05-5G大规模天线技术及其它空口技术 -- 河北交流 2017-09-02 v1
5G无线传输的关键技术
5G无线传输的关键技术1. 大规模多天线技术（Massive MIMO）大规模多天线技术是5G技术中的一个重要部分，它将大大增强基站对移动终端信号的感知和控制能力，提高了网络的容量和覆盖能力。
大规模多天线技术通过利用大量的天线和信道状态信息，可以实现空间多址和波束赋形等技术，从而显著提高了信号的传输效率和覆盖范围，同时也增加了网络的可靠性和抗干扰能力。
2. 新颖的波束赋形技术（Beamforming）波束赋形技术是5G技术中的重要技术之一，它可以通过调整天线的相位和振幅来聚焦信号，从而提高信号的传输速率和覆盖范围。
与传统的全向信号发射不同，波束赋形技术可以根据用户的位置和移动情况来动态调整波束方向，从而实现更加精准的信号传输和接收。
3. 全双工通信技术（Full Duplex Communication）全双工通信技术是5G技术中的另一个重要技术，它可以实现同时进行信号的发送和接收，从而大大提高了信道利用效率和传输速率。
传统的通信系统中，发送和接收是分开进行的，而全双工通信技术可以在同一时间段内实现信号的双向传输，从而降低了通信系统的时延和复杂度。
4. 新型调制技术（New Modulation Techniques）新型调制技术是5G技术中的另一个关键技术，它可以实现更高的传输速率和更低的误码率。
传统的调制技术通常采用QAM（Quadrature Amplitude Modulation）或者PSK（Phase Shift Keying）等技术，而新型调制技术可以采用更高阶的调制技术，如256QAM或者1024QAM等，从而实现更高的传输速率和更低的误码率。
5. 软件定义无线电技术（Software Defined Radio）软件定义无线电技术是5G技术中的一个重要技术，它可以实现无线通信系统的灵活配置和快速部署。
传统的无线通信系统中，硬件部分和软件部分通常是紧密耦合的，而软件定义无线电技术可以将无线通信系统的功能和性能都实现在软件上，从而实现了系统的灵活配置和快速部署。
面向5G无线通信系统的关键技术
面向5G无线通信系统的关键技术随着移动互联网的快速发展和大规模应用，人们对无线通信系统的性能和能力提出了更高的要求。
为了满足用户对更高数据速率、更低时延、更大容量、更好能源效率和更好连接可靠性的需求，第五代无线通信系统（5G）被提出。
5G无线通信系统将是一种基于更高频段、更多天线、更高密度和更高速率的无线通信体系结构。
为了实现这一目标，5G无线通信系统需要借助一系列关键技术来解决各种技术挑战。
1. 大规模天线系统技术：大规模天线系统技术是实现高速率和大容量的关键技术之一。
通过利用大规模MIMO （Multiple-Input Multiple-Output）技术，即使用大量的天线和用户设备之间的空分复用，可以实现高度并行传输和空间复用，提高系统容量和频谱效率。
2. 高频段技术：为了满足更高数据速率和更大容量的需求，5G无线通信系统需要更高的频段，如毫米波频段和太赫兹频段。
这些高频段可以提供更高的带宽和更多的可用频谱资源，但也面临传输距离短、功耗大和穿透能力差等挑战，因此需要研究和解决相关问题。
3. 超高密度网络技术：5G系统需要支持大量的用户设备和物联网设备的高密度连接。
为了实现超高密度网络，需要引入更小的蜂窝大小、更高的基站分布密度和更有效的干扰管理技术，以提高系统容量和连接可靠性。
4. 软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）：SDN和NFV技术可以使网络的组网和管理更加灵活和可编程，实现网络资源的高效利用和快速部署。
这些技术可以为5G系统提供更好的网络灵活性、可靠性和可定制性。
5. 多径传播和信道建模技术：对于高频段通信，多径传播和信道建模是非常重要的。
通过研究和建立准确的信道模型，可以更好地理解和预测信道特性并设计相应的通信方案。
