华为3D-MIMO：移动网容量的倍增器

（原标题：华为3D-MIMO：移动网容量的倍增器）

无线频谱资源向来是移动网络发展的“痛点”。一方面，从市场的角度看，移动互联应用的迅猛发展对系统容量产生旺盛需求，华为mLAB的无线网络统计数据表明，全球移动数据流量年复合增长率高达67%，同时，网络流量的分布极度不平衡，热点区域的容量需求呈现出爆炸式增长；另一方面，从资源的角度看，无线频谱是不可再生资源，TD-LTE商用进程中站址资源获取更是越来越困难，因此，如何充分挖掘现有站点能力、提升频谱效率，已经成为移动业界一直在试图攻克的战略性难题。

提升容量降低成本的利器

超大规模多天线3D-MIMO，通过增加成百根天线数，形成类似雷达的天线阵，利用用户信道间的空分特性提高系统总容量，是移动网络带宽的“倍增器”。这项技术是4G演进最重要的方向之一，甚至是未来5G的关键技术，可谓移动产业竞争的制高点。

近两年来，全球主要的移动通信运营商和制造商纷纷开始关注这一领域，目前已经取得很大进展，特别是华为已经正式推出3D-MIMO多天线系统，并在4G商用网络完成验证测试，单载波20MHz频谱实现下行630Mbps以上的吞吐量，频谱效率提升5~6倍。该系统单模块内置128个射频通道和128根天线，是目前业界规格最大、集成度最高的超大规模多天线系统，支持TD-LTE主流频段，且可兼容现有4G终端。

在工程设计方面，3D-MIMO天面的迎风面积和现网8天线天面相当，超薄的平板设计也使得外观相当美观，并且可以重用现网站址资源，这样一来就有效解决了高楼覆盖难题，显著提升小区容量，还能降低高频建网成本，满足未来演进需要。

技术优势与商业价值凸显

3D-MIMO兼具传统MIMO技术优势和商业价值，这体现在诸多方面：更强的空分复用能力，传统8通道宏站最大支持4流空分复用，3D-MIMO提升至16流空分复用，提升下行频谱效率，从而帮助运营商在不增加频谱的前提下，显著提升下行系统容量。更精准的波束赋形，提升单用户吞吐量，天线越多波束能量越集中，对于与基站通信的UE来说有一个天线阵列增益，对于其他UE干扰减少，更可以通过Zero-Forcing或者MRC（最大比合并）算法消除波束对其他非相关UE的干扰。另外，还可以提升小区内高阶调制的用户比例，即：使更多的用户可以进入256QAM或64QAM调制，从而提升单用户吞吐量和小区容量；上行多天线分集接收，可以提升上行覆盖3dB以上，并且支持4用户以上的上行虚拟MIMO，帮助运营商在不增加频谱的前提下，显著提升上行系统容量；降低器件功耗和成本，3D-MIMO降低了功放和射频（微波）链路线性的要求，用多个小功率工作在线性区的功放代替传统大功率功放，通过天线阵增益达到传统大功率功放相同的覆盖范围，通过大规模天线增强了基站的抗衰落性能，利用天线阵相位编码，可以降低每个天线下行信号的PAR（传统Beam-forming为线性编码），减少射频（微波）链路的回退；显著降低空口延迟，主要是通过大规模天线和Beaming降低衰落对系统延迟的影响；可以简化逻辑层划分，采用空分，可以将全部子载波划分给同一个UE，这样就有足够的频域资源分配给逻辑层信道；增强系统鲁棒性，通过联合信号检测和解码降低人为干扰对系统的影响。

联合创新商用破冰

技术进步的价值最终都要在商用过程中体现。去年9月17日，华为助力中国移动集团研究院、中国移动上海公司在4G商用网上成功开通全球首个超大规模多天线3D-MIMO基站，并完成外场验证测试。这是3D-MIMO技术在全球商用进程中的里程碑。

作为国际大都市，上海面临着极其复杂的组网环境和困难：百米以上的高层建筑超过400栋，高架道路超过200公里，且人口密度全国最高；基站建设难，站址资源紧张，无线覆盖难度大。为验证3D-MIMO的实际应用效果，此次联合攻关团队选择高楼林立、人口密度大的长寿路商圈进行现网试点，并率先采用3D-MIMO多扇区连续组网，重点验证了典型高层楼宇的3D覆盖和典型室外场景的覆盖能力及小区吞吐量的提升效果。测试结果呈现MassiveMIMO在提升小区容量和小区深度覆盖、垂直覆盖方面具有强大的性能。本次测试通过3D波束赋形等技术，利用一个25米高的基站实现了75米高楼的立体式覆盖和周边水平道路覆盖，小区吞吐量达到630Mbps，有效解决了现网多个基站才能解决的问题。部署方式复用了现网站址资源，充分利旧现网机柜、电源、光纤以及核心网和传输资源，大大节省了整体工程成本。

3D-MIMO是移动通信领域一项具有战略意义的网络创新技术，中国移动与华为联手走在全球最前沿并非偶然。早在2014年9月23日，华为就已经携手中国移动，完成全球首次3D-MIMO多天线解决方案应用于TD-LTE的演示。此前，在两年多的时间里，双方发挥各自特长，联合攻克了包括多通道IRF技术、空口性能算法、高复杂度基带处理技术、多用户调度和干扰控制技术、超薄高增益天线技术、轻量化新材料新工艺、高效散热技术、站点部署等技术难题。

从一项实验室的创新技术逐步向商用推进，3D-MIMO基站在上海4G网上成功开通，是中国移动与华为合作创新的结晶，这充分证明中国运营企业和制造企业已经引领全球移动通信技术的发展。3D-MIMO有效降低干扰、提升容量，支持高层楼宇覆盖等特点，必将在未来全球移动通信网络发展中发挥巨大的商用潜力，为网络持续演进升级注入新动力。