协议定义的MassiveMIMO

1、HowmanyofTXR.UandPhysicalAntennayougoingtohave?(i,eywhatarethevaluesforQandL?)协议定义的MassiveMIMO数据从BBU出来后,经过TXRlg口,到达RadioDistributionNetworkRDN,整个架构如下列图：YoucandoMIMOatthesepoints.WhereareyougoingtodoMIMO?BB有口RDN问如何协作,可以定义3类结构.完全的数字架构BasebandPac)deDACMulti-BeanrbBFKBeamsQAntennaStream1Stream2StreamK该体

2、系结构的几个特点如下：这是我们在当前LTE中使用的结构TXRU勺数目应至少为2,这意味着Q>=2当Q和L具有可比性类似时,这种体系结构是适宜的这种架构中的MIMO波束形成可以是宽带的和子带的ADC/DAC然而这种结构很难在很宽的频带内使用,由于它需要非常高速的这会导致非常大的能耗.如果天线数量变大,会产生太多的本钱,由于每个天线都需要自己的传输单元全模拟/射频架构所有的MIMOffi波束复型都是在RF上处理的,BBU1没有做任何处理.Strtam1Stream2StreamKMulti-BeamBFBBe31TlsQAntenna%w/这种架构的特点：当L>>Q就很适合这种架

3、构MIMO/Beamforming1宽频混合架构MIMO/Beamformin瞅切割在BBUf口RF中进行Daseb-andPrecoder9Stream1Stream2StreamKTX-1TX-2>TX-QMulti-BeamBFBBeamsQAntennaMulti-BeamBFKBeamsQAntennaStream1StreamKIX-1TX*Q其实,说到底,就是三维如何计算BF1BeamsQAntennaBF1BearnsQAntennaBF1BeamsQAntenna,/%一wuY%x场景3DUMi:具有高室外/室内UE密度的城市微单元- 基站BS位于周围建筑物的下方.场景

4、3DUMa具有高室外/室内UE密度的城市宏小区- BS位于周围建筑物的上方.场景3D-UMa-H城市宏观单元,每个方向有一个高层,3亿ISD- 高层建筑的密度是每个方向一个.场景3DInH:具有高室内UE密度的室内热点小区-基站BS安装在天花板下方.室内测试环境侧重于建筑物内部的小单元和高用户吞吐量.这个测试环境的关键特性是高用户吞吐量和室内覆盖.动机和挑战支持高达100GHz勺载波频率在无线电传播领域带来了许多挑战.随着载频的增加,由于假设天线的尺寸相对于波长是固定的,因此路径损耗增加.然而,在较高的载波频率下较小的天线尺寸意味着更多的天线将与在较低的载波频率下相同的区域中匹配.可以通过使用

5、更多天线来克服随载波频率而增加的路径损耗,而不必增加天线阵列的总体物理尺寸.此外,当载波频率增加超过大约10GHz时,衍射将不再是主要的传播机制.在10ghz以上,反射和散射将是非视线传输链路最重要的传输机制.止匕外,随着载波频率的增加,传播到建筑物中的穿透损失趋于增加,这可能使得在建筑物内覆盖对于部署在室外的BS是不实际的.观察#1:对于新无线电瞄准的低频和高频.传播条件不同.这意味着对于BS和UE来说,在不同的载波频率下,不同的阵列结构可能更可取.在NR系统中,大规模的天线阵列将是提供高覆盖率和高容量性能的关键.大规模MIMO8统提供了几个好处：通过使用高增益自适应波束形成来增强覆盖,通过

6、使用高阶空间复用来增强容量.大规模天线阵的覆盖增强水平对于缓解高载频下的传播挑战具有重要意义.对于以高密度部署例如在较低载波频率运行的干扰受限系统,容量增强水平将是重要的.止匕外,MIMO技术可以将能量转向所需的方向,较窄的波束宽度可以在系统中产生较少的干扰.通过使用有源天线系统AAS,也可以获得更好的能源效率和更好的交通条件适应性.观察#2:使用具有MIMOffi波束形成的大规模天线阵列非常适合解决NR系统的容量和覆盖挑战.天线阵列结构对于下一代无线接入,单用户、多用户和波束形成方案是必不可少的.由于不同的载波频率和部署方案,不同的传输和接收技术的利用是可以预见的.我们预计,全数字基带、混合

7、阵列、模拟/RF阵列解决方案如图1和图2所示将以多种方式在BS和UE的不同实现中使用.此外,我们认为,以前向兼容的方式指定在某些载波频率和带宽上使用哪种技术是困难的,并且在标准化中不是优选的.然而,了解不同的候选体系结构对于定义与天线阵列体系结构无关的系统非常重要.如图1和图2所示,三种主要阵列架构之间的区别在于波束形成操作发生的位置如在RF/模拟域与基带/数字域中.Stream1fTX-11Stream2jMulti-BeamBFKBeamsQAntennasTTX-2|XoTTaQorooStreamK-.Stream1-a1Figure1:AntennaArrayArchitecture

8、s:Left=baseband,Right=RFStream2oooStreamKMulti-BeamBFBBeamsQAntennas.a1aooo_JaQFigure2:HybridAntennaArrayArchitectures:FullyConnected:Left=fullyconnected,Right=sub-array基带结构：在图1的基带结构中,每个天线单元或天线端口都有一个收发器单元,波束形成操作在向上混频到RF之前发生在基带数字域中.基带架构提供了高度的灵活性,例如跨OFDMA载波的频率选择性波束形成,但代价是在每个天线单元后面使用收发机单元.这种架构是LTE的选择,由

