天線結(jié)構(gòu)對(duì)MIMO傳輸?shù)挠绊?/h1>

2021-08-04 09:53 作者:余網(wǎng)優(yōu)化 0人讀過(guò) | 我要投稿

一維天線端口布局可以提供比相同天線端口數(shù)的二維天線端口布局更好的性能，如下圖所示：

800-900MHz下的典型現(xiàn)有17dBi天線尺寸：2.6m。

一維1x16天線陣列比部署的大多數(shù)宏天線小得多，1x16天線在2GHz時(shí)長(zhǎng)約1.2米，比目前典型的2米長(zhǎng)天線短1.7倍。當(dāng)頻率大于2GHz時(shí)，它會(huì)更小。

MIMO系統(tǒng)在NR中采用多面板結(jié)構(gòu)組合，特別是在高頻段。從建模上進(jìn)行考慮，包括以下幾個(gè)方面問(wèn)題：

一些室外場(chǎng)景和室內(nèi)熱點(diǎn)的基站天線陣列結(jié)構(gòu)
UE天線陣列結(jié)構(gòu)
室內(nèi)TRP和宏微TRP的BS天線單元方向圖選擇

NR?MIMO系統(tǒng)的2個(gè)潛在天線結(jié)構(gòu)

封裝天線（AIP：Antenna?in package）由于其易于實(shí)現(xiàn)和成本低廉，特別是在高頻段，是一種很有前途的NR天線集成解決方案。具體地說(shuō)，TRP可以由多個(gè)天線面板組成，其中多個(gè)RFIC集成在每個(gè)天線面板中。通過(guò)AIP技術(shù)，一個(gè)RFIC可以具有多個(gè)天線單元，例如8、16等。通常，由于在一個(gè)面板中具有相同極化的天線單元在垂直尺寸或水平尺寸上等距分布，因此相對(duì)于來(lái)自不同天線面板的兩個(gè)相鄰天線單元之間的空間，在一個(gè)陣列中存在兩個(gè)潛在的天線結(jié)構(gòu)。

1） “均勻面板陣列：Uniform panel array”：相同極化的天線單元在一個(gè)維度上均勻分布在整個(gè)面板陣列上，使得來(lái)自不同天線面板的兩個(gè)相鄰天線單元之間的空間與同一面板中的天線單元之間的空間相同，如圖1（a）所示，其中?dH=dedge,H?和dV=dedge,V。

2） “非均勻面板陣列：Non-uniform panel array”：同一極化的天線單元在一個(gè)維度上以多個(gè)面板的形式非均勻分布，使得來(lái)自不同面板的兩個(gè)相鄰天線之間的空間大于同一面板中的天線之間的空間，如圖1（b）所示，其中dH<dedge,H?和dV<dedge,V。

對(duì)于均勻的天線結(jié)構(gòu)，相干MIMO傳輸技術(shù)可以很容易地實(shí)現(xiàn)。從LTE的Rel8到Rel13，除了傳輸分集外，幾乎所有的MIMO傳輸技術(shù)都與相干傳輸有關(guān)。此外，LTE/LTE-A中的碼本是針對(duì)在一個(gè)極化方向上具有均勻間隔的天線單元的天線陣列設(shè)計(jì)的。

對(duì)于非均勻天線結(jié)構(gòu)，與均勻天線結(jié)構(gòu)相比，在天線單元數(shù)相同的情況下，可以增大MIMO系統(tǒng)的孔徑。因此，在NR MIMO系統(tǒng)中，可以考慮在適當(dāng)?shù)木嚯x內(nèi)分離天線面板，并且可以通過(guò)降低天線之間的相關(guān)性來(lái)獲得性能增益。此外，這種結(jié)構(gòu)提供了根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)增加面板數(shù)量的靈活方式，特別是當(dāng)面板邊緣的空間大于面板內(nèi)兩個(gè)相鄰天線單元之間的距離時(shí)。

天線結(jié)構(gòu)對(duì)MIMO傳輸?shù)挠绊?/span>

可以假設(shè)天線面板內(nèi)的TXRU將使用相同的本地振蕩器，并且理想地同步。因此，同一面板中的不同天線單元不會(huì)相對(duì)彼此在相位上漂移。然而，在不同面板之間，由于每個(gè)面板的不同PLL/ADC或獨(dú)立本地振蕩器，可能存在恒定的相對(duì)相位或時(shí)變的相對(duì)相位。它不同于傳統(tǒng)的MIMO系統(tǒng)，在所有TXRU中都有理想的同步假設(shè)。

如果從不同的天線面板虛擬化不同的天線端口，并且來(lái)自不同面板的天線端口在轉(zhuǎn)向不同方向時(shí)形成波束，則QCL假設(shè)可能不再成立。這是因?yàn)閷?duì)于給定的到達(dá)/離開(kāi)方向，不同的波束控制將導(dǎo)致不同的平均信道增益，而不同的波束控制可能會(huì)受到不同的反射和折射，從而導(dǎo)致不同的平均信道時(shí)延，由于不同的波束，在給定的到達(dá)/離開(kāi)方向上，多徑上會(huì)有不同的振幅。此外，當(dāng)不同天線面板之間存在時(shí)變相對(duì)相位時(shí)，不同天線端口的頻率偏移可能不同。

由于天線端口之間的QCL假設(shè)不再成立，具有較少Q(mào)CL約束的MIMO傳輸機(jī)制應(yīng)設(shè)計(jì)為NR.非相干MIMO傳輸，不同的數(shù)據(jù)流來(lái)自部分天線元件（例如：從不同的天線面板）是一種方式，支持多個(gè)QCL天線端口同時(shí)工作。

多面板結(jié)構(gòu)的天線間距不均勻，因?yàn)槊姘逯g的天線間距不同于面板內(nèi)的天線間距。因此，LTE/LTE-A中基于ULA/UPA（uniform?Line?Array/uniform?planer Array）設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)碼本是不合適的，這可能導(dǎo)致波束失真和波束增益降低。

此外，如果天線面板放置在不同的位置，則很難使用單個(gè)波束指向UE?？梢钥紤]基于多波束傳輸?shù)拇a本設(shè)計(jì)。

天線建模的主要問(wèn)題

除上述問(wèn)題外，天線建模仍然是NR評(píng)估中需要解決的問(wèn)題。

3GPP 定義了天線陣列結(jié)構(gòu)的一些部署場(chǎng)景和頻段。天線陣列結(jié)構(gòu)有以下幾個(gè)方面：

（M, N, P, Mg, Ng）：其中M是一個(gè)面板中一個(gè)極化的垂直天線單元數(shù)，N是一個(gè)面板中一個(gè)極化的水平天線單元數(shù)，P是極化數(shù)，Mg和Ng分別是垂直和水平域中的面板數(shù)。
面板間距（dg,H, dg,V）：其中dg,H和dg,V分別是水平域和垂直域的面板間距（從面板中心到面板中心）。
?天線單元間距（dH, dV）：其中dH和dV分別是水平域和垂直域上的單元間距。