011 5G Massive MIMO的基础知识

part4
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
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。
part5
多用户及空分流数
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。
这种多个用户之间配对来复用相同的时频资源 来实现多流的技术就叫做MU-MIMO（多用户 MIMO），而一个用户内部的多流则为传统的 SU-MIMO（单用户MIMO）。
目前主流的5G手机能支持4天线接收，因此可 以和基站形成最多4条独立的传播路径，也就 是对于单个手机来说，SU-MIMO最多可支持4 流传输。
本期，将介绍其中的几个基本概念：振子，天线，通道， 流，MU-MIMO，SU-MIMO，及其之间的关联。
part1 什么是振子
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。
5G AAU可以同时实现MU-MIMO和SU-MIMO 这两种方式，最大化整个小区的流量。
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。
part3 什么是通道
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。
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MMIMO 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。
目录 CONTENTS
什么是振子
振子怎样组成 天线/天线阵
列
什么是通道
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
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多用户及空分 流数
Massive MIMO（简称作M-MIMO或者MM），作为5G的 核心技术，是承载在AAU之上的，而AAU内部的天线阵列， 则是实现Massive MIMO的最重要的载体。
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。
振子怎样组成天线/ 天线阵列
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。
如右图所示，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。
part2 振子怎样组成 天线/天线阵列
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。