519-5G NR中Massive MIMO的覆盖问题

1、5GNR中MassiveMIMO的覆盖问题先回顾下MIMO在LTE网络中的演进路线，表1做了一个总结。表1：LTE网络MIMO演进Release8Release9Release10Release11Release12Release13-2x2MIMO4TxDL-8TxTM8-8TxTM9-8TxTM10-4TxMIMOEnhancement-64TxFD-MIMO-4/8RxUL在LTERel13,已经指定了多达64根天线，包括用于MIMO传输的方位和垂直尺寸。最大CRS端口数为4个，最大CSI-RS端口数为16个，最大DMRS端口数为8个，每个UE最多支持8层传输。小区特定信道/信号的传输，

2、例如PBCH、SIB、CRS、PSS、SSS和PDCCH被假定为全方位的，以确保小区广覆盖。为了满足NR的性能要求，考虑在TRP时最多256Tx。目标是如何在不增加TRP发射功率的情况下提供与LTE类似的覆盖。表2列出了eMBB的一些关键部署场景的主要属性，如载波频率、系统带宽、站点间距离(ISD：inter-sitedistance)和天线配置。表2：各类部署场景的系统参数室内热点密集城区农村普通城区载波频率大约4G/30G/70GHZAround4GHz+Around30GHzAround700M/4GHz(ISD1)Around700M/2GHzcombined(ISD2)Around4

3、/30GHz系统带宽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)天线平面-室内单天线Twolayers-Around4GHzinmacrolayeronly-Botharound4GHz&30GHzmaybeavailableinmacroµlayersSinglelay

4、er-Hex.GridSinglelayer-Hex.GridISD站间距20m-Macrolayer:200m-3microTRPspermacroTRPISD1:1732mISD2:5000m500m发射天线元件Tx/Rx:upto256Tx/Rx:upto256-700MHzTx/Rx:upto64Tx/Rx:upto256-4GHzTx/Rx:upto256UE天线元件-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链路预算根据TR36.873,假设hBS=25m,hUT=1.5m,街道宽度W=20m,平均建筑高度h=20m,3DUMaBSUTNLOS的路径损耗模型如下：PL3D-UMa-NLOS=16104一7丄血】。(W)+75隔。(h一(24.37-3.屮叽回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这里阴影衰落标准差b=6.SF在现实环

6、境中,从室外到室内的穿透损耗在很大程度上取决于载波频率、墙体材料以及墙体数量。在1.9GHz和3.5GHz之间，一面墙的穿透损耗为35dB。考虑到现实环境中较为恶劣的传播条件，如从室外到室内的两面墙，在3.5GHz时存在610dB的穿透损耗间隙。LTERel13的链路预算和NR比较如表3所示，其中：由于NR较高的载波频率,后者假设穿透损耗增加6dB。在一般城区和密集城区部署中，为了获得与LTERel13相似的覆盖，NR需要额外的增益(约1728dB)。表3：LTE和NR链路预算比较LTERel.133D-UMaTR25.814NRUrbanMacroTR38.913NRDenseUrbanw/

7、MacroLayerOnlyTR38.913总发射功率(dBm)49.049.044.0载波频率(GHz)244系统带宽(MHz)20200200距离(m)500500200传输损耗(dB)125.06131.08115.53发射天线增益(dBi)(包括连接器损耗)1488接收天线增益(dBi)000渗透损耗(dB)2020+620+6阴影衰落(dB)7.697.697.69接收功率(dBm)=总功率+发射增益-传输损耗-渗透损耗-阴影衰落+接收天线增益-89.75-105.77-90.22白噪声(dBm/Hz)-174-174-174噪声系数999噪声功率（dB）-91.99-81.99-8

