隨著標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的不斷發(fā)展和演進(jìn)，4.5G在網(wǎng)絡(luò)容量、峰值速率、時(shí)延等技術(shù)指標(biāo)層面與4G相比均有了質(zhì)的提升。3D MIMO作為4.5G的核心技術(shù)之一，打破傳統(tǒng)天線只能提供水平維度的限制，通過引入二維天線陣列，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)水平和垂直方向上的MIMO，進(jìn)一步提升MIMO可利用的空間維度，將MIMO多天線技術(shù)推向了一個(gè)更高的發(fā)展階段，為全面提升無線通信系統(tǒng)性能提供了更多發(fā)展空間。

　　隨著收發(fā)天線數(shù)目的逐漸增多和傳輸模式的不斷豐富，3D MIMO技術(shù)將繼續(xù)得到發(fā)展和演進(jìn)，在提高數(shù)據(jù)傳輸效率和可靠性的同時(shí)，全面提升無線通信系統(tǒng)性能。

　　MIMO多天線技術(shù)作為L(zhǎng)TE系統(tǒng)物理層的基本構(gòu)成之一，主要可以分為空間復(fù)用、傳輸分集和波束賦形三種模式。它可以充分利用空間特性，通過在發(fā)送端和接收端均使用多根天線進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，對(duì)于提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俾�、擴(kuò)展覆蓋、抑制干擾、增加系統(tǒng)容量、提升系統(tǒng)吞吐量都發(fā)揮著重要作用， 已經(jīng)成為下一代通信中的關(guān)鍵技術(shù)。

　　現(xiàn)有的MIMO傳輸方案由于受限于傳統(tǒng)的基站天線構(gòu)架，一般只能在水平維度實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)空間分布特性的控制，還無法充分利用3D信道中垂直維度的自由度，未能從更深層次挖掘出MIMO技術(shù)對(duì)于改善移動(dòng)通信系統(tǒng)整體效率與性能及最終用戶體驗(yàn)的潛能。而隨著天線設(shè)計(jì)構(gòu)架的演進(jìn)以及AAS技術(shù)的實(shí)用化發(fā)展，移動(dòng)通信系統(tǒng)的底層設(shè)計(jì)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路也發(fā)生了巨大變化，這一發(fā)展趨勢(shì)直接推動(dòng)著MIMO技術(shù)向著更高維度發(fā)展，為進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能提供了更多可能。

　　針對(duì)現(xiàn)有基站天線結(jié)構(gòu)在垂直維度賦形能力存在的缺陷問題，一種自然的想法便是增加垂直維度的物理天線端口，以實(shí)現(xiàn)在基帶對(duì)每個(gè)陣子的獨(dú)立控制。有源天線系統(tǒng)的興起，解決了基于現(xiàn)有的被動(dòng)天線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)垂直賦形的難題，其將天線陣列中的每個(gè)輻射單元與相應(yīng)的射頻/數(shù)字電路模塊集成在一起所構(gòu)成，是能夠通過數(shù)字接口獨(dú)立控制每個(gè)陣子的主動(dòng)式天線陣列。在有源天線系統(tǒng)中，基站與天線系統(tǒng)之間不再需要射頻電纜、塔放或RRU這樣的中間環(huán)節(jié)，基站設(shè)備與天線系統(tǒng)之間可以直接通過光纖進(jìn)行連接。在這種情況下，射頻電纜這一橫亙?cè)诖怪本S度物理天線端口開放之路上的障礙隨之迎刃而解。

　　空間自由度是MIMO多天下技術(shù)的安身立命之本。在有源天線系統(tǒng)技術(shù)的有力支持下，垂直維度的空間自由度的大門已悄然向MIMO技術(shù)開啟，簡(jiǎn)單來說，有了有源天線系統(tǒng)技術(shù)，3D MIMO技術(shù)在不需要改變現(xiàn)有天線尺寸的條件下，可以將每個(gè)垂直的天線陣子分割成多個(gè)陣子，從而開發(fā)出MIMO的另一個(gè)垂直方向的空間自由度，從而將MIMO技術(shù)推向了一個(gè)更高的發(fā)展階段，為L(zhǎng)TE傳輸技術(shù)的性能提升開拓出更廣闊的空間，使得進(jìn)一步降低小區(qū)間干擾、提高系統(tǒng)吞吐量和頻譜效率成為可能。

　　一直以來，3GPP/3GPP2均采用2D信道模型作為參考信道模型，電磁波僅通過水平方向進(jìn)行傳播，現(xiàn)有的MIMO技術(shù)研究也主要是針對(duì)2D信道進(jìn)行的。

