3D-MIMO技术在校园场景中的应用研究

熊 飞，尹晓丹

（湖北邮电规划设计有限公司，湖北 武汉 430016）

1 技术特点

3D-MIMO采用64通道和128天线阵元实现资源空分复用，可在水平和垂直两个维度动态调整信号方向，使信号能量更集中、方向更精准，并支持多用户在相同资源上并行传输，从而提升小区吞吐量和边缘用户速率[1]。

1.1 多用户MIMO提升小区吞吐量和频谱效率

多个终端间通过空分隔离促使基站区分出不同终端的发射信号，形成虚拟MIMO传输。其中，满足条件的终端可采用相同时频资源传输[2]。

MU-MIMO技术可使小区内可用的频域资源成倍增加，提升小区平均吞吐量。对于3D-MIMO技术，上行最多支持8流传输，上行频谱效率最多提升7倍，峰值速率从15 Mb/s提升到120 Mb/s；下行最多支持8流传输，下行频谱效率最多提升4倍，峰值速率从110 Mb/s提升到370 Mb/s[3]。

1.2 大规模天线提升用户数量

通过大规模天线实现三维立体覆盖，可有效降低对邻区的干扰，提升边缘用户感知和用户数量。

2 应用效果

2.1 覆 盖

当3D-MIMO小区1倍于传统TDD宏站用户数，且3D和TDD小区完全同覆盖（同功率、同下倾角及同方位角）设置时，对比测试结果如表1所示。

表1 指标统计对比分析

由表1可知，3D小区1倍于传统TDD宏站用户数时，RSRP和平均下载速率相比传统8T8R TDD宏站提升明显。具体地，覆盖率RSRP大于-110 dBm的采样点占比提升了16.5%，平均RSRP提升了6 dBm，平均下载速率提升了9.9 Mb/s。

2.2 小区容量

提取13时、14时和15时的上、下行平均速率指标进行对比。如图1、图2所示，3D相对于TDD小区，上行平均速率由0.1 Mb/s提升至0.3 Mb/s，提升约3倍；下行平均速率由2.3 Mb/s提升至6.1 Mb/s，提升幅度约3倍。

图1 小区级上行平均速率对比

图2 小区级下行平均速率对比

2.3 用户速率

选点原则为TDD小区的好点、中点和差点，促使3D小区的工程参数（方位角、下倾角及挂高）与TDD一致，并在相同的地点对比测试。测试目的是对比3D和传统TDD小区在业务感知方面的效果。测试选取3个同样的测试点进行3D和TDD的FTP上传和下载测试，对比测试结果如表2所示。

由表2可知，好点增益为5.6 Mb/s，中点增益为10 Mb/s，差点增益为8.8 Mb/s。

2.4 功耗情况

采用3D-MIMO后，小区容量提升约3倍，设备数量未提升，故功耗未明显提升。若采用传统的载波扩容或小区分裂扩容的方法提升相同的容量，设备数量需达到现有设备数量的3倍，且功耗基本为现有设备功耗的3倍。因此，采用3D-MIMO相较于传统方式扩容可节能约2/3。

3 结 论

3D-MIMO解决方案在网络性能提升、频谱效率提升、覆盖能力增强及大话务压力下流量释放等方面的优势，可大大提升用户体验。

（1）容量提升：高校大话务场景下部署3D-MIMO后，相比原TDD小区流量提升约3倍。

（2）覆盖提升：3D-MIMO通过三维波束赋形，有效提升了覆盖能力。

（3）体验提升：3D-MIMO帮助突破了网络感知瓶颈，确保了更佳的用户体验；当网络高负荷时，传统8T8R TDD宏站无法满足用户业务体验的需求；借助3D-MIMO更高的频谱效率，在接入用户是传统宏站2倍以上的情况下，可确保用户上、下行感知要求，突破了用户感知瓶颈。

（4）节能提升：采用3D-MIMO相较于采用传统方式扩容，可节能约2/3。

本文是3D-MIMO在校园高话务场景应用下的初步实践，后续将在高校、商圈、交通枢纽及热点景区等容量受限的高价值区域实践。通过进一步扩大3D-MIMO技术的商用部署试点，持续释放3D-MIMO的技术潜力和价值，增大电信LTE网络厚度，从而充分保障用户感知。

表2 测试结果