8、1.99有效的SINR（dB）=接收功率-噪声功率2.24-25.78-15.23GapofEffectiveSINRwithLTERel-13(dB)028.0217.47覆盖是NR的一个重要方面，特别是对于小区特定的信号/信道，例如PBCH、SIB、CRS、PSS、SSS和PDCCH。在高频部署由低频连接支持的场景中，PBCH、SIB、CRS和PDCCH可由低频TRP发射。无论高频连接器是否由低频连接器补充，都将要求每个高频TRP与LTE类似的方式发送它们自己的同步信号。将需要同步信号（即PSS、SSS），以便高频UE能够获得关于每个高频TRP的子帧和无线帧同步。在基于eMTC的LTERe

9、ll3中，为LTE信道和信号（如PBCH、PDCCH等）指定了基于重复的方案。然而，eMTC通常针对具有极低移动性和较低频带的部署场景。在高频段具有更高移动性的NR中，基于重复方案的性能将受到更严重的相位噪声和信道波动的影响。在这种情况下，即使重复进行联合信道估计也不能实质性地提高信道估计质量。此外，覆盖扩展的攻击性目标（例如超过20dB）需要不可接受的尝试次数，这将导致极高和不可接受的时延。结果，对于PDCCH，由于重复导致的时延太高，因此不能启用TTI级动态调度。最后，对于PSS/SSS等基于能量检测的信号，基于重复Repetition的方案也不适用。在LTERelll中CoMP功能，具有

10、单个物理小区ID的控制面信道/信号可以同时从多个TRP发送。这些信道/信号包括CRS/PDCCH/PBCH/PSS/SSS等，该方案被称为SFN，是一种著名的技术，特别是用于广播信号/信道的覆盖率。该方案通常假定基站密集部署和小区间干扰目标/TRP之间的干扰目标。考虑到密集城市是NR中的重要部署场景，SFN是在干扰受限场景中覆盖扩展的补充解决方案。功率提升（Powerboosting）是窄带同步和广播信号覆盖扩展的另一种选择。在这种方法中，可以使用全向传输以从PDSCH共享的增加功率来发送这些信号。功率提升值的确切限制取决于系统带宽和窄带信号带宽之间的比率，以及考虑潜在硬件实现。这种功率提升解

11、决方案具有一些优点，例如由于全向传输而在接收器处保持恒定功率，以及所需的最小预期规格工作。到目前为止，在LTE版本中，波束赋形技术已经广泛应用于专用（UE特定）信道/信号，包括PDSCH波束赋形和CSI-RS波束赋形。通过波束赋形获得的覆盖扩展与其阵列增益直接相关。对于小区特定信道/信号的传输，例如PBCH、SIB、CRS、PSS、SSS和PDCCH,波束赋形是克服NR中高传播损耗的另一种方法。考虑由N个波束覆盖的扇区（例如，N=16个DFT向量）。每个UE仅选择最强的M（例如M=1、2或3）波束进行组合。在这种情况下，与基于重复的方法相比,基于波束的方法对相位噪声、高迁移率等的敏感度要低得多

12、。下面的图1显示了一个直观的说明。图1：基于波束接入在图2中，比较了基于波束的接入和基于重复的接入性能。对于基于重复的接入，PBCH以16次重复进行传输，与传统PBCH传输相比产生约8db增益。对于基于波束的接入，依次发送不同预编码的波束赋形PBCH，选择最佳波束进行PBCH检测。与传统的PBCH传输相比，可以获得超过lldb的增益。详细的模拟假设和参数见附录。从仿真结果可以看出，基于波束的接入比基于重复的接入性能提高了3db以上。因此，在信噪比条件下，基于波束的传输比基于重复的传输更有效。aICi1410图2：基于波束和基于重复的传输模型PBCT16曲删1晒剖阳|刑0耐0E3rrafErmdPBCMlwilhItiTxPBOSadriHinrialrEpElhyniri附录:模拟假设的参数ParameterValueCarrierFrequency2GHzChannelModelRayleighmodelVelocity3km/hTransmitAntennaConfigurationBeambasedscheme: