Massive MIMO加持高频段5G 无损通信时代来临

2018-09-03 09:13

从未有一种通信技术如5G一般包罗万象，从低频到高频，5G都能适应。而我国工信部已经初步确认5G将采用3．3－3．6GHz、4．8－5．0GHz频段，24．75－27．5GHz、37－42．5GHz高频频段也正在征求意见当中。目前，国际上主流的5G使用频段为28GHz，其波长为10．7mm，即毫米波，与之相对应的是天线的长度也将大大缩短，Massive MIMO技术正是在这个节点应运而生。

虽然我国在5G初始阶段将使用中低频段，但未来的主流依然是高频段5G，好处当然是显而易见的，气候干扰性小，超高稳定性，超宽带传输，超高数据速率、超低延时等都是高频段5G自带的BUFF。不过，与之相对的是，缺点也非常突出。由于高频率导致其信号在空气中传递衰减更加严重，即传输范围大大缩小，此外高频率电波也很难穿过障碍物，可见光可以看做为超高频率的电磁波，其穿透性相信大家都了解。甚至曾有人开玩笑认为，秋天时5G信号应该会更好，因为那时叶子都掉光了。

5G技术虽好，但在这些明显缺陷之下，也很难有实际推进的可能，因此需要有一定的方法来解决5G所遇到的相关问题。在高频段5G中，即毫米波技术，虽然能极大地增强5G的传输速率，但传输距离大幅缩短，覆盖能力大幅减弱。对于这种情况，可以有几个解决方案，比如加大信号发射功率，但对此国家有规定，不可能无限放大，因此该方案并不合适。另外一个，就是可以增加5G基站的数量，依靠数量来让5G信号覆盖范围更广。

基站通常分为两种，一种是宏基站，一种是小基站。我们户外通常见到带有高耸天线的小房子，一般都属于宏基站，它能够有效的把我们的信号及时进行传递，通常其覆盖范围更广，功率更大，但成本也更高。同时由于高频率5G覆盖的局限性，想要达到原有的信号覆盖效果就必须建立更多的基站，这样一来成本就太高了。这也是为何三大运营商都在纷纷争抢5G的低频段，就是由于基站成本过高，而使用低频段还可以拿以前的基站改改将就着用。

既然加大天线放射功率以及多建设宏基站都不可取，那么只能化整为零，多建设小基站来作为信号空缺的补充。虽然小基站发射信号的能力不及宏基站，但是胜在成本低，建设面积小，可以在城市之中进行灵活的建设。虽然小基站的发射范围没有宏基站强，但在更密集的布局之下，信号覆盖反而更加全面。

同时，为了解决信号发射强度的问题，除了从信号发射功率上出发以外，还可以增加天线数量来达到相应的目的。这也引出了5G其中一个的关键技术Massive MIMO（大规模天线），由于毫米波的缘故，5G时代天线将更加微小，也为设备预留了更多的空间，因此可以搭载更多的天线来增加频谱效率。

具体而言，Massive MIMO技术大致上有这么几个优势，从频谱效率方面来看，Massive MIMO相比宏基站增加3到5倍；其次该技术也增加了网络覆盖的灵活性，满足运营商在不同场景下的布置需求；同时，Massive MIMO高容量特性将为用户获得更好的体验，刺激用户数据消费；Massive MIMO还能与如今的4G网络终端兼容，这意味着运营商可以立即从中获得收益，未来Massive MIMO还可以平滑过度到5G，保持和提升现有投资的回报。

目前，许多拥有通信技术的企业已经在Massive MIMO技术上进行发力，着眼关注及研究相应技术。中国信息通信研究院更是Massive MIMO技术国内的主要引导者，他们认为Massive MIMO技术将有效的推动我国5G的建设，未来也将加速国内消费者向5G的转变。企业方面，比如国内的通宇通讯、京信通信、摩比发展、信维通信、盛路通信、北讯集团、华为、中兴等，都在Massive MIMO技术上有一定的技术储备，中兴甚至早在2015年起，便在全球多个市场开展Pre5G Massive MIMO商用试点，其设备的天线阵列让人印象深刻。

运营商方面，当前我国三大运营商都已纷纷开展5G商用和普及计划，其中中国电信将在近期完成5G首个商用版本，中国移动与中国联通都会在今年年底之前迈出5G商用的步伐，预计在2020年5G网络将会得到大规模商用。

届时，城市中将大规模部署小基站，不止在室外，更多的将布置在室内。受惠于此，Massive MIMO技术也将得到充分的使用，人群密集低端的信号干扰局面将得到更大程度的改变，不会再出现在小区或者办公楼等地点信号反而不畅的尴尬现象，消费者能够感受到真正的无损通信，体验更好的5G服务。

（作者：黄山明）