干货！5G Massive MIMO的基础知识

1、什么是振子？

天线最基本的作用是进行能量传播方式的转换。

对于基站发射的信号来说，天线把发射机的高频振荡电流转换为可以在自由空间传播的电磁波。

天线往外发射电磁波是通过内部的振子来完成的。单个振子的能力有限，发射方向也难以集中，因此天线一般是由多个振子叠加而成。

如上图所示，天线打开外罩之后，就能看到其内排布着若干的X形状的器件，这些就是振子，也叫天线单元（Antenna Elements）。一个X，代表了+45°和-45°极化方向的两个振子。

2、振子怎样组成天线/天线阵列？

对于一般的天线来说，其内部是由多个振子组成的。通过这些振子上发射能量的叠加，天线增益可达13到17dBi。

我们在画天线示意图时，总会在上面画上一些X形符号，用来表示里面的振子。

对于5G AAU来说，由于广泛采用了M-MIMO技术，其内部集成的天线采用的振子数量更多。多个振子整整齐齐地排列着，严阵以待，因此也称作天线阵列。

对于Sub6G频段的AAU来说，业界一般采用192个振子。

天线振子虽多，但单个振子的能力太过弱小，并且如果每个振子都和AAU内部的功放连接独立发送信号的话，实现上也过于复杂。

因此，业界一般3个振子或者6个振子划为一组，成为逻辑上的单个天线。

以下图的M-MIMO天线振子排布图为例，水平方向共12行，垂直方向有8列振子，再加上±45°双极化，一共就有12x8x2=192个振子。

每三个振子为一组，称为一副天线。因此，该M-MIMO AAU共有192/3=64个天线。

如果每6个振子组成一个天线的话，该AAU就有192/6=32个天线。

目前业界主流的5G AAU均为192振子，有64天线和32天线这两种型号，其中64天线的产品性能要更好一些。

既然如此，那为什么不都做64天线呢？这就要涉及到通道数和成本相关的考量了。

3、什么是通道？

天线数再多，也是无源器件，没法直接发射信号。

因此，AAU需要将这些天线跟其内部的射频链路相连，最终就形成了64或者32个可发射信号的通道。

Sub6G频段的AAU采用全数字波束赋形，可以认为其天线数，发射通道数，功放（PA）数是一样的。

显而易见，天线数和通道数越多，AAU内部的功放数也就越多，对基带资源的消耗也会越大，设备的成本也就越高。

因此，64天线的设备主要用于密集城区，在普通城区和郊区使用32天线就可以满足需求了。

对于更为偏远的地区，对容量的要求不高，主要解决覆盖问题，这时甚至连Massive MIMO都不用了，直接上8端口RRU接上天线就行。

4、AAU内部采用了这么多振子、天线和通道，到底天线增益如何呢？

下面我们分为通道增益，波束赋形增益，以及业务增益这三个方面来说。

上面已经说过，单个通道一般是由3个或者6个振子组成的，这些振子产生的合成增益，就叫做通道增益。

波束赋形增益也叫阵列增益，通道数越多，波束赋形能力也就越强，增益相应的也就越大。

其算法为：阵列增益=10Log（通道数/2）,之所以除以二，是因为这些通道的极化方向是不同的，一半+45°极化，另一半-45°极化，而极化是不能产生增益叠加的，因此只能按一半的通道数来算。

业务增益其实就是天线整体的最大增益，由通道增益和波束赋形增益相加得出。

一般来说，Massive MIMO的业务增益比普通天线要高3dB左右。下文将说到的由多发射通道，以及波束赋形带来的多用户多流传输能力，是M-MIMO的核心竞争力所在。

5、多用户及空分流数

多用户的空分流，直观来说，是在空间中给不同的用户使用不同波束来发送不同的数据流。

举例来说，如果基站支持16流，就是基站能使用相同的资源，在空间中发送16路不同的数据。这16路数据可以分给8个用户，每个用户两流（也就是2x2 MIMO），也可以分给16个用户，每个用户只有一流。这样一来，虽然每用户体验的速率差别较大，但整个小区的吞吐量是可以达到峰值的。

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