MIMO 是利用頻譜效率實(shí)現(xiàn)高吞吐量、寬覆蓋范圍以及改善用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)。MIMO 系統(tǒng)配備了更多的射頻鏈和多個(gè)天線陣列，以增加大規(guī)模部署的網(wǎng)絡(luò)容量，并通過(guò)波束成形技術(shù)為多用戶提供服務(wù)。得益于TMYTEK毫米波MIMO解決方案，它可以快速將理論轉(zhuǎn)化為原型。該解決方案具有重新構(gòu)建波束成形測(cè)試平臺(tái)以形成多組陣列天線前端的靈活性，能夠進(jìn)行大規(guī)模MIMO天線矩陣測(cè)試平臺(tái)，并為波束成形管理提供算法開發(fā)平臺(tái)。SPI控制功能實(shí)現(xiàn)了滿足3GPP要求的超低延遲波束切換。

MIMO（多輸入多輸出）是一種能夠?qū)崿F(xiàn)更高吞吐量和鏈路可靠性的無(wú)線電技術(shù)。通過(guò)在發(fā)射器和接收器端部署多個(gè)天線，利用更高的頻譜效率，以及減少信號(hào)衰落和提高SNR的多路復(fù)用散射效應(yīng)，特別是對(duì)于毫米波頻段通信。

MIMO有兩種類型：SU-MIMO（單用戶MIMO）可以僅將多個(gè)數(shù)據(jù)流傳輸?shù)揭粋€(gè)設(shè)備，以提高吞吐量和可靠性，MU-MIMO（多用戶MIMO）可以同時(shí)向多個(gè)設(shè)備發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)流，以改善用戶體驗(yàn)，提供持續(xù)可靠的通信并減少延遲。

大規(guī)模MIMO是射頻鏈和多個(gè)天線陣列的擴(kuò)展和聚合，以最大限度地提高空間多樣性和多路復(fù)用，以傳輸多個(gè)獨(dú)立信號(hào)。這種方法可以顯著提高吞吐量和覆蓋范圍。關(guān)鍵是采用波束成形技術(shù)來(lái)管理天線陣列輻射的波束，能夠同時(shí)將不同的波束傳輸給不同的用戶。

波束成形是一種先進(jìn)的天線技術(shù)，可調(diào)整相位和增益以將信號(hào)聚焦在特定方向上。它可以提高對(duì)不同用戶的范圍和數(shù)據(jù)速率，同時(shí)減少來(lái)自非目標(biāo)區(qū)域/設(shè)備的干擾。波束成形是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模MIMO和MU-MIMO的關(guān)鍵技術(shù)。

毫米波通信系統(tǒng)架構(gòu)

采用多個(gè)波束成形系統(tǒng)可以輕松構(gòu)建MIMO開發(fā)平臺(tái)，并且空中接口可控，以輻射設(shè)計(jì)的波束模式?；鶐?開發(fā) 人員 可以 從 該 MIMO 解決 方案 中受益， 因?yàn)樗?允許 試驗(yàn) 用于 5G NR 毫米波 系統(tǒng) 的 高級(jí) 波束 管理 算法， 例如 波束 控制 和 波束 跟蹤。在 該 毫米波 通信 系統(tǒng) 中， 它 簡(jiǎn)單 地 演示 了 具有 不同 組 件 的 波束 成形 架構(gòu) 和 MIMO 系統(tǒng)：TMYTEK MIMO解決方案作為關(guān)鍵組件發(fā)揮著重要作用，例如頻率上/下變頻器 - UDBox，波束成型前端 - BBox和陣列天線 - AAkit。

模擬波束成形使用具有不同天線的移相器來(lái)形成天線陣列，以便能夠控制波束 在不同的方向上使用相同的信號(hào)源。

這種模擬前端的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)多個(gè)相對(duì)低成本的天線元件改善覆蓋范圍，但 僅采用單個(gè)射頻鏈。這通常適用于在密集區(qū)域部署毫米波小基站以覆蓋死區(qū) 區(qū)。

