王欣

TDD MM開啟商用 FDD MM仍在測試

Massive MIMO作為5G關(guān)鍵技術(shù)，能夠提升頻譜效率達(dá)到提升基站容量的作用，我國三大運(yùn)營商、設(shè)備商都十分重視其發(fā)展。

中移動(dòng)憑借TDD制式的先天優(yōu)勢在發(fā)展Massive MIMO的路上一騎絕塵，并決定今年在熱點(diǎn)區(qū)域部署Massive MIMO，同時(shí)電信、聯(lián)通也在今年加緊對(duì)FDD Massive MIMO的研發(fā)。

不僅運(yùn)營商擼起袖子加油干，產(chǎn)業(yè)鏈也十分給力。華為、中興、愛立信、諾基亞、大唐等設(shè)備商均推出Massive MIMO解決方案，并積極與運(yùn)營商開展外場驗(yàn)證工作。

MIMO的不斷嬗變

“Massive MIMO技術(shù)能夠極大提升5G系統(tǒng)性能，運(yùn)營商、設(shè)備商都十分關(guān)注Massive MIMO技術(shù)。可以預(yù)期，Massive MIMO有希望成為最先部署的5G技術(shù)?！币晃徊辉妇呙膶＜以诮邮堋锻ㄐ女a(chǎn)業(yè)報(bào)》（網(wǎng)）記者采訪時(shí)表示。

但是，如此巨大利好的5G關(guān)鍵技術(shù)其實(shí)并不是一項(xiàng)新技術(shù)。一般將Massive MIMO定義為采用了MIMO（Multiple Input Multiple Output）和波束賦形技術(shù)的大規(guī)模多天線系統(tǒng)。

MIMO就是在基站側(cè)和終端側(cè)部署多根天線，在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下，增強(qiáng)信道容量，提升信號(hào)質(zhì)量。而波束賦形是一種基于天線陣列的信號(hào)預(yù)處理技術(shù)，就是可以將多根天線產(chǎn)生一個(gè)具有指向性的波束，將信號(hào)集中到欲傳輸?shù)姆较颍鰪?qiáng)信號(hào)質(zhì)量，減少干擾。所以，Massive MIMO不僅可以補(bǔ)償傳播損耗，還能夠擴(kuò)展覆蓋范圍，發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)流連接多個(gè)用戶，提升用戶速率。

MIMO技術(shù)和波束賦形技術(shù)對(duì)于廣大通信工作者來說并不陌生。早在3GPP規(guī)定的LTE Rel-8版本就將LTE設(shè)計(jì)了MIMO和波束賦形功能，那時(shí)給基站側(cè)定義了4根天線，并支持單流波束賦形技術(shù)，但并不能稱為“大規(guī)?！?。

在隨后的LTE-Advance Rel-10版本中，繼續(xù)增強(qiáng)MIMO性能，實(shí)現(xiàn)新的碼本和反饋設(shè)計(jì)以支持具有多達(dá)八個(gè)獨(dú)立流的空間復(fù)用和增強(qiáng)的MU-MIMO。

而在最近發(fā)布的LTE Rel-13標(biāo)準(zhǔn)中，3GPP研究了在基站側(cè)具有64個(gè)天線端口的更高階MIMO系統(tǒng)，并引入3D MIMO功能，支持垂直波束賦形。

不僅是標(biāo)準(zhǔn)不斷增強(qiáng)、試驗(yàn)成果也在不斷革新。據(jù)了解，在仿真試驗(yàn)中，在基站側(cè)部署128天線的Massive MIMO基站，其吞吐率可達(dá)到傳統(tǒng)的8天線TD-LTE基站的4-6倍，能夠幫助運(yùn)營商最大限度利用已有站址和頻譜資源滿足高速增長的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求?？梢灶A(yù)見的是，隨著技術(shù)和產(chǎn)品不斷成熟，未來運(yùn)營商會(huì)對(duì)Massive MIMO技術(shù)提出更高的要求，Massive MIMO技術(shù)必然會(huì)繼續(xù)嬗變。

TDD Massive MIMO：今年商用

“今年，中國移動(dòng)計(jì)劃全網(wǎng)熱點(diǎn)區(qū)域分階段正式商用Massive MIMO?！敝袊苿?dòng)研究院副院長黃宇紅在接受《通信產(chǎn)業(yè)報(bào)》（網(wǎng)）采訪時(shí)表示。

