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解读全球首份LTE-Advanced Pro移动通信系统白皮书(4):三维立体波束赋形技术

自从最初得到现网应用以来,LTE移动通信无线接入网络就具备较高的无线频谱资源利用效率,而且随着后续演进标准的推出,相关数值也越来越大。

 

在采取MIMOMultiple Input Multiple Output,多输入及多输出)技术(相关配置包括4×2 MIMO8×2 MIMO以及4×4 MIMO)之后,LTE移动通信无线接入下行网络的无线频谱资源利用效率就得到了进一步的提升——尤其是当同时采取高级干扰消除技术、Smart

Scheduler(智能调度器)算法时。

 

而将来的LTE-Advanced Pro(第四代半移动通信)无线接入网络则可通过部署三维立体波束赋形技术——FD-MIMOFull Dimensional MIMO,全维度的多天线技术)则可进一步提升无线频谱资源利用效率——其核心技术原理在于于移动通信基站侧部署更大数量的收发器。

 

一般地,部署三维立体波束赋形技术,无线频谱资源利用效率的平均增量为:100%2×2 MIMO配置)、194%8×2 MIMO配置)、252%16×2 MIMO配置)、299%64×2 MIMO配置)。

 

其中:目前正在制定中的3GPP LTE Release 13版本对于移动通信基站侧所部属的收发器数量,所确定的最高数值为16;尚未开始制定的3GPP LTE Release 14版本所确定相关最高数值为64。相比于8×2 MIMO配置,采取64×2 MIMO配置可将无线频谱资源利用效率提高50%

 

此处值得注意的是:8×2 MIMO配置、16×2 MIMO配置以及64×2 MIMO配置(收发器)均拥有四个交叉极化天线单元,而且,每个天线单元有着近乎相当的物理尺寸/规格;而2×2 收发器MIMO配置中,仅拥有1个交叉极化的天线单元;此外,上述所有的配置方式之中,总的传输功率是相同的。

 

另外,还可通过采取多幅接收天线来提高移动通信无线接入上行网络的无线频谱资源利用效率。移动通信基础网络运营商们在现网中广泛地采取这种技术模式——以CRANCentralized RAN,基带信号集中化处理的无线接入网络)的形式,聚合从4组、8组甚至更多组的收发器中所接收到的射频信号。对于符合3GPP LTE Release 8版本标准规范的移动通信终端设备,均可从上述技术模式中获益——而且无需具备对于LTE-Advanced功能的支撑能力。

 

随着有源天线阵列技术的发展,在移动通信无线接入网络之中部署大规模的收发器就成为了可能。其中,除了部署有传统的无源辐射元件,还将集成/整合进RF(射频)放大器、滤波器或者数字信号处理单元。

 

部署上述的有源天线阵列技术之后,移动通信基础网络运营商们可以有效地将有源射频单元部署至接近无源辐射元件的位置,从而将可减小馈线电缆对于射频信号功率的衰减,并减小tower-top structure(塔顶结构)的影响范围。

 

而且,通过部署“云”无线接入网络架构,移动通信基础网络运营商们还可潜在地通过光纤电缆把数个远端基站/天线的移动数据传送至集中化的基带信号处理“池”之中。

 

Nokia Networks对于有源天线技术的研发有着较长的历史,而且已从2013年开始在3GPP RAN1的层面推动相关国际标准化活动的进行,已在3G(第三代移动通信)及LTE无线接入网络中试验结合垂直波束赋形技术的有源天线技术——相关场测结果表明,在移动数据流量层迅猛增长态势的城市宏小区,系统容量数值得到了60%的提升。这也就意味着三维立体波束赋形技术拥有着巨大的应用潜力。

 

 

参考文献

 

[1] Nokia Networks. LTE-Advanced Pro—Pushing LTE capabilities towards 5G[EB/OL].

http://www.gsacom.com/downloads/pdf/nokia_lte-advanced_pro_white_paper_2015.php4, 2015-12-07.

 

[2]李远东. 解读全球首份第四代半移动通信系统白皮书[EB/OL].

http://www.istis.sh.cn/list/list.aspx?id=8642, 2015-04-30.


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