519-5G NR中Massive MIMO的覆蓋問題

1、5GNR中MassiveMIMO的覆蓋問題先回顧下MIMO在LTE網(wǎng)絡(luò)中的演進路線，表1做了一個總結(jié)。表1：LTE網(wǎng)絡(luò)MIMO演進Release8Release9Release10Release11Release12Release13-2x2MIMO4TxDL-8TxTM8-8TxTM9-8TxTM10-4TxMIMOEnhancement-64TxFD-MIMO-4/8RxUL在LTERel13,已經(jīng)指定了多達64根天線，包括用于MIMO傳輸?shù)姆轿缓痛怪背叽?。最大CRS端口數(shù)為4個，最大CSI-RS端口數(shù)為16個，最大DMRS端口數(shù)為8個，每個UE最多支持8層傳輸。小區(qū)特定信道/信號的傳輸，

2、例如PBCH、SIB、CRS、PSS、SSS和PDCCH被假定為全方位的，以確保小區(qū)廣覆蓋。為了滿足NR的性能要求，考慮在TRP時最多256Tx。目標是如何在不增加TRP發(fā)射功率的情況下提供與LTE類似的覆蓋。表2列出了eMBB的一些關(guān)鍵部署場景的主要屬性，如載波頻率、系統(tǒng)帶寬、站點間距離(ISD：inter-sitedistance)和天線配置。表2：各類部署場景的系統(tǒng)參數(shù)室內(nèi)熱點密集城區(qū)農(nóng)村普通城區(qū)載波頻率大約4G/30G/70GHZAround4GHz+Around30GHzAround700M/4GHz(ISD1)Around700M/2GHzcombined(ISD2)Around4

3、/30GHz系統(tǒng)帶寬30/70GHz:upto1GHz(DL+UL)-4GHz:upto200MHz(DL+UL)-4GHz:upto200MHz(DL+UL)30GHz:upto1GHz(DL+UL)700MHz:upto20MHz(DL+UL)-4GHz:upto200MHz(DL+UL)-4GHz:upto200MHz(DL+UL)30GHz:upto1GHz(DL+UL)天線平面-室內(nèi)單天線Twolayers-Around4GHzinmacrolayeronly-Botharound4GHz&30GHzmaybeavailableinmacroµlayersSinglelay

4、er-Hex.GridSinglelayer-Hex.GridISD站間距20m-Macrolayer:200m-3microTRPspermacroTRPISD1:1732mISD2:5000m500m發(fā)射天線元件Tx/Rx:upto256Tx/Rx:upto256-700MHzTx/Rx:upto64Tx/Rx:upto256-4GHzTx/Rx:upto256UE天線元件-4GHzTx/Rx:upto8-30/70GHzTx/Rx:upto32-4GHzTx/Rx:upto8-30GHzTx/Rx:upto32-700MHzTx/Rx:upto4-4GHzTx/Rx:upto8-4GHz

5、Tx/Rx:upto8-30GHzTx/Rx:upto32鏈路預(yù)算根據(jù)TR36.873,假設(shè)hBS=25m,hUT=1.5m,街道寬度W=20m,平均建筑高度h=20m,3DUMaBSUTNLOS的路徑損耗模型如下：PL3D-UMa-NLOS=16104一7丄血】。(W)+75隔。(h一(24.37-3.屮嘰回log】。%)+(43.42一3.1log10(hBS)(log10(d3D)-3)+20log10(/J-(3.2(log10(17.625)2-4.97)-0.6(hUT-1.5)=13.54+39.09log10(d3D)+20log10(/J這里陰影衰落標準差b=6.SF在現(xiàn)實環(huán)

6、境中,從室外到室內(nèi)的穿透損耗在很大程度上取決于載波頻率、墻體材料以及墻體數(shù)量。在1.9GHz和3.5GHz之間，一面墻的穿透損耗為35dB?？紤]到現(xiàn)實環(huán)境中較為惡劣的傳播條件，如從室外到室內(nèi)的兩面墻，在3.5GHz時存在610dB的穿透損耗間隙。LTERel13的鏈路預(yù)算和NR比較如表3所示，其中：由于NR較高的載波頻率,后者假設(shè)穿透損耗增加6dB。在一般城區(qū)和密集城區(qū)部署中，為了獲得與LTERel13相似的覆蓋，NR需要額外的增益(約1728dB)。表3：LTE和NR鏈路預(yù)算比較LTERel.133D-UMaTR25.814NRUrbanMacroTR38.913NRDenseUrbanw/

7、MacroLayerOnlyTR38.913總發(fā)射功率(dBm)49.049.044.0載波頻率(GHz)244系統(tǒng)帶寬(MHz)20200200距離(m)500500200傳輸損耗(dB)125.06131.08115.53發(fā)射天線增益(dBi)(包括連接器損耗)1488接收天線增益(dBi)000滲透損耗(dB)2020+620+6陰影衰落(dB)7.697.697.69接收功率(dBm)=總功率+發(fā)射增益-傳輸損耗-滲透損耗-陰影衰落+接收天線增益-89.75-105.77-90.22白噪聲(dBm/Hz)-174-174-174噪聲系數(shù)999噪聲功率（dB）-91.99-81.99-8

