大规模MIMO天线 - 5G重点支撑技术。

2019-04-02 16:12:42
燚智能物联网知识

燚智能物联网点评：
简单来讲，大规模MIMO就是个相控阵雷达，装在基站里的“宙斯盾”！

1、我是谁?

大家好,我是5G时代的一项重要支撑技术——大规模M|MO。

有个好听的英文名字: Massive m|MO。由于全称很长( Massive Multiple Input Multiple Output,大规模多路输入多路输出),通常被简称为mMMO。

我们知道,每一项技术的实现都要靠一定的硬件来支撑,而支撑我实现的硬件就是在基站侧配置更大规模的天线阵列。所以,也经常有人直接称呼我为大规模天线。

总之,名字只是个代号而已,方便你们记住我就好。不过在我自己的自述里,我喜欢“大规模MMO”这个中英结的名字。

2、我从哪里来?

其实我并不是一项新生的技术,我是MMO技术的扩展和延伸,早在4G时代就已经被广泛应用了。只不过,区别于4GM|MO的最多8天线。我可以在5G中实现16/32/64/128天线,甚至更大规模。所以说,我是“大规模”的M|MO。

从4G到5G,为什么基站侧天线数目规模越来越大呢?

先给大家科普一个最重要的天线理论公式:弗里斯传输公式(又叫功率传输方程)。它将传输功率、天线增益、距离、波长与接收功率联系起来。

好吧,简单来说,这个公式就是计算从第一个天线到第二个天线的接收功率。各种符号的含义如下：

从公式我们可以看出,想要提高接收天线功率Pr,有几种方式：

遗憾的是,由于功放技术的极限限制、以及国家无线管委会的规定,我们不能无限增大发射功率Pt。同样,受制于材料和物理规律,现阶段看来也不可能通过任何手段直接无限提高天线的增益Gt、Gr。至于缩短手机与基站间的距离R就意味着要多建站,对运营商来说,可是相当的破费。最后增加波长λ就意味着要使用低频段。低频频段的资源有限,而5G对带宽的需求量又很大,因此大部分5G网络会部署在高频频段。

如此看来,好像所有途径都不那么顺利,似乎无路可走了？

非也非也!让我们暂时把刚才的公式放在一边,先给大家介绍一个“他”。

他叫波束赋形( Beamforming),也可以叫做波束成形,是我的重要组成部分。如果说,大规模的天线阵列是我的外在肉体,那么波束赋形就是我的灵魂。两者相辅相成,缺一不可。甚至可以说,大规模MIMO就是大量天线的波束赋形。

波束赋形就是根据特定场景自适应的调整天线阵列的辐射图的一种技术。

传统的单天线通信方式是基站与手机间单天线到单天线的电磁波传播,在没有物理调节的情况下,其天线辐射方位是固定的,导致同时同频可服务的用户数受限。而在波束赋形技术中,基站侧拥有多根天线,可以自动调节各个天线发射信号的相位,使其在手机接收点形成电磁波的有效叠加,产生更强的信号增益来克服损耗,从而达到提高接收信号强度的目的。