6. 跨层优化和资源管理技术：为了提高系统容量和性能，并满足不同用户和应用的需求，5G系统需要跨不同层次（物理层、链路层、网络层、应用层）进行优化和资源管理。
5g大规模天线原理
5g大规模天线原理
随着移动互联网的不断发展，人们对于通信速度和质量的需求越来越高。
为了满足人们的需求，电信运营商和设备制造商不断致力于研发
新技术，5G技术便是其中之一。
5G技术的最大特点就是速度更快，
同时也更加稳定，而这主要得益于5G大规模天线技术的引入。
5G大规模天线原理是通过利用大量的天线实现数据传输的高速和稳定。
一般来说，一个普通的基站只拥有几个天线，无法提供太高的速度和
稳定性。
但是，5G大规模天线技术可以将成百上千个天线集成到一个基站中，这就可以实现更快的通信速度和更加稳定的信号传输。
通常情况下，基站天线的数量越多，信号的穿透力和笼罩面积都会随
之增加，整个网络的传输速度和质量也会随之提升。
5G大规模天线的原理就是通过将大量的天线整合在一起，形成一个天线系统，从而达
到更快速度和更好的稳定性。
此外，5G大规模天线的原理还可以通过波束成形技术来进一步提高速度和稳定性。
每个天线都可以发出一个独立的信号，这些独立的信号
可以通过计算机算法进行处理，形成一个整个天线系统的波束。
这种
波束会将信号集中在一个方向上，从而使得信号穿透能力和笼罩面积
得到进一步提升，整个网络的传输速度和质量也会更加优秀。
总之，5G大规模天线技术在5G技术的推广中发挥了很大的作用。
通过大规模天线的技术原理，可以实现更高的速度和更加稳定的信号传输，这将会为人们在工作和生活中提供更加便捷的通信体验。
这也为我们在未来的生活中带来了更加美好的未来。
5G通信系统中的大规模多天线技术综述
5G通信系统中的大规模多天线技术综述随着科技的不断进步和社会的快速发展，人们对通信速度和质量的需求也越来越高。
为了满足这一需求，5G通信系统应运而生。
5G通信系统作为下一代移动通信技术，具有更高的速度、更低的延迟和更大的容量。
在5G通信系统中，大规模多天线技术被广泛应用，为用户提供了更好的通信体验。
大规模多天线技术是指在基站和用户设备之间增加大量的天线，以提高通信的效果。
传统的通信系统中，基站和用户设备之间通常只有一根天线，而在5G通信系统中，基站和用户设备之间可以有多根天线。
这样一来，基站和用户设备之间的通信信号可以通过多个天线进行传输，从而提高了通信的可靠性和速度。
大规模多天线技术的应用使得5G通信系统具有了更强的抗干扰能力。
在传统的通信系统中，由于信号传输距离较远，信号很容易受到干扰，导致通信质量下降。
而在5G通信系统中，由于基站和用户设备之间的距离较近，信号受到的干扰较小，从而提高了通信质量。
此外，大规模多天线技术还可以通过对信号进行波束赋形，将信号集中发送到用户设备，从而进一步提高通信质量。
大规模多天线技术的应用还可以提高通信的覆盖范围。
在传统的通信系统中，由于信号传输距离较远，通信的覆盖范围有限。
而在5G通信系统中，由于基站和用户设备之间的距离较近，通信的覆盖范围可以得到有效扩大。
这一点对于农村地区和偏远地区的通信覆盖非常重要，可以帮助解决数字鸿沟问题。
除了提高通信的可靠性和覆盖范围，大规模多天线技术还可以提高通信的速度。
在传统的通信系统中，由于信号传输距离较远，通信的速度较慢。
而在5G通信系统中，由于基站和用户设备之间的距离较近，通信的速度可以得到有效提升。
这对于大规模数据传输、高清视频播放和云计算等应用非常重要。
然而，大规模多天线技术的应用也面临一些挑战。
首先，由于大规模多天线技术需要增加大量的天线，这就需要更多的空间和能源。
其次，由于大规模多天线技术需要对信号进行波束赋形，这就需要更复杂的信号处理算法和更高的计算能力。
5G网络中的大规模多天线协调技术
5G网络中的大规模多天线协调技术随着移动通信技术的不断发展，5G网络已成为人们生活中的重要组成部分。
而其中一个关键的技术——大规模多天线协调技术，被广泛应用于5G网络中，以提高通信质量和网络容量。
本文将探讨大规模多天线协调技术在5G网络中的作用，以及它的优势和挑战。