9、于天线端口的数量例如大约32个端口与天线本钱相比仍然可以治理.然而,基带架构的一个缺点是它在高载波频率中不可伸缩.在cmWav或mmWa微段中使用大规模天线阵列带来了各种挑战,由于系统带宽高,并且需要大量天线元件来克服这些频段中的传播挑战.在大规模阵列中,在每个天线单元后面使用单独的收发器变得非常困难,这不仅是由于本钱原因,而且还由于宽带需要非常高速的a/D和D/a处理器,这些处理器具有显著的功耗要求.简单地将相同的MIMOS带架构扩展到高频段目前在经济上是不可行的,由于可以使用相当多的端口,如256.射频架构：基带架构的另一种选择是全射频架构,如图1所示,其中MIMOF波束形成的限制在模拟域

10、的射频中执行,射频组件也具有相移和潜在增益调整水平.与基带结构相比,具有RF结构的频率选择性波束形成通常是不可行的,由于在整个信号带宽的RF处应用了发射权重.混合架构：数字架构和所有射频架构之间的中间地带是混合架构,其中MIMOffi波束形成的限制在射频和基带之间分开.图2显示了混合架构的两个例如,其中除了基带MIMC®编码之外,在RF处还形成多个流.在混合架构中,每个RF波束由收发器驱动,多流波束加权或预编码在基带应用于收发器的输入.图2的左图显示了用于“完全连接阵列配置的混合架构,其中多个RF波束形成权重向量并行应用于阵列的所有天线元件.相反,右图显示了“子阵列配置的混合架构,其

11、中每个RF权重向量应用于天线元件的唯一子集.子阵列结构的一个优点是天线元件后面缺少求和装置.混合架构提供了额外的灵活性,并且在整个RF架构上,由于基带传输局部可以跨信号带宽进行调整以进一步优化性能.止匕外,提供基带预编码的多波束传输的水平有望提升容量和覆盖性能.从标准化的角度来看,支持不同的体系结构并不一定要求在实际实现中使用任何特定的体系结构.考虑到混合架构设计的方法可以由基带架构支持.当然,涉及在模拟RF域中形成的波束的方法也可以在基带数字域中实现,尽管实际实现问题可能有很大不同.然而,为数字体系结构设计的方法不一定能够通过RF或混合体系结构有效地或实际地实现.观察#3:基带架构提供了高度

12、的灵活性,例如能够跨OFDMA载波执行频率选择性波束形成,但代价是需要在每个天线单元后面的收发器单元.由于高本钱和高功耗的特点,全数字基带解决方案在较高的载波频率下可能不实用.观察#4:当在更高的载波频率和更高的系统带宽下工作时,当基带架构的本钱和功耗要求变得令人望而却步时,RF架构非常有用.观察#5:混合架构通过使用带基带预编码的RF波束成形来寻求提供RF架构和基带架构的优点.观察#6:设计一个支持不同架构的系统并不一定要求在实际实现中使用任何特定架构.标准的建议：建议1:对NR系统中MIMOW波束形成的标准化支持应以FD-MIMORel-13和eFD-MIMORel-14原理为出发点,着重

13、于改良对具有混合架构的较大规模天线阵列的支持.由于支持高达100ghz的载波频率而带来的挑战,对SU/MU-MIMO口波束形成解决方案的支持应在天线端口数量、收发器端口数量、天线阵列架构和物理天线单元数量方面完全可扩展.参考文献3更详细地讨论了NR系统的MIMOW决方案.此外,我们认为UE应该在对BS处的SU/MU-MIMO口波束形成操作进行最小假设的情况下操作,这可以通过使用用户特定的参考符号来支持.除非不能实现显著的增益,否那么传输和接收技术以及BS天线配置应当对UE透明,并且应当防止BS阵列特定CSI报告方案.一个优势是网络部署的灵活性、BS阵列水平的容易升级等.建议#2:NR系统设计应

14、为在BS和UE处具有不同数量的TX和RX天线和收发器单元的SU/MU-MIMO1供灵活和可扩展的支持.建议3:NR系统设计应完全兼容BS和UE的不同发射和接收架构,包括例如全数字、RF和混合天线阵列架构.建议#4:UE过程应尽可能不可知于BS使用的架构例如,用于DL-TX/UL-RX的基带、RF或混合架构.建议#5:BS过程应尽可能与UE使用的架构不可知例如,用于ULTX/DLRX的基带、RF或混合架构.天线阵尺寸：随着载频的增加,波长减小,天线单元的尺寸通常与波长成正比.结果说明,随着载频的增加,能够适应给定固定区域的天线数目显著增加.从另一个角度看,随着载频的增加,固定数量天线单元的阵列的

15、尺寸显著减小.下表1显示了一个阵列的大小,该阵列具有8行、8列和2个极化假设是一个共定位交叉极化元件的2D阵列作为频率的函数.下表2从3.5GHz时128天线2D阵列所需的面积开始,并显示了可作为载波频率函数装入该面积的天线数量.在这两个表中,假设天线之间的间隔为一个具有在载波频率处的波长.Table1:AntennaArraySizeversusCarrierFrequencyCarrierFrequency(GHz)3.5152838607383,94Wavelength(mm)862011""8AJ443NumberofRows88888888NumberofColu

16、mns88888888NumberofPolarizations22222L222TotalNumberofAntennas128128128128128128128128Sizeofarray(vertical)(mm)34380433220161413Sizeofarray(horizontal)(mm)34380433220161413Table2:NumberofAntennaElementsinaFixedAreaversusCarrierFrequencyCarrierFrequency(GHz)3.5152838607383,94Wavelength(mm)862011""8匚J443