　　與傳統(tǒng)MIMO不同的是，3D MIMO中所采用的天線規(guī)模發(fā)生了巨大變化，天線數(shù)目大幅增加，隨著基站天線數(shù)目趨向于很多時(shí)，各UE的信道將趨向于正交，用戶間的干擾趨于消失，由此帶來的巨大的天線陣列增益將有效提升每個(gè)用戶的信噪比，因此可在相同的時(shí)頻資源上支持更多用戶的傳輸，提升小區(qū)的平均頻譜效率。3D MIMO通過引入新天線和新技術(shù)，在滿足靈活組網(wǎng)需求的同時(shí)，有效提升系統(tǒng)容量，已經(jīng)得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。

　　圖 普通扇區(qū)天線與3D MIMO天線室外覆蓋高層樓宇場(chǎng)景

　　傳統(tǒng)的基站為提高增益，垂直波瓣較窄，在覆蓋高層建筑時(shí)，往往只能覆蓋到部分樓層，從而需要多面天線來做覆蓋的場(chǎng)景。使用3D MIMO技術(shù)，則可以分裂出指向不同樓層位置的波瓣，在減少了天面建設(shè)需求的同時(shí)，也通過多個(gè)并行數(shù)據(jù)流傳輸，提高了頻率利用效率。

　　· 占用天面少：利用常規(guī)天線覆蓋高層樓宇時(shí)，需要分別針對(duì)低層、中層和高層設(shè)置多個(gè)天面，而3D MIMO技術(shù)的天面需求則很少；

　　· 垂直面覆蓋寬：3D MIMO天線相比常規(guī)天線，可實(shí)現(xiàn)單天線陣覆蓋整個(gè)樓層，垂直面的覆蓋角度可達(dá)+/-30度（而普通天線一般只能做到+/-8度）；

　　· 具體舉例：以天線距離樓宇100米，站高30米為例，利用普通天線（為防干擾鄰區(qū)下傾角為內(nèi)置6度），只能覆蓋9層樓；而在同天線點(diǎn)利用3D MIMO天線，則可覆蓋25層樓；

　　· 虛擬分區(qū)：3D MIMO天線在覆蓋高層樓宇的同時(shí)，通過多個(gè)波束對(duì)應(yīng)不同樓層形成虛擬分區(qū)，實(shí)現(xiàn)了空分復(fù)用的效果，同時(shí)也提升了頻譜效率。

　　圖 3D MIMO天線在垂直面跟蹤終端

　　相比于常規(guī)天線的垂直面不能隨終端的位置實(shí)時(shí)調(diào)整，3D MIMO天線可通過AAS（有源天線陣子）組合而成，每個(gè)陣子均可獨(dú)立調(diào)整權(quán)值，波束在垂直面跟蹤終端，從而可從整體上降低對(duì)鄰區(qū)的干擾。

　　圖 常規(guī)天線波束無法在垂直維度區(qū)分用戶

　　圖 3D MIMO天線在垂直維度區(qū)分用戶

　　相比于常規(guī)天線在垂直面不能實(shí)現(xiàn)針對(duì)終端的多波束，3D MIMO天線可實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同終端的垂直面多波束，實(shí)現(xiàn)了垂直面空分，提升頻譜效率。上圖中UE1、2、4在水平面維度上與基站的夾角不同，所以基站可以在水平面維度形成3個(gè)分別對(duì)準(zhǔn)他們的波束進(jìn)行服務(wù)；然而UE2和UE3在水平維度上與基站的夾角相同，那么UE2和UE3的波束會(huì)形成相互干擾。

　　3D MIMO技術(shù)提供了垂直面波束賦形，將UE2與UE3從垂直維度上再進(jìn)行一次區(qū)分，分別形成對(duì)準(zhǔn)他們的波束為其進(jìn)行服務(wù)。

　　雖然3D MIMO的天線產(chǎn)品和技術(shù)本身還存在許多有待深度研究的內(nèi)容，但是目前的研究成果顯示，3D MIMO中新天線和新技術(shù)的引入對(duì)于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中天線技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)了成功的突破，可靈活適應(yīng)高樓覆蓋、熱點(diǎn)宏覆蓋、體育場(chǎng)覆蓋、最后一公里等多種場(chǎng)景的室外宏覆蓋。

　　圖 3D MIMO應(yīng)用場(chǎng)景

　　4.5G通過提高網(wǎng)絡(luò)帶寬、提升網(wǎng)絡(luò)能力來支持更加豐富的新業(yè)務(wù)，為用戶帶來全新體驗(yàn)。隨著移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代的到來，很多移動(dòng)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)都面臨著容量需求激增和站址資源難尋的矛盾。而移動(dòng)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得4G網(wǎng)絡(luò)正以更快的節(jié)奏加速擁抱4.5G。

