隨著標準和技術(shù)的不斷發(fā)展和演進，4.5G在網(wǎng)絡(luò)容量、峰值速率、時延等技術(shù)指標層面與4G相比均有了質(zhì)的提升。2017年，中國移動基于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)積極部署了CA（載波聚合）、3D-MIMO、NB-IoT等技術(shù)，引領(lǐng)了行業(yè)發(fā)展趨勢。其中3D MIMO作為4.5G/5G的核心技術(shù)之一，打破傳統(tǒng)天線只能提供水平維度的限制。通過引入二維天線陣列，可實現(xiàn)3D（水平和垂直方向上）MIMO。進一步提升MIMO可利用的空間維度，將MIMO多天線技術(shù)推向了一個更高的發(fā)展階段，從而提高數(shù)據(jù)傳輸效率、系統(tǒng)容量、可靠性，為全面提升無線通信系統(tǒng)性能提供了更多發(fā)展空間。

1 3D-MIMO技術(shù)背景

早期原有的MIMO傳輸方案由于受限于傳統(tǒng)的基站天線構(gòu)架，一般只能在水平維度實現(xiàn)對信號空間分布特性的控制，還無法充分利用3D信道中垂直維度的自由度，未能從更深層次挖掘出MIMO技術(shù)對于改善移動通信系統(tǒng)整體效率與性能及最終用戶體驗的潛能。而隨著天線設(shè)計構(gòu)架的演進以及AAS（有源天線系統(tǒng)）技術(shù)的實用化發(fā)展，移動通信系統(tǒng)底層設(shè)計及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計思路也發(fā)生了巨大變化，直接推動著MIMO技術(shù)向著更高維度發(fā)展。

隨著移動通信的發(fā)展，4.5G作為4G的平滑演進，是人們進入智能生活的重要推進器。它將移動通信首次帶入1Gbps時代，并傾力打造低時延、無處不在的全連接智能移動網(wǎng)絡(luò)，3D MIMO作為5G Massive MIMO技術(shù)應(yīng)用于4.5G的一個重要特性，具有組網(wǎng)靈活、有效降低選址難度、增強覆蓋、降低干擾、提升容量等優(yōu)點。

2 3D-MIMO技術(shù)原理

MIMO多天線技術(shù)作為LTE系統(tǒng)物理層的基本構(gòu)成之一，主要可以分為空間復(fù)用、傳輸分集和波束賦形三種模式。而3D-MIMO技術(shù)采用大規(guī)模陣列天線、以波束賦形算法為基礎(chǔ)，并結(jié)合了SDMA技術(shù)實現(xiàn)多場景覆蓋。

波束賦形(Beamforming)：在波束成形技術(shù)中，基站擁有多根天線，通過調(diào)節(jié)各個天線發(fā)射信號的相位，使其在手機接收點形成電磁波的疊加，從而達到提高接收信號強度的目的。從基站方面看，利用信號處理產(chǎn)生的疊加效果就如同完成了基站端虛擬天線的方向圖，因此稱為“波束賦形”。通過這一技術(shù)，發(fā)射能量可以匯集到用戶所在位置，而不向其他方向擴散，并且基站可以通過監(jiān)測用戶的信號，對其進行實時跟蹤，使最佳發(fā)射方向跟隨用戶的移動，保證在任何時候手機接收點的電磁波信號都處于疊加狀態(tài)。在實際應(yīng)用中，多天線可以同時瞄準多個用戶，構(gòu)造朝向多個目標客戶的不同波束，并有效減小各個波束之間的干擾。這種多用戶的波束成形在空間上有效地分離了不同用戶間的電磁波。

SDMA：空分多址，3D MIMO天線在覆蓋高層樓宇的同時，通過多個波束對應(yīng)不同樓層形成虛擬分區(qū)，實現(xiàn)了空分復(fù)用的效果，同時也提升了頻譜效率。

大規(guī)模天線陣列技術(shù)：空間自由度是MIMO多天下技術(shù)的安身立命之本。在有源天線系統(tǒng)技術(shù)的有力支持下，垂直維度的空間自由度的大門已悄然向MIMO技術(shù)開啟，簡單來說，有了有源天線系統(tǒng)技術(shù)，3D MIMO技術(shù)在不需要改變現(xiàn)有天線尺寸的條件下，可以將每個垂直的天線陣子分割成多個陣子（天線數(shù)目大幅增加），大規(guī)模天線陣列正是基于多用戶波束成形的原理，在基站端布置多根天線，對幾十個目標接收機調(diào)制各自的波束，通過空間信號隔離，在同一頻率資源上同時傳輸幾十條信號。從而開發(fā)出MIMO的另一個垂直方向的空間自由度，使得進一步降低小區(qū)間干擾、提高系統(tǒng)吞吐量和頻譜效率成為可能。

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