Massive MIMO测试进展及性能分析

中通服咨询设计研究院有限公司|蒋晓虞

2018年，各大设备生厂商在Massive MIMO的研发上都有较大的提升，相比2017年普遍的128振子，目前5G试验网中普遍采用的是64T64R（192振子）的Massive MIMO天线，振子规模的提升除了可提升天线增益以外，还可提升并发数据流，进而提升整体小区吞吐量。5G的Massive MIMO与RRU采用一体化设备设置，统称为AAU，目前AAU最高能够实现32流数据（测试以24流设备为主），可同时实现空间分集与空间复用功能。

Massive MIMO提升增益明显

相比4G中使用的4T4R/8T8R多天线技术，Massive MIMO除了可支持SUMIMO（单用户多入多出）以外，还可支持MU-MIMO（多用户多入多出），可提供更高的小区吞吐量。根据测试分析，相比4T4R，Massive MIMO最高可以得到6倍的数据吞吐量增益。在2018年6月21日，信通院公布了由工信部组织的IMT-2020第三阶段NSA（非独立组网）外场测试结果，64T64R设备（32流）的设备最高可提供单用户3.0Gbit/s、小区吞吐量10.3Gbit/s的设备能力，依靠多天线空间分集，可实现24dB的高天线增益，一定程度上弥补因3.5GHz高频引起的路损。

除了工信部组织的测试，三大运营商也积极开展5G技术跟踪与测试工作，在多个城市开展规模试点建设与外场测试。对于Massive MIMO，主要针对Massive MIMO的覆盖提升、波束赋形等方面开展相关测试与研究，测试内容主要包括Massive MIMO波束赋形增益、用户分布对吞吐量影响、波束跟踪切换、波束鲁棒性等方面。

根据目前的运营商测试结果，当用户移动到中远点时，Massive MIMO可根据用户的分布情况或数量与无线环境中障碍物情况，自适应调整数据流数和波束方向，获取相对最佳的覆盖和容量性能，波束赋形带来的增益效果很明显。

图 SU-MIMO与MU-MIMO对比分析

终端进程影响测试进展

但在试点验证中也发现，Massive MIMO采用了多个小功率的功放连接各个天线端口，功率转化效率较低，而自适应的波束调整也带来了额外的功率消耗，因此，目前Massive MIMO设备的能化效率仅为15%，一台设备功耗最高可达到1500～2000W，加上BBU设备，S111的单站最高功耗可达到6000～7000W，对后期维护和运行带来较大的成本压力。

同时，目前各个厂家主要提供原型机进行测试，与实际商用设备仍有一定差距，而且不同厂家的基站在MIMO编码方面差别较大，所展现出来的波束赋形增益、用户移动过程中信号的稳定性等方面均存在一定差异。而且，由于目前的5G终端仍属于原型机阶段，体积较大，对于垂直移动性测试仍具有一定难度。

针对以上测试情况，各生产厂家持续对Massive MIMO设备进行优化升级，重点提升Massive MIMO设备的能化效率，根据厂家反映，实际商用设备的功耗较原型机有望降低20%～30%，同时针对不同的应用场景优化MIMO的算法配置。商用设备尚未开展规模外场测试，下一阶段，各运营商应该会基于成熟设备类型继续细化Massive MIMO的测试，以期获取在不同场景下的应用方案，有效降低后期运营成本。同时，随着终端芯片的研发及商用，运营商也将增加Massive MIMO在垂直分布、垂直移动方面的测试验证工作，进一步分析Massive MIMO在波束赋形、波束跟踪等方面的产品性能。