D-MIMO技术特性的测试和评估

李军

（中国移动通信集团河南有限公司，河南 郑州 450008）

D-MIMO技术特性的测试和评估

李军

（中国移动通信集团河南有限公司，河南 郑州 450008）

为了有效解决4G密集组网中严重的同频干扰问题，对分布式MIMO技术特性进行了全方位测试和评估，得出了推广部署的经验。现场测试验证表明，D-MIMO适用于4G重叠覆盖严重的场景，可明显降低密集组网中小区间的同频干扰，有效改善边缘用户体验。

D-MIMO 同频干扰 联合发送 边缘用户 超密集组网

1 引言

随着移动数据、VoLTE高清语音、视频等宽带业务的普及，提升网络容量和用户体验成为4G网络运营的关键挑战。一般情况下，可通过增加基站、系统带宽等传统手段扩充网络容量，但TD-LTE采用同频组网，随着基站密度的提高，小区间的干扰也会随之加重，则导致用户体验下降，网络容量难以继续提升。如何突破网络容量限制、提升边缘用户体验、打造以用户为中心的网络成为4G网络规划优化的焦点。通过在4G密集组网部署中引入D-MIMO（Distributed-MIMO，分布式MIMO）技术，全方位测试和评估D-MIMO技术特性，积累部署经验，可支撑4G+超密集组网建设。

2 D-MIMO原理

MIMO是4G网络的关键技术之一，通过在单个小区采用多个天线进行通信数据的收发，并根据用户无线环境的不同，自适应多种传输模式以规避网络干扰，达到分集与复用的最优组合，有效提升用户感知。4G网络干扰源主要来自小区间，单小区MIMO技术无法消除干扰。如图1所示，基于D-MIMO技术的解决方案充分利用了相邻小区间的重叠覆盖，将多个重叠覆盖严重的小区形成一个D-MIMO簇，针对每个用户进行多小区联合发送，将干扰化为接收能量，提升边缘用户上网速率。D-MIMO通过将分布在不同地理位置的天线进行联合的数据发送，可以将其他基站的干扰信号变成有用信号，在协调基站间同频干扰的同时充分利用多个小区的天线进行联合的下行多流发送和上行多流接收，提升传输的流数，从而提升单用户的吞吐量和系统频谱效率，保证单位面积的吞吐量随着站点数的增加稳步增长，D-MIMO是目前4G密集组网规划中重要的用于降低干扰和提升容量的技术之一。

图1 D-MIMO技术原理

D-MIMO技术的优势在于突破了传统以基站为中心的建网思路，打造以用户为中心的网络规划新模式，利用小区间分布式天线获取高阶MIMO增益，针对每个用户进行数据联合发送，将干扰转换成接收能量，提升重叠覆盖区域用户的上网速率。D-MIMO技术的实现方式包括基于小区合并D-MIMO和小区间D-MIMO。两者相比，小区间D-MIMO更适用于小区密度高、用户容量大、业务重的密集场景。目前，大多数厂家已推出基于小区合并D-MIMO技术，正在研发小区间D-MIMO方案。

3 D-MIMO关键技术

D-MIMO主要采用空口通道校正、BF（Beam Forming，波束赋形）联合权值计算、MUJT（Multiple User Joint Transmission，多用户联合发送）权值正交化等关键技术。

图2 空口通道校正

（1）空口通道校正。D-MIMO采用分布式小区RRU架构，不同位置的小区RRU发射信号的幅度和相位不同。配置D-MIMO簇并开启空口通道校正后，eNodeB自动周期性地发起簇内RRU间通道校正流程，校准所有分布式天线的通道幅相，完成多个小区RRU相位同步，保证多个RRU收发一致，保证UE接收到多个RRU的信号同相叠加。联合发送以2个小区RRU为例的示意图如图2所示：

（2）BF联合权值计算。基于TDD上下行互易性，计算用户到每个天线的收发时间差，通过波束赋形联合权值进行计算，确保到达UE的信号同相位叠加，达到强度最大。

（3）MUJT权值正交化。对于单用户而言，通过获得更多 天线维度的相干阵列增益，可提升用户的SINR值，从而提升UE吞吐量。UE联合RRU天线数越多，获得阵列增益越大，SINR越大。对于多用户，通过权值正交化算法，可实现多用户联合发送（MUJT），有效降低用户间干扰，并实现多用户的空间复用。

如图3所示，多用户联合发送通过权值正交化，相干联合发送，可降低用户间干扰，化干扰为容量，并实现多用户的空间复用。图3中用户1的下行数据用权值向量通过正交化，加权后，经过用户2的无线信道到达用户2时反向抵消信号能量；同理，用户2的下行数据用权值向量通过正交化，加权后，经过用户1的无线信道到达用户1时反向抵消信号能量。

4 D-MIMO组网部署

图3 MUJT权值正交化

D-MIMO将多天线技术应用到多个地理位置不同的基站之间，在提升小区下行传输数据流数的同时，可对小区间的干扰进行协调处理。为了能充分利用周围小区的天线，D-MIMO适用于小区间重叠覆盖度较高、站间距较小的场景。D-MIMO主要适用场景如下：