大规模多天线协调技术是指通过在基站和用户设备之间使用多个天线来提高无线传输性能。
这种技术的原理是，通过将多个天线的信号合并或分发，以增加信号的强度、质量和可靠性。
相比于传统的单根天线，大规模多天线协调技术在提高信号覆盖和数据传输速率方面具有明显的优势。
大规模多天线协调技术可以增加信号覆盖范围，提高网络容量。
传统的单根天线造成了信号覆盖的限制，特别是在高密度人口区域或室内环境。
然而，通过使用多根天线，5G网络可以实现更广泛的信号覆盖，有效地满足用户对高速、稳定的通信需求。
这对于人口稠密的城市和大型活动场所的通信来说具有重要意义。
大规模多天线协调技术可以提高数据传输速率和网络性能。
通过合理调配多个天线的信号，5G网络能够同时传输多个数据流，从而大大提高了数据传输速率。
这对于高密度用户的场景尤为重要，例如在体育馆、机场或火车站等人员密集的场所中。
大规模多天线协调技术可以有效地减少网络拥塞现象，提供更稳定、可靠的通信连接。
大规模多天线协调技术还具有抗干扰的能力。
在传统的通信环境下，信号干扰是一种常见的问题，可以导致通信质量下降。
然而，通过使用多根天线和智能算法，5G网络中的大规模多天线协调技术可以识别和消除干扰源。
这种自适应的干扰消除技术有助于提高网络性能和用户体验。
然而，大规模多天线协调技术也面临一些挑战。
安装和维护大规模多天线系统需要大量的物理空间和人力资源。
为了有效地部署这种技术，需要在基站和用户设备之间进行密集的天线布置，这对于城市环境来说可能是一项困难的任务。
大规模多天线系统的实现需要复杂的信号处理算法和硬件设备，这可能会增加网络部署和运营的成本。
探析5G的大规模天线无线传输理论和技术
探析5G的大规模天线无线传输理论和技术发表时间：2019-08-30T17:26:59.633Z 来源：《基层建设》2019年第16期作者：林光奇[导读] 摘要：本文主要对5G的大规模天线无线传输理论和技术进行分析。
中睿通信规划设计有限公司 510630摘要：本文主要对5G的大规模天线无线传输理论和技术进行分析。
人们生活水平的不断提高，生活质量的不断提高，对于无线网络给予更多的期待，来满足自身的发展。
面对这一发展形势，人们开始增加了对5G网络的关注度，增加对5G网络的研究。
关键词：5G；大规模天线；无线传输；理论；技术一、概述近年来，移动数据业务量几乎呈指数增长，到2020年将达到当前的千倍。
同时，随着信息技术系统能源消耗所占比例的不断增加，降低移动通信网络系统的能耗已逐渐成为移动通信发展的重要目标。
而目前的第四代移动通信系统，将难以满足未来移动通信对频谱效率和能耗效率的需求。
这对第五代移动通信系统的频谱效率和能耗效率提出了极大挑战。
采用多天线发送和多天线接收技术是挖掘无线空间维度资源、提高频谱效率和功率效率的基本途径，近20年来一直是移动通信领域研究开发的主流技术之一。
MIMO技术可以提供分集增益、复用增益和功率增益。
分集增益可以提高系统的可靠性，复用增益可以支持单用户的空间复用和多用户的空分复用，而功率增益可以通过波束成形提高系统的功率效率。
大规模天线系统的基本特征是：在基站覆盖区域内配置数十根甚至数百根以上天线，较4G系统中的4根天线数增加一个量级以上。
这些天线可分散在小区内，或以大规模天线阵列方式集中放置，如图1所示。
二、5G的大规模天线无线产生背景社会的不断发展，人们的通讯业务量不断增加，数据和信息传输的内容和数据种类不断增加，传统的4G无线网络无法满足人们生产和生活需求，其天线设置的数量较少，空间判断能力较差，使用性能具有自身局限性，不能满足快节奏社会的发展。
面对这一发展背景，人们增加人们对5G的大规模天线无线网络的关注度。
5G关键技术：大规模多天线技术现状及研究点
5G 关键技术：大规模多天线技术现状及研究
点
随着无线通信技术的不断发展，高速数据业务以及无处不在接入的需求正呈现出一种爆炸式的增长。
根据预测到2020 年，业务量将为目前业务量的1000 倍，基于此，需要提升宽带无线接入网的能力，适应未来用户业务需求。
