用于5G的大規(guī)模MIMO

　　MIMO方法可再進一步演變?yōu)榇笠?guī)模MIMO。當系統(tǒng)的gNB天線比每個信令資源的UE設(shè)備數(shù)量高 出很多倍時，便可部署大規(guī)模MIMO配置。gNB天線的數(shù)量遠高于UE設(shè)備時，頻譜效率會大幅提 高。與現(xiàn)在的4G系統(tǒng)相比，這種條件使系統(tǒng)能夠在同一頻段內(nèi)同時為更多的設(shè)備提供服務(wù)。 NI與三星等行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)攜手，繼續(xù)通過其軟件無線電平臺和用于快速無線原型驗證的靈活軟件展示大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的可行性。

　　目前，大規(guī)模MIMO的主要研究焦點是低于6GHz的頻率。此范圍的頻譜非常稀缺，且價值非常高。 在這些頻段中，大規(guī)模MIMO系統(tǒng)可以通過空間復用多個終端來顯著提高頻譜效率。 而大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的另一個優(yōu)勢是可以為覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有UE提供更好且更一致的服務(wù)。

　　用于5G的毫米波

　　當前，業(yè)內(nèi)研究人員已將可用的毫米波波段作為下一個前沿研究領(lǐng)域，以滿足未來需要龐大數(shù)據(jù)的無線應(yīng)用需求。運行在28 GHz及以上的新型5G系統(tǒng)為更多信道提供更多可用頻譜，這非常適用于數(shù)Gbps的鏈路。盡管這些頻率相比6 GHz以下的頻譜較不擁擠，但是卻會受到不同傳播效應(yīng)的影響，例如更高的自由空間路徑損耗和大氣衰減、室內(nèi)滲透力弱以及衍射效果差。 為了克服這些負面影響，毫米波天線陣列可以聚焦其波束并利用天線陣列增益。幸運的是，這些天 線陣列的尺寸隨著工作頻率的增加而減小，從而允許在與單個sub-6GHz元件相同的面積內(nèi)容納包 含更多元件的毫米波天線陣列。

　　通過模擬波束控制簡化復雜性

　　大規(guī)模MU-MIMO系統(tǒng)需要比UE設(shè)備多得多的發(fā)射RF鏈路才能進行適當?shù)目臻g復用。這與僅通過一個RF鏈饋送到多個天線的系統(tǒng)不同，在單RF鏈中，多個天線的相位通過類似的方式進行控制，以便聚焦和控制輻射方向。對于MU-MIMO目的，這樣的系統(tǒng)可以歸類為具有方向性可控制天線的單天線終端。

　　大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的主要缺點之一是集成和部署大量RF鏈非常復雜性，而且成本高昂，特別是在毫米波頻率下。研究人員已經(jīng)提出了幾種混合(數(shù)字和模擬)波束成形方案，以允許5G gNB在維持大量天線的同時，不斷降低MU-MIMO的實現(xiàn)成本。

　　最后，我們剛才提到，在毫米波頻率下，信道相干時間顯著降低，這給移動應(yīng)用帶來了嚴格的限制。 研究人員需要繼續(xù)研究在毫米波頻率下改善UE移動性的新方法，但很可能第一次5G毫米波部署將用于固定無線接入應(yīng)用，例如回程和側(cè)鏈(Side Link)。

　　管理波束

　　使用毫米波波段的主要技術(shù)挑戰(zhàn)之一是在超過20 GHz的頻率，信號傳播損耗非常高。實際上，這種損耗會減少可能的小區(qū)覆蓋區(qū)域和范圍。為了彌補這一缺陷，標準制定者采用基于天線陣列的波束形成技術(shù)，將RF能量聚焦到單個用戶并提高信號增益。但是，UE不能再依靠毫米波gNB進行全向傳輸信號來建立初始連接。

　　NR標準針對UE采用了新的過程來建立與gNB的初始接入。在到達新小區(qū)覆蓋區(qū)域時，UE無需識別波束的位置，而是忽略gNB當前正在發(fā)送的波束方向，便開始網(wǎng)絡(luò)接入過程。 NR初始接入過程為UE建立與gNB的通信提供了一個有效的解決方案。它解決了盲目尋找gNB的 問題，不僅適用于毫米波運行，而且適用于低于6 GHz的全向通信。這意味著初始接入過程必須應(yīng)用于單波束和多波束場景，此外還必須支持NR和LTE共存。

　　Bandwidth Part

　　在未來的5G應(yīng)用中，由于不同頻譜的可用性，大量設(shè)備和儀器將在不同的頻段中運行。舉個例子， 比如一個RF帶寬有限的UE需要與可以使用載波聚合來填充整個信道的強大設(shè)備以及可以使用單 個RF鏈來覆蓋整個信道的第三個設(shè)備一起工作。

　　盡管大帶寬會直接提高用戶可以體驗到的數(shù)據(jù)速率，但這是需要付出代價的。當UE不需要高數(shù)據(jù) 速率時，大帶寬會導致RF和基帶處理資源被低效利用，這無疑是一種浪費。

　　為了解決這個問題，3GPP提出了一個新概念——bandwidth par(tBWP)：網(wǎng)絡(luò)使用一個寬帶載波來配置某個UE，并使用載波聚合獨立地為其他UE分配一組帶內(nèi)連續(xù)分量載波。這允許具有不同功能的各種設(shè)備共享相同的寬帶載波。 這種針對UE的不同RF性能進行調(diào)整的靈活網(wǎng)絡(luò)操作是LTE無法實現(xiàn)的。

　　結(jié)論：LTE和5G NR PHY比較

　　5G NR優(yōu)于當前LTE的一些基本技術(shù)特征：

　　更高的頻譜利用率

　　靈活的參數(shù)集(Numerology)和框架結(jié)構(gòu)

　　動態(tài)管理TDD資源

　　通過增加信道帶寬在毫米波頻率下工作

　　總之，5G無線技術(shù)有望為全球更多的人群提供大量可靠、數(shù)據(jù)豐富且高度連接的應(yīng)用。雖然部署可支持這一目標的基礎(chǔ)設(shè)施以及開發(fā)下一代5G設(shè)備會面臨著各種嚴峻的設(shè)計和測試挑戰(zhàn)，但NI基于平臺的無線技術(shù)設(shè)計、原型驗證和測試方法將成為未來十年實現(xiàn)5G的關(guān)鍵。