◆超密集组网：体育场、机场、火车站、宴会厅等；

◆室外密集宏基站或微基站：中央商务区、商业街、地标区域、景区；

◆立体异构网（宏微协同）：宏基站+微基站。

基于小区合并技术的D-MIMO组网方案将一片区域内多个重叠覆盖严重的基站组合起来形成一个超级基站簇，工程上一般要求基站间距小于150 m，区域内能同时接收至少3个小区信号，并且信号电平差值要求在6 dB以内。在网管侧对4G基站进行软件升级，终端则无需进行改动或升级。通过基站间集中式的多用户调度、预编码和联合波束赋形，可实现多用户的空间复用，提升用户感知和网络容量。D-MIMO部署后，主要用于改善深度覆盖，也可以用于提升系统容量和改善用户体验。部署D-MIMO后理论上小区平均频谱效率能提升5%～10%，普通用户体验速率能提升20%～30%，边缘用户体验速率能提升20%～50%。

5 D-MIMO测试与评估

5.1 站点部署

选取郑州市兴华街168号院东门为D-MIMO部署测试场景，新建4个EasyMacro微基站，采用基于小区合并D-MIMO组网部署方式，站间隔30 m左右，站高4.5 m左右，方向角均朝向红橙假日商务酒店（即预设重叠覆盖度严重区域），如图4所示：

图4 D-MIMO部署测试试点搭建

5.2 多用户测试

（1）测试条件1：4部终端分别靠近4个RRU，如图5所示：

图5 小区下行容量测试点位选择

如表1所示，在理想测试条件下开启D-MIMO，单部终端下行速率保持在40 Mbit/s以上，较D-MIMO开启前提升50%以上，其中小区下行总吞吐量峰值达到166 Mbit/s，较D-MIMO开启前提升62.75%。

◆单用户下行速率：如图6所示，D-MIMO开启前后，4部终端单用户下行速率均能保持在40 Mbit/s以上，较D-MIMO开启前的24 Mbit/s，提升60%以上。

◆小区总吞吐量：如图7所示，开启D-MIMO前后，小区的总吞吐量峰值达到166 Mbit/s，较D-MIMO打开前的102 Mbit/s，吞吐量提升62.75%。

（2）测试条件2：4部终端集中放置在同一位置，如图8所示。

如表2所示，在相对极端测试条件下开启D-MIMO，单部终端下行速率保持在22 Mbit/s～36 Mbit/s，小区下行总吞吐量峰值可达123 Mbit/s，较开启前提升23%。

表1 小区多用户分别靠近RRU下行容量测试结果

图6 D-MIMO开启前后好点单用户下行速率对比

图7 D-MIMO开启前后好点小区下行吞吐量峰值对比

图8 多用户集中测试点位选择

◆单用户下行速率：如图9所示，开启D-MIMO前后，4部终端速率均保持在22 Mbit/s～36 Mbit/s，较D-MIMO开启前速率提升44%。

◆小区总吞吐量：如图10所示，开启D-MIMO前后，小区总的吞吐量峰值达到123 Mbit/s，较D-MIMO开启前的100 Mbit/s，吞吐量峰值提升23%。

5.3 边缘速率测试

在第2和第3 RRU主覆盖方向延伸，当到达信号电平RSRP降至-120 dBm～-126 dBm、SINR降至-3 dB～3 dB的区域，开始进行单用户边缘速率测试，如图11所示。

表2 多用户集中的下行容量测试结果

图9 D-MIMO开启前后好点多用户同时业务时单用户下行速率对比

图11 边缘速率测试点位选择

D-MIMO关闭时单用户下载速率在3 Mbit/s左右，开启D-MIMO后用户速率在12 Mbit/s左右，下行速率提升300%，如图12所示。

通过现场测试验证表明，在重叠覆盖严重的场景下开启D-MIMO，可以显著提升小区峰值速率和边缘用户速率。

6 结束语

图12 D-MIMO开启前后单用户边缘速率测试对比

D-MIMO是4G+网络的关键技术之一，它突破了传统以基站为中心的建网思路，采用全新的以用户为中心的建网方式，减轻了4G组网中的同频干扰，改善了边缘用户体验。通过D-MIMO试点测试表明，在理想的测试条件下，小区容量峰值可达到166 Mbit/s，提升62.75%。在相对极端的测试条件下，小区容量峰值可达到123 Mbit/s，提升23%。在传统信号最弱的小区边缘，单用户体验速率可达12 Mbit/s，与非D-MIMO站点覆盖相比，下载速率提升300%。未来研究方向集中在如何增强4G基站协同处理能力，使例如通道校正、多用户联合发送等关键技术更成熟，相信D-MIMO能成为解决未来超密集组网问题的利器之一。

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Test and Evaluation on Technical Characteristics of D-MIMO

LI Jun
(China Mobile Communication Group Henan Co., Ltd., Zhengzhou 450008, China)

In order to effectively solve the serious co-frequency interference problem in 4G dense networks, the technical characteristics of the distributed MIMO (D-MIMO) were tested and evaluated comprehensively to derive the experience of promotion and deployment. The fi eld tests show that D-MIMO, which is suitable for the scenario of severely overlapped 4G coverage, not only highly reduces the inter-cell co-frequency interference in the dense networks, but also effectively improves the edge user’s experience.

D-MIMO co-channel interference joint sending edge user ultra dense networking

10.3969/j.issn.1006-1010.2017.21.011

TN929.5

A

1006-1010(2017)21-0053-05

李军. D-MIMO技术特性的测试和评估[J]. 移动通信, 2017,41(21): 53-57.

2017-07-25

文竹 liuwenzhu@mbcom.cn

李军：博士毕业于北京邮电大学，现任职于中国移动通信集团河南有限公司网优中心，主要研究4G移动通信关键技术，从事移动无线网络规划优化工作。