针对宽带无线接入的需求，目前欧盟、中国、日本、美国等均启动了第五代移动通信系统的需求与关键技术研究。
从2G/3G 到4G，每一代系统的更新，都伴随着新技术的更新，都是为了解决当时最主要的需求。
5G(后4G)时代，小区越来越密集，对容量、耗能和业务的需求越来越高。
提升网络吞吐量的主要手段包括，提升点到点链路的传输速率、扩展频谱资源、高密度部署的异构网络；对于高速发展的数据流量和用户对带宽的需求，现有4G 蜂窝网络的多天
线技术（8 端口MU-MIMO、CoMP）很难满足需求。
最近的研究表明，在基站端采用超大规模天线阵列（比如数百个天线或更多）可以带来很多的性能优势。
这种基站采用大规模天线阵列的MU-MIMO 被称为大规模天线阵列系统（Large Scale Antenna System，或称为Massive MIMO）。
本文旨在介绍5G 中关键技术之一，Massive MIMO 的现状以及在系统仿真中最关注的研究点。
应用场景
天线集中配置的Massive MIMO 主要应用场景有城区覆盖、无线回传、郊区覆盖、局部热点。
其中城区覆盖分为宏覆盖和微覆盖（例如高层写字楼）两种。
无线回传主要解决基站之间的数据传输问题，特别是宏站与Small Cell 之间的。
5G通信系统中的大规模多天线技术综述
5G通信系统中的大规模多天线技术综述随着科技的不断进步，5G通信系统已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
作为下一代移动通信技术，5G通信系统具有更高的速度、更低的延迟和更大的容量，为人们带来了前所未有的通信体验。
而在5G通信系统中，大规模多天线技术被认为是实现高速、高容量通信的关键。
大规模多天线技术是指在通信系统中同时使用多个天线来进行数据传输和接收的技术。
与传统的通信系统相比，大规模多天线技术具有更高的信号传输速度和更好的信号覆盖范围。
这是因为大规模多天线技术可以通过利用多个天线的并行传输和接收能力，提高信号的传输效率和抗干扰能力。
在5G通信系统中，大规模多天线技术被广泛应用于基站和移动设备中。
在基站中，大规模多天线技术可以提供更好的覆盖范围和信号质量，使得用户可以在更远的距离和更复杂的环境下获得更快的速度和更稳定的连接。
同时，大规模多天线技术还可以实现波束赋形技术，通过调整天线的辐射方向，将信号集中在特定的区域，提高信号的传输速率和可靠性。
在移动设备中，大规模多天线技术可以提供更好的信号接收能力和抗干扰能力。
通过使用多个天线接收信号，移动设备可以在复杂的信道环境中准确地接收到信号，并降低信号传输过程中的误码率。
此外，大规模多天线技术还可以实现空间复用技术，通过将不同的数据流分配给不同的天线，提高系统的容量和频谱效率。
在大规模多天线技术的应用中，还存在一些挑战和问题需要解决。
首先，大规模多天线技术需要更多的天线和更复杂的硬件设计，增加了系统的成本和复杂度。
其次，大规模多天线技术需要更多的信号处理和算法设计，增加了系统的计算复杂度和能耗。
此外，大规模多天线技术还面临着信号干扰和天线之间的互相干扰等问题，需要通过合理的设计和优化来解决。
为了克服这些挑战，研究人员提出了许多解决方案和技术。
例如，利用智能天线阵列和自适应波束赋形技术，可以实现更精确的信号传输和接收，提高系统的性能和容量。
同时，通过优化信号处理算法和设计高效的硬件架构，可以降低系统的成本和能耗。
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中国电信技术创新中心 2017-09
1
大规模天线技术分析
目录
CONTENTS
2 3 4
天线形态与部署分析
大规模天线标准进展
应用与测试思考
<2>
1
大规模天线技术分析
目录
CONTENTS
2 3 4
天线形态与部署分析
大规模天线标准进展
应用与测试思考
<3>
大规模天线简介
子载波间隔60KHz及以下：7或14个符号；
