5G Massive MIMO特性,参考数传方向分流

▋Massive MIMO特性

1、Massive MIMO概念

参考数传方向分流相关Massive MIMO特性

上行多天线接收
上行用户多流传输
上行PUSCH空分复用
下行波束赋形
下行用户多流传输
下行PDSCH空分复用
下行PDCCH空分复用

可以提升小区覆盖，提升用户体验

下行：在信噪比足够好（MCS=27，调制方式采用256QAM）且空间信道独立时，则单用户在下行可同时支持8流的数据传输（接收天线数≥8），此时单用户下行峰值速率理论上可提升到单流时的8倍。
上行：在信噪比足够好（MCS=28，调制方式采用64QAM）且空间信道独立时，如果UE发射天线数≥4，则单用户在上行可同时支持4流的数据传输，此时单用户上行峰值速率理论上可提升到单流时的4倍。

提升系统容量：层数越高，增益越大。理论上对于全缓冲业务，假设空分复用16层，则小区吞吐率提升 16*100%。

1.1、下行波束赋型

发射信号经过加权后，形成了指向UE的窄带波束，这就是波束赋形。
NR Sub6G多天线下行各信道默认支持波束赋形（Beamforming简称“BF”），可以形成更窄的波束，精准的指向用户，提升覆盖性能。

下行波束赋形流程：

1. 通道校正：保证收发通道的互易行和通道间的一致性
2. 权值计算：gNB基于下行信道特征计算出一个向量，用于改变波束形状和方向.
3. 加权：在基带将权值与待发射的数据进行矢量相加，改变信号幅度和相位.
4. 赋形：应用干涉原理，调整波束的宽度和方向.

1.2、下行波束赋型-通道校正

射频收发通道之间存在幅度和相位差，而且不同的收发通道的幅度和相位差也不同，所以上下行信道并不是严格互易的，需要使用通道校正技术来保证射频收发通道幅度和相位的一致性。

计算信号经过各个发射通道和接收通道后产生的相位和幅度变化。
依据计算结果进行补偿，使每组收发通道都满足互易性条件。

通道校正的触发条件：小区重建、通道恢复等

1.3、下行波束赋型-权值计算

权值计算是指gNodeB基于下行信道特征计算出一个向量，用于改变波束形状和方向。计算权值的关键输入是获取下行信道特征，有两种不同的获取下行信道特征的方法

gNodeB通过获取UE上行信道的SRS信号，根据互易原理计算出对应下行信道的特征。
gNodeB基于UE上行反馈的PMI选择最佳的加权权值。

1.4、下行波束赋型-加权

gNodeB计算出权值后，将权值与待发射的数据（数据流和解调信号DM-RS）进行矢量相加，从而达到调整波束的宽度和方向的目的，加权过程如下：

假设天线通道序列为i，信道输入信号为x(i)，通过信道H时引入的噪声为N，信道输出时信号为y(i)。则：y(i) = Hx(i) + N
那么加权就是对信号x(i)乘以一个复向量w(i)，达到改变输出信号y(i)的幅度和相位的目的，表示为：y(i) = Hw(i)x(i) + N

1.5、下行波束赋型-赋型

赋形应用干涉原理，波峰与波峰相遇的位置叠加增强，波峰与波谷相遇的位置叠加减弱

未使用BF时，波束形状、能量强弱位置是固定的，对于叠加减弱点用户，如果处于小区边缘，信号强度低
使用BF后，通过对信号加权，调整各天线阵子的发射功率和相位，改变波束形状，使主瓣对准用户，信号强度提高

基于SRS加权或PMI权获得的波束一般称为动态波束，而控制信道和广播信道则采用预定义的权值生成离散的静态波束

1.6、下行用户多流传输

通过多天线技术实现单用户在下行同时支持多流数据传输，单用户最大下行数据流数取决于gNodeB 发射天线数和UE接收天线数中的相对较小值.

如下图单用户下行多流示例所示，在gNodeB 64T64R的情况下，2T4R的UE下行最大可同时支持4流的数据传输.

