5GM-MIMO的振子數(shù)-天線數(shù)-通道數(shù)與流數(shù)之間關(guān)系

5GM-MIMO的振子數(shù)，天線數(shù)，通道數(shù)，流數(shù)之間終究是什么關(guān)系？MassiveMIMO（簡稱作M-MIMO或者MM），作為5G的核心技術(shù)，是承載在AAU之上的，而AAU內(nèi)部的天線陣列，則是實現(xiàn)MassiveMIMO的最重要的載體。本期將介紹其中的幾個基本概念：振子，天線，通道，流，MU-MIMO，SU-MIMO，及其之間的關(guān)聯(lián)。1、什么是振子？天線最基本的作用是進行能量傳輸方式的轉(zhuǎn)換。對于基站發(fā)射的信號來說，天線把發(fā)射機的高頻振蕩電流轉(zhuǎn)換為能夠在自由空間傳輸?shù)碾姶挪?。天線往外發(fā)射電磁波是通過內(nèi)部的振子來完畢的。單個振子的能力有限，發(fā)射方向也難以集中，因此天線普通是由多個振子疊加而成。如上圖所示，天線打開外罩之后，就能看到其內(nèi)排布著若干的X形狀的器件，這些就是振子，也叫天線單元（AntennaElements）。一種X代表了+45°和-45°極化方向的兩個振子。振子如何構(gòu)整天線/天線陣列？對于普通的天線來說，其內(nèi)部是由多個振子構(gòu)成的，通過這些振子上發(fā)射能量的疊加，天線增益可達13到17dBi。我們在畫天線示意圖時，總會在上面畫上某些X形符號，用來表達里面的振子。對于5GAAU來說，由于廣泛采用了M-MIMO技術(shù)，其內(nèi)部集成的天線采用的振子數(shù)量更多，多個振子整整潔齊地排列著，嚴陣以待，因此也稱作天線陣列。對于Sub6G頻段的AAU來說，業(yè)界普通采用192個振子。天線振子雖多，但單個振子的能力太過弱小，并且如果每個振子都和AAU內(nèi)部的功放連接獨立發(fā)送信號的話，實現(xiàn)上也過于復(fù)雜，因此業(yè)界普通3個振子或者6個振子劃為一組，成為邏輯上的單個天線。下列圖的M-MIMO天線振子排布圖為例，水平方向共12行，垂直方向有8列振子，再加上±45°雙極化，一共就有12x8x2=192個振子。每三個振子為一組，稱為一副天線，因此該M-MIMOAAU共有192/3=64個天線。如果每6個振子構(gòu)成一種天線的話，該AAU就有192/6=32個天線?，F(xiàn)在業(yè)界主流的5GAAU均為192振子，有64天線和32天線這兩種型號，其中64天線的產(chǎn)品性能要更加好某些。既然如此，那為什么不都做64天線呢？這就要涉及到通道數(shù)和成本有關(guān)的考量了。3、什么是通道？天線數(shù)再多，也是無源器件，沒法直接發(fā)射信號。因此，AAU需要將這些天線跟其內(nèi)部的射頻鏈路相連，最后就形成了64或者32個可發(fā)射信號的通道。Sub6G頻段的AAU采用全數(shù)字波束賦形，能夠認為其天線數(shù)，發(fā)射通道數(shù)，功放（PA）數(shù)是同樣的。顯而易見，天線數(shù)和通道數(shù)越多，AAU內(nèi)部的功放數(shù)也就越多，對基帶資源的消耗也會越大，設(shè)備的成本也就越高。因此，64天線的設(shè)備重要用于密集城區(qū)，在普通城區(qū)和郊區(qū)使用32天線就能夠滿足需求了。對于更為偏遠的地區(qū)，對容量的規(guī)定不高，重要解決覆蓋問題，這時甚至連MassiveMIMO都不用了，直接上8端口RRU接上天線就行。4、AAU內(nèi)部采用了這樣多振子、天線和通道，終究天線增益如何呢？下面我們分為通道增益，波束賦形增益，以及業(yè)務(wù)增益這三個方面來說。上面已經(jīng)說過，單個通道普通是由3個或者6個振子構(gòu)成的，這些振子產(chǎn)生的合成增益，就叫做通道增益。波束賦形增益也叫陣列增益，通道數(shù)越多，波束賦形能力也就越強，增益對應(yīng)的也就越大。其算法為：陣列增益=10Log（通道數(shù)/2）,之因此除以二，是由于這些通道的極化方向是不同的，二分之一+45°極化，另二分之一-45°極化，而極化是不能產(chǎn)生增益疊加的，因此只能按二分之一的通道數(shù)來算。業(yè)務(wù)增益其實就是天線整體的最大增益，由通道增益和波束賦形增益相加得出。普通來說，MassiveMIMO的業(yè)務(wù)增益比普通天線要高3dB左右。下文將說到的由多發(fā)射通道，以及波束賦形帶來的多顧客多流傳輸能力，是M-MIMO的核心競爭力所在。5、多顧客及空分流數(shù)多顧客的空分流，直觀來說，是在空間中給不同的顧客使用不同波束來發(fā)送不同的數(shù)據(jù)流。舉例來說，如果基站支持16流，就是基站能使用相似的資源，在空間中發(fā)送16路不同的數(shù)據(jù)。這16路數(shù)據(jù)能夠分給8個顧客，每個顧客兩流（也就是2x2MIMO），也能夠分給16個顧客，每個顧客只有一流。這樣一來，即使每顧客體驗的速率差別較大，但整個社區(qū)的吞吐量是能夠達成峰值的。這種多個顧客之間配對來復(fù)用相似的時頻資源來實現(xiàn)多流的技術(shù)就叫做MU-MIMO（多顧客MIMO），而一種顧客內(nèi)部的多流則為傳統(tǒng)的SU-MIMO（單顧客MIMO）?，F(xiàn)在主流的5G手機能支持4天線