子载波间隔60KHz以上：14个符号； 子载波间隔 载频6GHz以下：15KHz、30KHz、60KHz； 载频6GHz以上：60KHz、120KHz、240KHz；
一个PRB包含的子载波数目：12
<23>
5G系统--帧结构
<24>
提升覆盖
垂直
水平
<9>
1
大规模天线技术分析
目录
CONTENTS
2 3 4
天线形态与部署分析
大规模天线标准进展
应用与测试思考
<10>
天线形态发展
2天线 频段 重量（kg） 接口 1.8G 10kg 2接口/扇区 大小（mm3） 1360×160×80 8天线 1.8G 1410×320×105 20.5kg 9接口/扇区 Massive MIMO 2.6GHz 900×500×190 40kg 光纤接口/扇区
<12>
大规模天线增益分析
Horizontal Beam fc= 2560MHz HBW=61.53° 0 -3
小区公共信道覆盖
magnitude (dB)
-6 -9 -12 -15 -18 -21 -24 -27 -30 -33 -36 -39 -150 -120 -90 -60 -30 0 30 angle (degree) 60 90 120 150 180
阵子（个数） 10×1×2 (20) 单列（dBi） ≥16.5~17
8×4×2 (64) ≥14~17
8×8×2 (128) ≥14~17
2天线
8天线
<11>
大规模天线
大规模天线增益分析
2天线 频段 重量（ 70 kg） 接口 60 1.8G 10kg 2接口/扇区 大小（mm3） 1360×160×80 8天线 1.8G 1410×320×105 20.5kg 9接口/扇区 Massive MIMO 2.6GHz 900×500×190 40kg 64(x32) 光纤接口/扇区
70 60 50
由于三种天线每列阵子数接近，垂直覆 盖8天线和大规模天线相对2天线没有增 益（特殊场景除外，如高楼覆盖）； 64(x32)
-39
-36
Vertical Beam fc= 2560MHz HBW=8.30°
0
magnitude (dB)
40 30
20 10 0 10 8 8
由于水平面波束宽度限制，水平覆盖8 天线和大规模天线相对2天线在总功率 垂直面HPBW 相同下，覆盖没有明显增益；
阵子（个数） 10×1×2 (20) 50 单列（ 40 dBi） ≥16.5~17 RF通道 30
20 10 0 垂直面阵子数 2天线 10
8×4×2 (64) ≥14~17 8通道
8×8×2 (128) ≥14~17 64通道
8(x4)
2通道
8 8 1
8(x8) 4(x4)
2
RF通道数
水平面列数 8天线 大规模天线
128天线线性阵列 性能 128天线圆柱阵列 性能
图示：下行合速率 vs 基站天线数目
大规模天线增益概述
阵列增益 分集增益
干扰抑制增益
空间复用增益
大规模天线高低频应用
大规模天线技术在高/低频应用逐渐广泛
Massive MIMO技术（<6GHz）
Massive MIMO技术（>6GHz）
提升容量
水平面HPBW 65±5度
Vertical Beam fc= 2560MHz HBW=8.30° 0 -3 -6 -9 -12
magnitude (dB)
-15 -18 -21 -24 -27 -30 -33 -36 -39 -150 -120 -90 -60 -30 0 30 angle (degree) 60 90 120 150 180
全数字架构DBF
2.6G单基站大规模天线性能
华为天线数 192 天线， 64TxRU ，频点 2.4G ，带宽 100MHz ；测试终端 2 天线， 24个测试终端； 最高小区频谱效率：30.5bps/Hz；
2.6G 频点样机以 TDD 为基础进行研究， 在单站测试中，下行平均频谱效率都 获得相对于现有LTE系统3倍的增益。 更复杂环境下的性能需进一步检验。
赋形还可能带来公共信道覆盖稳定性差的隐患；