1.7、下行MU MIMO-PDSCH复用

下行 PDSCH MU空分复用

PDSCH信道的下行MU空分复用是指gNodeB在同一份PDSCH资源上给两个或以上UE发送数据，获得空间复用增益。可以提高频谱利用率，在一定程度上提高下行吞吐量。特别是重载场景下，能够缓解网络负载，提高用户感受。
配对流程：配对MU开关打开、小区流数小于最大流数、且用户的MCS大于一定门限时，空间波束隔离较大、相关性较低的用户可以配对进行波束域配对；然后再基于RBG粒度，相关性小的待调度用户和已调度用户进行相关性配对。

1.8、下行MU MIMO-PDCCH复用

下行 PDCCH MU空分复用

PDCCH信道的MU空分复用是指在同一块CCE时频资源的位置，通过DMRS port正交以及发送波束间的隔离度来区分用户，使得不同用户能够复用CCE资源，从而提升PDCCH容量，支撑更多用户调度（或者节省 PDCCH开销，提升PDSCH容量）。
目前PDCCH的空分复用最大流数是2流。

1.9、上行多天线接收

上行多天线接收是指gNodeB可以通过多个天线接收UE的发射信号，通过空间分集（分集增益）和相干接收合并（阵列增益）来增强信号接收效果

gNodeB通过多个天线接收UE发射的SRS信号并估计上行信道特征，然后通过下行DCI告知UE 最佳的 PMI/RANK值
UE以最佳的PMI对PUSCH数据进行预编码发射
gNodeB通过多天线进行PUSCH数据的分集接收，提升接收信噪比和稳定性、增加上行用户吞吐率

1.10、上行用户多流传输

通过多天线技术支持单用户在上行同时进行多流数据传输，单用户最大上行数据流数取决于gNodeB 接收天线数和UE发射天线数中的相对较小值。如下图单用户上行多流示例所示，在gNodeB 64T64R的情况下，2T4R的UE上行最大可同时支持2流的数据传输。

1.11、上行MU MIMO-PUSCH复用

上行 PUSCH MU空分复用

PUSCH信道的上行MU空分复用是指gNodeB在同一份PUSCH资源上给两个或以上UE发送数据，获得空间复用增益。可以提高频谱利用率，在一定程度上提高下行吞吐量。特别是重载场景下，能够缓解网络负载，提高用户感受。
配对：

用户数少时，计算用户相关性，相关性少则可以配对；

用户数多时直接基于波束配对，即一个用户的接收波束和干扰波束与另一个用户的干扰波束和接收波束完成不相同，则可以配对。

▋Massive MIMO部署配置

建议在负载较高的场景打开MU-MIMO

忙时下/上行PRB利用率较高，下行PRB利用率大于50%
下/上行激活用户数较高，激活用户数≥3个

硬件支持要求

BBU单板: UBBPfw1
AAU：5G AAU 5612

MML配置：

用户峰值体验提升：MOD NRLOCELLALGOSWITCH: NrLocalCellId=1,MultiAntUePeakRateExpSw=DL_SU_MULTI_LAYER_SW-1&UL_SU_MULTI_LAYER_SW-1
MU MIMO: MOD NRLOCELLALGOSWITCH：NRLocalCellId=101, MuMimoSwitch=DL_MU_MIMO_SW1,UL_MU_MIMO_SW-1,PDCCH_MU_SW-1;

2.1、Massive MIMO开通观测—用户峰值体验提升

通过U2000的实时监测项来观测功能的开通情况：

单用户下行多流：在U2000用户级性能监控-->用户级公共监测项usercommon-->下行调度--->下行码子0和1 平均调度层数字段来确认

如果“1<下行码字0平均层数+下行码字1平均层数<min（gNodeB发射天线数，UE接收天线数）”，则本功能开通成功
单用户上行多流：在U2000用户级性能监控-->用户级公共监测项usercommon-->上行调度--->上行码子0平均调度层数字段来确认

如果“1<上行码字0平均层数<min（gNodeB接收天线数，UE发射天线数）”，则本功能开通成功  网络容量增益通过小区吞吐量指标反映
下行吞吐率= N.ThpVol.DL.Cell（业务量）/ N.ThpTime.DL.Cell（数传时间）  上行吞吐率= N.ThpVol.UL.Cell（业务量） / N.ThpTime.UL.Cell（数传时间）