中國移動(dòng)可以說是全球最早啟動(dòng)和推進(jìn)Massive MIMO技術(shù)的運(yùn)營商。從2011年開始，中國移動(dòng)就啟動(dòng)了MassiveMIMO技術(shù)研究、性能評(píng)估和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。2013年，聯(lián)合國內(nèi)華為、中興等企業(yè)完成Massive MIMO的原型樣機(jī)開發(fā)和性能驗(yàn)證，并且主導(dǎo)啟動(dòng)Massive MIMO增強(qiáng)功能的標(biāo)準(zhǔn)化工作。2015年，完成預(yù)商用產(chǎn)品外場性能驗(yàn)證。2016年，在北京、杭州等城市率先進(jìn)行的商用試點(diǎn)，結(jié)果顯示，在現(xiàn)階段的極熱點(diǎn)區(qū)域，MassiveMIMO相比傳統(tǒng)8天線宏站能帶來1.5到2.5倍的頻譜效率提升，并且可進(jìn)一步激發(fā)用戶需求。同時(shí)，聯(lián)合廠家發(fā)布全球首款2.6GHz三載波Massive MIMO商用產(chǎn)品。而今年，中國移動(dòng)計(jì)劃在全網(wǎng)熱點(diǎn)區(qū)域分階段正式商用Massive MIMO。

同時(shí)，中國移動(dòng)還計(jì)劃分三階段增強(qiáng)Massive MIMO技術(shù)。第一階段，在2017年充分利用TDD技術(shù)特有優(yōu)勢商用Massive MIMO第一個(gè)版本產(chǎn)品，現(xiàn)有4G商用終端可以直接獲益。第二階段，2018年-2019年由Massive MIMO基礎(chǔ)版本產(chǎn)品軟件升級(jí)至增強(qiáng)版本，可進(jìn)一步提升20%的系統(tǒng)性能。第三階段，2020年，根據(jù)需要將Massive MIMO增強(qiáng)版本軟件升級(jí)至5G。同時(shí)，引入支持5G新空口的全新形態(tài)產(chǎn)品。

FDD Massive MIMO：開啟驗(yàn)證

不難發(fā)現(xiàn)，早在2015年，中國移動(dòng)就完成了全球首個(gè)基于LTE-TDD網(wǎng)絡(luò)的Massive MIMO預(yù)商用外場驗(yàn)證。但在2016年底，F(xiàn)DD Massive MIMO才開始進(jìn)入驗(yàn)證階段。

顯而易見，相對(duì)于TDD Massive MIMO 的高歌猛進(jìn)，F(xiàn)DD Massive MIMO的發(fā)展卻相對(duì)落后。

之所以FDD Massive MIMO發(fā)展難度較大是因?yàn)門DD和FDD信道特點(diǎn)不同。TDD是上下行工作在同一頻段，所以可以根據(jù)上行信道的狀況估計(jì)下行信道，從而獲取信道信息。但是，F(xiàn)DD獲取信道信息卻麻煩得多，因?yàn)镕DD上下行工作在不同頻段，所以只能等到接收端信息反饋之后，才能得到信道信息。

中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院李福昌在撰文中表示，F(xiàn)DD Massive MIMO技術(shù)受限于信道測量，需要更加復(fù)雜的信道估計(jì)和預(yù)編碼，由于各場景無線環(huán)境差異較大（如移動(dòng)環(huán)境等），需要針對(duì)信道估計(jì)和預(yù)編碼算法進(jìn)行不斷完善和優(yōu)化。

“在信道信息獲取方面，TDD具有先天優(yōu)勢，F(xiàn)DD則面臨更大的技術(shù)挑戰(zhàn)。”中國電信技術(shù)創(chuàng)新中心副主任楊峰義在接受《通信產(chǎn)業(yè)報(bào)》（網(wǎng)）記者專訪時(shí)表示。

雖然，F(xiàn)DD Massive MIMO發(fā)展較晚且面臨諸多挑戰(zhàn)，但是中興、華為都研發(fā)了FDD Massive MIMO產(chǎn)品，而其他設(shè)備商也在加緊研發(fā)，同時(shí)中國電信和中國聯(lián)通均已基于FDD網(wǎng)絡(luò)的Massive MIMO驗(yàn)證。

據(jù)了解，去年12月，中興發(fā)布首個(gè)基于FDD-LTE制式的Massive MIMO解決方案，并與中國聯(lián)通集團(tuán)福建分公司在泉州創(chuàng)新基地完成了外場驗(yàn)證， 并實(shí)現(xiàn)提升小區(qū)吞吐量3倍以上。

同時(shí)，今年1月，華為也與聯(lián)通在上海完成基于FDD-LTE制式的Massive MIMO技術(shù)的外場驗(yàn)證，在20MHz頻譜上，使用Rel-8版本的兩天線接收終端，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)峰值速率697.3Mbps，比傳統(tǒng)FDD LTE提高4.8倍。

“在2016年底和2017年初，中興和華為均發(fā)布了FDD Massive MIMO商用樣機(jī)，并與中國電信、中國聯(lián)通完成了初步測試，單站初步測試結(jié)果表明，F(xiàn)DD Massive MIMO可有效提升小區(qū)吞吐量3倍以上。”楊峰義表示。