未来网络很可能以业务信道吞吐量为覆盖标准，则8天线和大规模 天线会带来较明显的覆盖增益；移动测试供参考，以 5Mbps 小区 边缘速率的要求，8 天线下行覆盖半径相对 2 天线平均提升约 39% ； 上行覆盖半径平均提升约44%； 大规模天线调整覆盖形态/减少邻区干扰，能提供更好的覆盖概率。
波形 DL: CP-OFDM UL: CP-OFDM或DFT-S-OFDM 信道编码 eMBB数据信道：LDPC（Turbo） eMBB控制信道/广播信道：Polar
<26>
5G系统—载波聚合与多天线
带宽
单载波最大带宽400MHz（LTE：20MHz）
载波聚合/双连接
18
3.5G单基站大规模天线性能
厂家 5G样机工作在 3.5G频点 \TDD\200M带 宽基础上，在单站测试中，下行峰值频谱 效 率 接 近 70~80bps/Hz ， 极 限 速 率 达 到 19Gbps（200MHz带宽）。 更高速率来源于测试终端，8天线以及更强
处理能力。
公司 Huawei
业界普遍认为，大规模天线是满足5G峰值吞吐量的重要手段之一，多家公 司已经完成了样机的研发和验证。
在6GHz以下频段大规模天线样机仍以国内厂家为主。
数字波束赋形 模拟波束赋形
数字波束赋形
RF Chain
Baseband Precoder
Ns
FBB
RFБайду номын сангаасChain
Base Station
目前大部分厂商采用数字架构实现大规模天线样机 为测试需要，实现更高的峰值速率； 低频器件成本相对较低； 容量与覆盖兼顾；
业务波束 65±5度 ≤28度 20度
8 1 垂直面阵子数 2天线
复用流数 2 4 16
64(x32)
40 30
20 10 0
大规模天线
10 8
业务波束变窄， 提升覆盖 天线数增加，提 升空间自由度
8(x4)
8(x8) 4(x4)
2
RF通道数
水平面列数 8天线 大规模天线
<16>
设备商样机架构
垂直面HPBW ≥6.5~7度
<13>
大规模天线增益分析
Horizontal Beam fc= 2560MHz HBW=61.53° 0 -3
小区公共信道覆盖
magnitude (dB)
-6 -9 -12 -15 -18 -21 -24 -27 -30 -33
水平面HPBW 65±5度
-150 -120 -90 -60 -30 0 30 angle (degree) 60 90 120 150 180
大规模天线Massive MIMO，又称为large-scale MIMO，顾名思义， 就是在基站端安装上百根天线（128根、192根），从而实现上百个 天线同时发数据。
瑞典Lund大学——基于USRP RIO的大规模MIMO测试台
大规模天线分集增益
与传统的MIMO相比，Massive MIMO的不同之处主要在于，天线趋 于很多（无穷）时，信道之间趋于正交。系统的很多性能都只与大 尺度相关，与小尺度无关。 在继承传统的MIMO技术的基础上，利用空间分集Massive MIMO可 以有效提升数据传输的鲁棒性。
-6 -9 -12 -15 -18 -21 -24 -27 -30 -33 -36
-3
≥6.5~7度
-150 -120 -90 -60
1 垂直面阵子数 2天线
8(x8) 4(x4)
-39
8(x4)
2
-30 0 30 angle (degree)
60
90
120
150
180
水平面列数 8天线 大规模天线
3D-UMi, 200m ISD
8TXRU
5%UPT(bps/Hz) 50%UPT(bps/Hz)
0.44 2.29
Mean UPT(bps/Hz)
RU
2.62
50%
3.53
37%
4.04
31%
4.22
30%
<20>
大规模天线增益分析
覆盖：
考虑公共信道作为覆盖基础，则典型覆盖场景下，8天线和大规模 天线相对2天线覆盖增益不明显；
RF通道数
<14>
大规模天线增益分析
用户信道覆盖
70 60 50
64(x32)
40 30
20 10 0 垂直面阵子数 2天线 水平面列数 8天线 大规模天线 RF通道数 10 8 8 1 8(x8) 4(x4) 8(x4)
2