　　4.5G作為4G的平滑演進(jìn)，是人們進(jìn)入智能生活的重要推進(jìn)器，它將移動(dòng)通信首次帶入1Gbps時(shí)代，并傾力打造低時(shí)延、無處不在的全連接智能移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。3D MIMO作為5G Massive MIMO技術(shù)應(yīng)用于4.5G的一個(gè)重要特性，具有組網(wǎng)靈活、有效降低選址難度、增強(qiáng)覆蓋、降低干擾、提升容量等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為4.5G的核心技術(shù)。

　　Massive MIMO通過大量增加通信的天線數(shù)量，使得系統(tǒng)性能達(dá)到空前的高度，已經(jīng)成為5G無線通信的一個(gè)重要研究方向。5G作為4.5G的進(jìn)一步演進(jìn)，相對(duì)于4G而言，將會(huì)是一次極大的飛躍，它不僅僅意味著無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度得到了極大的提升，還將解決海量智能終端設(shè)備的接入問題。而另一方面，如何在有限的無線頻譜資源情況下，實(shí)現(xiàn)海量的物聯(lián)接入將是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)，也將成為未來5G行業(yè)應(yīng)用成功與否的關(guān)鍵。

　　為充分發(fā)揮多天線技術(shù)可通過擴(kuò)展空間傳輸維度而成倍提高信道容量的優(yōu)勢(shì)，大唐移動(dòng)持續(xù)在多天線技術(shù)的增強(qiáng)與優(yōu)化方面進(jìn)行了深入的研究。同時(shí)為了響應(yīng)國家TD-LTE通信產(chǎn)業(yè)布局發(fā)展需要的號(hào)召，大唐移動(dòng)已與國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界同仁攜手，共同推動(dòng)3D MIMO技術(shù)的研究發(fā)展，在測(cè)量和建立3D MIMO信道模型、建立和完善技術(shù)評(píng)估與仿真平臺(tái)、研究和提出新型的反饋設(shè)計(jì)與傳輸方案、研究和評(píng)估新型干擾控制機(jī)制、設(shè)計(jì)新型的3D MIMO天線、形成系統(tǒng)完整的解決方案，完成系統(tǒng)驗(yàn)證樣機(jī)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證等多個(gè)方面展開工作。2014年7月，大唐移動(dòng)聯(lián)合業(yè)內(nèi)伙伴，實(shí)現(xiàn)3D MIMO原型驗(yàn)證，證明3D MIMO原理可行，具備應(yīng)用前景。自2015年開始，大唐移動(dòng)著手啟動(dòng)3D MIMO商用設(shè)備的研發(fā)工作，已經(jīng)完成方案設(shè)計(jì)及算法研究工作，具備商用能力的設(shè)備將很快推向市場(chǎng)。

　　此外，作為IMT-2020（5G）推進(jìn)組的核心成員，大唐已經(jīng)在大規(guī)模天線、新型多址接入、超密集組網(wǎng)、高頻段通信、低時(shí)延高可靠、靈活頻譜共享等5G重點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破性進(jìn)展。在2015年的5G峰會(huì)上，大唐不僅向業(yè)界分享了5G系統(tǒng)框架和關(guān)鍵技術(shù)研究的最新進(jìn)展，還展出了業(yè)界首個(gè)支持128數(shù)字通道大規(guī)模天線系統(tǒng)的5G綜合驗(yàn)證系統(tǒng)。該系統(tǒng)可驗(yàn)證5G相關(guān)的通信技術(shù)和產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)技術(shù)，如支持128和256通道的大規(guī)模天線技術(shù)、PDMA圖樣分割非正交多址接入技術(shù)、U/C分離技術(shù)、業(yè)務(wù)本地化、RAN虛擬化等。通過搭建5G關(guān)鍵技術(shù)的硬件平臺(tái)和驗(yàn)證環(huán)境，大唐將進(jìn)一步推動(dòng)5G的技術(shù)儲(chǔ)備和標(biāo)準(zhǔn)研究工作，為技術(shù)走向產(chǎn)業(yè)夯實(shí)基礎(chǔ)。2016年3月，作為中國移動(dòng)的戰(zhàn)略合作伙伴，大唐成為了中國移動(dòng)聯(lián)合創(chuàng)新中心的首批成員單位，未來大唐將繼續(xù)與中國移動(dòng)在5G領(lǐng)域展開廣泛深入的合作，共推5G發(fā)展。