Massive MIMO的外場驗(yàn)證已經(jīng)開始。據(jù)媒體披露，中國聯(lián)通今年計(jì)劃開展FDD Massive MIMO的外場商用試驗(yàn)測試，并選取兩三個(gè)試點(diǎn)城市進(jìn)行驗(yàn)證。

TDD Massive MIMO：三點(diǎn)挑戰(zhàn)

雖然TDD Massive MIMO技術(shù)研發(fā)較早且較為成熟，但任何一個(gè)技術(shù)的商用之路都并非坦途，TDD Massive MIMO技術(shù)仍然面臨支持的頻率有限、設(shè)備成本高、需提升設(shè)備集成度的挑戰(zhàn)。

“TDD Massive MIMO技術(shù)仍然存在三點(diǎn)挑戰(zhàn)。首先，設(shè)備價(jià)格偏高，影響產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展，希望產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)共同來努力，讓Massive MIMO具備規(guī)?；l(fā)展能力。其次，設(shè)備集成度仍需改進(jìn)，需要進(jìn)一步降低體積和重量。最后，應(yīng)用在更低頻段（1.9GHz）仍有挑戰(zhàn)，需要推動(dòng)器件進(jìn)一步成熟。”黃宇紅表示。

針對(duì)TDD Massive MIMO帶來的挑戰(zhàn)，黃宇紅提議，首先要通過MassiveMIMO逐漸規(guī)模商用，持續(xù)推進(jìn)元器件和芯片產(chǎn)業(yè)的成熟，進(jìn)一步降低Massive MIMO設(shè)備成本和體積重量。其次，持續(xù)推進(jìn)Massive MIMO技術(shù)演進(jìn)，推動(dòng)Massive MIMO端到端產(chǎn)業(yè)成熟，提前按照5G指標(biāo)對(duì)Massive MIMO基站設(shè)備硬件部分進(jìn)行要求，實(shí)現(xiàn)LTE Massive MIMO可通過軟件升級(jí)平滑演進(jìn)至5G。

FDD Massive MIMO：挑戰(zhàn)更大

光從先天條件就敗下陣來的FDD Massive MIMO要想商用自然面臨更大的挑戰(zhàn)。誠然，F(xiàn)DD Massive MIMO要想商用也必須跨過設(shè)備體積偏大、部署難度大、設(shè)備成本偏高的坎。

李福昌表示，F(xiàn)DD Massive MIMO目前尚處于研發(fā)階段，核心產(chǎn)品和算法都需要優(yōu)化完善，不僅和TDD Massive MIMO一樣面臨需要提升設(shè)備集成度和降低設(shè)備成本的挑戰(zhàn)，同時(shí)還需要進(jìn)一步提升終端成熟度。

他表示，F(xiàn)DD Massive MIMO在產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)上大多采用RRU+天線集成的方案，且都采用大規(guī)模天線系統(tǒng)，在帶來更高增益和性能的同時(shí)，設(shè)備重量和體積也遠(yuǎn)高于普通基站，因此在實(shí)際部署中面臨承重大、抗風(fēng)大等諸多挑戰(zhàn)，所以日后還需繼續(xù)提高產(chǎn)品集成度，使產(chǎn)品更加小型化。同時(shí)，其設(shè)備成本仍然偏高。

除此之外，終端成熟度是FDD Massive MIMO需要獨(dú)自面臨的挑戰(zhàn)。因?yàn)門DD Massive MIMO不需要終端升級(jí)支持，而FDD Massive MIMO需要終端支持TM9。但是目前現(xiàn)網(wǎng)支持TM9的終端比例低于4%，這就表示缺乏足夠的TM9用戶形成MU-MIMO，有效提升頻譜效率。

無獨(dú)有偶，楊峰義也表示，F(xiàn)DD Massive MIMO面臨五方面的挑戰(zhàn)。第一，為形成多用戶波束，信道信息的獲取必須及時(shí)準(zhǔn)確。FDD Massive MIMO技術(shù)需要克服在信道獲取開銷、精度方面技術(shù)挑戰(zhàn)。第二，基站和終端的產(chǎn)業(yè)鏈挑戰(zhàn)。第三，RRU和天線一體化設(shè)計(jì)會(huì)帶來測試挑戰(zhàn)。第四，Massive MIMO陣子數(shù)目龐大，會(huì)帶來產(chǎn)品體積增大問題，低頻點(diǎn)FDD在體積、重量方面存在部署挑戰(zhàn)。第五，規(guī)模組網(wǎng)下，考慮小區(qū)間干擾、控制信道覆蓋、波束管理時(shí)的組網(wǎng)性能挑戰(zhàn)。

針對(duì)這些問題，目前中國電信正持續(xù)開展研究與驗(yàn)證模塊化Massive MIMO、虛擬扇區(qū)化等解決方案，克服FDD Massive MIMO技術(shù)難題、推動(dòng)FDD Massive MIMO商用。