8、1.99有效的SINR（dB）=接收功率-噪聲功率2.24-25.78-15.23GapofEffectiveSINRwithLTERel-13(dB)028.0217.47覆蓋是NR的一個重要方面，特別是對于小區(qū)特定的信號/信道，例如PBCH、SIB、CRS、PSS、SSS和PDCCH。在高頻部署由低頻連接支持的場景中，PBCH、SIB、CRS和PDCCH可由低頻TRP發(fā)射。無論高頻連接器是否由低頻連接器補充，都將要求每個高頻TRP與LTE類似的方式發(fā)送它們自己的同步信號。將需要同步信號（即PSS、SSS），以便高頻UE能夠獲得關(guān)于每個高頻TRP的子幀和無線幀同步。在基于eMTC的LTERe

9、ll3中，為LTE信道和信號（如PBCH、PDCCH等）指定了基于重復(fù)的方案。然而，eMTC通常針對具有極低移動性和較低頻帶的部署場景。在高頻段具有更高移動性的NR中，基于重復(fù)方案的性能將受到更嚴重的相位噪聲和信道波動的影響。在這種情況下，即使重復(fù)進行聯(lián)合信道估計也不能實質(zhì)性地提高信道估計質(zhì)量。此外，覆蓋擴展的攻擊性目標（例如超過20dB）需要不可接受的嘗試次數(shù)，這將導(dǎo)致極高和不可接受的時延。結(jié)果，對于PDCCH，由于重復(fù)導(dǎo)致的時延太高，因此不能啟用TTI級動態(tài)調(diào)度。最后，對于PSS/SSS等基于能量檢測的信號，基于重復(fù)Repetition的方案也不適用。在LTERelll中CoMP功能，具有

10、單個物理小區(qū)ID的控制面信道/信號可以同時從多個TRP發(fā)送。這些信道/信號包括CRS/PDCCH/PBCH/PSS/SSS等，該方案被稱為SFN，是一種著名的技術(shù)，特別是用于廣播信號/信道的覆蓋率。該方案通常假定基站密集部署和小區(qū)間干擾目標/TRP之間的干擾目標。考慮到密集城市是NR中的重要部署場景，SFN是在干擾受限場景中覆蓋擴展的補充解決方案。功率提升（Powerboosting）是窄帶同步和廣播信號覆蓋擴展的另一種選擇。在這種方法中，可以使用全向傳輸以從PDSCH共享的增加功率來發(fā)送這些信號。功率提升值的確切限制取決于系統(tǒng)帶寬和窄帶信號帶寬之間的比率，以及考慮潛在硬件實現(xiàn)。這種功率提升解

11、決方案具有一些優(yōu)點，例如由于全向傳輸而在接收器處保持恒定功率，以及所需的最小預(yù)期規(guī)格工作。到目前為止，在LTE版本中，波束賦形技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于專用（UE特定）信道/信號，包括PDSCH波束賦形和CSI-RS波束賦形。通過波束賦形獲得的覆蓋擴展與其陣列增益直接相關(guān)。對于小區(qū)特定信道/信號的傳輸，例如PBCH、SIB、CRS、PSS、SSS和PDCCH,波束賦形是克服NR中高傳播損耗的另一種方法。考慮由N個波束覆蓋的扇區(qū)（例如，N=16個DFT向量）。每個UE僅選擇最強的M（例如M=1、2或3）波束進行組合。在這種情況下，與基于重復(fù)的方法相比,基于波束的方法對相位噪聲、高遷移率等的敏感度要低得多

12、。下面的圖1顯示了一個直觀的說明。圖1：基于波束接入在圖2中，比較了基于波束的接入和基于重復(fù)的接入性能。對于基于重復(fù)的接入，PBCH以16次重復(fù)進行傳輸，與傳統(tǒng)PBCH傳輸相比產(chǎn)生約8db增益。對于基于波束的接入，依次發(fā)送不同預(yù)編碼的波束賦形PBCH，選擇最佳波束進行PBCH檢測。與傳統(tǒng)的PBCH傳輸相比，可以獲得超過lldb的增益。詳細的模擬假設(shè)和參數(shù)見附錄。從仿真結(jié)果可以看出，基于波束的接入比基于重復(fù)的接入性能提高了3db以上。因此，在信噪比條件下，基于波束的傳輸比基于重復(fù)的傳輸更有效。aICi1410圖2：基于波束和基于重復(fù)的傳輸模型PBCT16曲刪1曬剖陽|刑0耐0E3rrafErmdPBCMlwilhItiTxPBOSadriHinrialrEpElhyniri附錄:模擬假設(shè)的參數(shù)ParameterValueCarrierFrequency2GHzChannelModelRayleighmodelVelocity3km/hTransmitAntennaConfigurationBeambasedscheme: