MIMO是滿足5G提出的各種場景需求的關(guān)鍵技術(shù)之一，如高頻譜效率、增強(qiáng)的覆蓋、大規(guī)模連接、低延遲和提高的能效等。下文表1總結(jié)了LTE中MIMO技術(shù)的演進(jìn)。

在LTE Rel.13中，已經(jīng)研究并指定了多達(dá)64個(gè)天線，包括用于MIMO傳輸?shù)姆轿缓痛怪本S度。CRS端口的最大數(shù)量為4，CSI-RS端口的最大數(shù)目為16，DMRS端口的最多數(shù)目為8，每個(gè)UE最多支持8層傳輸。假設(shè)同步和廣播信號(hào)/信道的傳輸在扇區(qū)中是全向的。

為了滿足NR性能要求，同意考慮基站處256Tx的傳輸。此外，NR的載波頻率將傳統(tǒng)LTE載波（例如1.8GHz/2.6GHz）擴(kuò)展到具有更高帶寬的更高頻帶（例如4GHz/30GHz/70GHz）。這些新變化給實(shí)現(xiàn)和空口設(shè)計(jì)帶來了重大挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)之一可能是如何在不增加基站發(fā)射功率的情況下提供與LTE類似的覆蓋，以成功推出NR，這個(gè)想法很好。

本文首先通過初步的鏈路預(yù)算分析，研究了5G大規(guī)模MIMO（M-MIMO）系統(tǒng)在各種部署場景下的覆蓋問題。然后討論了擴(kuò)大覆蓋范圍和提高能效的潛在解決方案。

部署場景

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、站間距（ISD： inter-site distance）和天線配置。

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，3D UMa NLOS的路徑損耗模型由下式給出：

在TR36.873中，無論載波頻率、墻體材料以及墻體數(shù)量如何，從室外到室內(nèi)的穿透損耗均建模為20dB。然而，在現(xiàn)實(shí)世界中，滲透損失高度依賴于所有這些因素。1.9GHz和3.5GHz之間的一堵墻的穿透損耗間隙為3~5dB。考慮到現(xiàn)實(shí)環(huán)境中更為嚴(yán)峻的傳播條件，例如從室外到室內(nèi)有兩堵墻，3.5GHz時(shí)存在6~10dB的穿透損耗間隙。因此，建議對與載波頻率相關(guān)的穿透損耗進(jìn)行建模，以反映真實(shí)的傳播情況。

LTE Rel.13和NR之間鏈路預(yù)算的比較如表3所示，其中由于較高的載波頻率，假定后者的穿透損耗增加了10dB。據(jù)觀察，在一般城區(qū)和密集城區(qū)部署中，NR需要額外增益（約10~26dB），以實(shí)現(xiàn)與LTE Rel.13相似的覆蓋。

在eMTC上的LTE Rel.13 WI中，為LTE信道和信號(hào)（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(dòng)性和較低頻帶的部署場景。在較高頻段具有較高移動(dòng)性的NR中，基于重復(fù)方案的性能將受到更嚴(yán)重的相位噪聲以及信道波動(dòng)的影響。在這種情況下，即使重復(fù)，聯(lián)合信道估計(jì)也不能顯著提高信道估計(jì)質(zhì)量。此外，覆蓋范圍擴(kuò)展的激進(jìn)目標(biāo)（例如，超過20dB）需要不可接受的嘗試次數(shù)，這將導(dǎo)致極高且不可接受延遲。因此，對于PDCCH，由于重復(fù)導(dǎo)致的高延遲，無法啟用TTI級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)度。當(dāng)動(dòng)態(tài)調(diào)度不能在新的RAT中使用時(shí)，預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)巨大的性能下降。最后，對于一些基于能量檢測的信號(hào)，如PSS/SSS，基于重復(fù)的方案也不適用。

在LTE Rel.11?CoMP中，具有單個(gè)物理小區(qū)ID的控制面信道/信號(hào)可以同時(shí)從多個(gè)TRP發(fā)送。這些信道/信號(hào)包括CRS/PDCCH/PBCH/PSS/SSS等。這種方案被稱為SFN，這是一種眾所周知的技術(shù)，用于改善覆蓋范圍，特別是廣播信號(hào)/信道。對于該方案，通常假設(shè)基站和干擾目標(biāo)在小區(qū)/TRP之間密集部署?？紤]到密集城市是NR中的重要部署場景，SFN可能是干擾受限場景中覆蓋范圍擴(kuò)展的補(bǔ)充解決方案。

功率提升?Power boosting

功率提升是具有窄帶寬的同步和廣播信號(hào)的覆蓋范圍擴(kuò)展的另一種選擇。在這種方法中，可以使用全向傳輸來發(fā)送具有從PDSCH共享的增加功率的這些信號(hào)。功率提升值的準(zhǔn)確極限取決于系統(tǒng)帶寬和窄帶信號(hào)帶寬之間的比率以及考慮到潛在硬件實(shí)現(xiàn)。

這種功率提升解決方案具有一些優(yōu)點(diǎn)，例如，由于全向傳輸，接收器的功率恒定，并且所需的規(guī)范工作最少。

基于波束接入

波束賦形技術(shù)在當(dāng)前LTE版本中已經(jīng)廣泛用于專用（UE專用）信道/信號(hào)，包括PDSCH波束賦形和CSI-RS波束賦形。通過使用波束賦形獲得的覆蓋范圍擴(kuò)展與其陣列增益直接相關(guān)。對于廣播信號(hào)/頻道，對性能好處的理解可能不是很直接。

考慮由N個(gè)波束覆蓋的扇區(qū)（例如，N＝16個(gè)DFT矢量）。每個(gè)UE僅選擇最強(qiáng)的M個(gè)（例如M＝1、2或3）波束進(jìn)行組合。在這種情況下，性能對相位噪聲、高移動(dòng)性等的敏感性將大大降低。

在圖2中，比較了基于波束的接入和基于重復(fù)的接入的性能。對于基于重復(fù)的接入，PBCH傳輸有16次重復(fù)，與傳統(tǒng)PBCH傳輸相比，其增益約為8dB。對于基于波束的接入，具有不同預(yù)編碼的波束賦形PBCH被依次傳輸，并選擇最佳波束用于PBCH的檢測。與傳統(tǒng)PBCH傳輸相比，可以獲得大于11dB的增益。從仿真結(jié)果可以看出，基于波束的接入比基于重復(fù)的接入的性能要好3 dB以上。因此，與基于重復(fù)的方案相比，基于波束的傳輸更有效，更有前景，以滿足SNR中的覆蓋要求。? ??

此外，基于波束的傳輸會(huì)影響無線接入過程之外的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架，例如對某些專用信號(hào)和信道的影響。例如，DMRS和CSI-RS可以重新用作UE的同步信號(hào)。此外，信道/信號(hào)的服務(wù)波束應(yīng)隨著UE移動(dòng)而改變。因此，還需要評(píng)估基于快速波束的移動(dòng)性和可靠性。