚焦。

2）上行多天线接收，提供高的分集接收增益。

3）上下行信道数量改善，提升高阶调制比例进而提升用户体验及小区容量。

（3）立体覆盖能力

多天线提供了3D多维立体覆盖能力，满足多种场景下的立体覆盖需求。

2 3D-MIMO应用场景分析

由于3D-MIMO技术兼并着精准覆盖以及速率大大提升两大优点。LTE网络在高层楼宇、高话务量区域及热点区域容量的需要，3D-MIMO应用场景分为：高话务、高楼、高干扰、上行受限等场景。

2.1 高话务场景

主要针对城市流量高地，高校等场景。

人口密集型城市中心室分建设困难突出，数据流量需求高；高校宿舍区域晚间流量大，数据新的RRB利用率非常高，同属于数据流量需求高区域。3D-MIMO技术下行16流多用户复用，提升网络容量。

2.2 高楼

主要针对城区CBD、写字楼等场景。

针对室分建设疑难点或室分覆盖效果差的高楼，可利用3D-MIMO基站三维波束赋形技术垂直深度覆盖，室外信号辐射室内，覆盖方案可以采用裙楼覆盖高楼或高楼对打的方式。传统的宏基站一般是广域水平覆盖，而高楼覆盖是垂直覆盖，覆盖范围相对传统宏站有很大不同。

2.3 高干扰

主要针对密集城区边缘提升等场景。

在密集城区和城区、城区和一般市区、一般市区和郊区等边缘场景，可利用3D-MIMO基站精确地用户级波束赋形及跟踪，可有效控制干扰，提升边缘用户体验。

2.4 上行受限

主要针对大型演唱会，赛事场景。

传统基站采用BBU+RRU射频单元+无源天线的实现方式，3D-MIMO基站采用BBU+RRU设备单元和天线集成建站，具有风阻小，质量轻，体积小，更薄，建站相对容易的特点，更容易在大型演唱会，赛事场景使用；而且3D-MIMO支持上行8流多用户复用，大幅提升UL传输能力。

3 3D-MIMO站点的规划应用

发挥3D-MIMO基站的优势，针对高话务、高楼、高干扰、上行受限场景（三高一限），进行连片规划部署。

首先需要基于2-3年容量增长需求，识别（三高一限）场景。

（1）高负荷场景：综合利用率：Max（UL PRB、DL PRB、PDCCH CCE）大于40%或者下行流量大于2.2GB；

（2）上行受限场景：UL PRB=Max（UL PRB、DL PRB、PDCCH CCE）大于50%或者上行流量大于0.3GB；

（3）高干扰场景忙时底噪大于-110dBm，且小区的重叠覆盖度低于5%；

（4）高楼层场景：高层建筑物内弱覆盖占比<30%，楼高30m～110m，且楼宇横截面<2000平，“中、高”场景价值优先级楼宇。

其次遵循“按小区评估，按站部署”的原则，替換为3D-MIMO基站。

（1）如基站是FD双层网的站，当载波需求大于4.5个时，宏站D频段模块替换为3D-MIMO；

（2）如基站是单F站，当载波需求大于1.5个时，一步到位，新增D频段为3D-MIMO；

（3）如基站是单D站，载波需求大于3个时，替换3D-MIMO；

（4）如果是高干扰小区或高楼宇站替换为3D-MIMO。

西安已完成西安北广济街庙后街（街道）3D-MIMO基站建设，并进行测试，测试结果。

（1）3D-MIMO提升高楼覆盖2～10dB；

（2）一个3D-MIMO载波比8T两个载波承载能力更强；

（3）3D-MIMO站点忙时平均用户数达到313，最大用户数达到373；

（4）3D-MIMO站点一个载波完全承载了8T8R站点二个载波的所有用户数，平均用户数由260提升到313，增长20%；

（5）3D-MIMO站点一个载波完全承载了8T8R站点二个载波的所有流量，忙时流量由19.4G提升到25.4G，增长31%；

（6）3D-MIMO站点小区平均用户体验在轻载（100用户）时提升50%，中（150用户）/重载时用户体验提升至2～3倍以上。

4 结 论

3D-MIMO通过引入更多振元多通道天线，利用水平和垂直天线阵列的三维覆盖有效提高网络速率和覆盖能力，减少干扰。合理的规划和实际外场测试结果表明，第一3D-MIMO基站的高阶空分复用能力可显著提升小区容量，解决站址难寻、单站容量不足等问题，第二通过采用3D-MIMO技术，基站可提供比宏站更高更深的覆盖，解决高层室内覆盖难，宏站覆盖差等问题；第三针对偏远地区光纤资源无法到户的问题，3D-MIMO基站+CPE方式可有效实现最后一公里覆盖，解决覆盖盲点；在即将进入全新的物联网时代，3D-MIMO技术将展现它的用武之地。

参考文献：

[1] 布鲁诺·克拉克斯（Bruno Clerckx）.MIMO无线网络手册 [M].北京：机械工业出版社，2015.

[2] 姜雍，王亚峰.TD-LTE系统3D-MIMO多用户性能研究 [J].现代电信科技，2014（04）：19-24.

作者简介：许婷君（1979.04—），女，汉族，陕西咸阳人，项目经理，工程师，学士学位。研究方向：无线通信。