了解有關(guān)產(chǎn)品的更多信息：UDBox & BBox 5 個(gè)天線元件的 16G 和 5 個(gè)天線元件的 BBox Lite 4G 高級(jí) SPI 快速控制功能：符合 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)的波束切換：基于 BBox 的 SPI 控制

數(shù)字波束成形是在基帶中應(yīng)用波束成形算法進(jìn)行數(shù)字移相器控制，用于每個(gè)單獨(dú)的RF鏈，來(lái)自不同的信號(hào)。

基帶工藝的優(yōu)勢(shì)在于，它可以實(shí)現(xiàn)靈活的數(shù)字波束成形，并有利于MIMO通過(guò)多個(gè)RF天線路徑使用空間復(fù)用。這種方法通常用于天線較少的室內(nèi)RF1系統(tǒng)，因?yàn)镽F鏈的成本要高得多。

混合波束成形結(jié)合了數(shù)字和模擬波束成形，后者在 基帶并形成天線陣列發(fā)射的輻射方向圖。

這種先進(jìn)的架構(gòu)可以提高成本和能源。它最大限度地減少了射頻鏈，降低了總功率 消耗和設(shè)計(jì)復(fù)雜性。它也可以應(yīng)用于傳輸不同數(shù)據(jù)的大規(guī)模MIMO和MU-MIMO 同時(shí)將光束流式傳輸并引導(dǎo)到不同的用戶。FR2毫米波頻段需要該解決方案 應(yīng)用。

例如，2x2 MIMO 混合波束成形：2 個(gè) UDBox 分別與 16/4 天線元件的 BBox 連接，用于 4x4：3D/1x4：2D 波束成形。

毫米波波束成形和大規(guī)模 MIMO

在將5G通信擴(kuò)展到毫米波頻段的過(guò)程中，出現(xiàn)了一個(gè)重要的問題。如何將波束成形和大規(guī)模MIMO技術(shù)集成到基站的運(yùn)行中？本文將討論這一重要主題。由于毫米波的高衰減特性，波束成形成為毫米波通信的關(guān)鍵技術(shù)。波束成形具有增加傳輸距離和減少不同射頻信道之間干擾的優(yōu)點(diǎn)。然而，在部署到5G通信時(shí)，它仍然需要改進(jìn)。高溫、功耗、硬件成本等問題都是需要進(jìn)一步解決的話題。

毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)需要結(jié)合大量的 天線、復(fù)雜算法和波束控制。用大 天線數(shù)量多，無(wú)線電信號(hào)集中在一個(gè)小 空間面積，為特定用戶形成較窄的光束。這可以 顯著提高傳輸容量并減少干擾 鄰近用戶。隨著5G NR網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，大規(guī)模MIMO已經(jīng) 成為 5G NR 部署的關(guān)鍵。作為天線數(shù)量 增加，基站和用戶的設(shè)計(jì)和實(shí)施 為了協(xié)調(diào)MIMO操作，設(shè)備將更加復(fù)雜。所有這些進(jìn)步對(duì)于改善用戶體驗(yàn)至關(guān)重要。

如圖1所示，TMYTEK和NI合作提供的毫米波大規(guī)模MIMO解決方案包。該系統(tǒng)由四個(gè)部分組成：波束成形器（或喇叭天線）、上/下變頻器、射頻收發(fā)器和MIMO處理器。該系統(tǒng)目前在基站最多支持128個(gè)信道，可以同時(shí)支持12個(gè)用戶。它還能夠進(jìn)行快速的三維波束成形控制。

TMYTEK提供的波束成形器和上/下轉(zhuǎn)換器被命名為BBox One和UD Box。BBox One有16個(gè)獨(dú)立的射頻通道。通過(guò)控制每個(gè)通道的相位和幅度，它可以在水平和垂直方向上實(shí)現(xiàn)高達(dá)90度的光束控制范圍。如下圖2（a）所示。BBox One有兩種頻率版本：28 GHz和39 GHz。另一款產(chǎn)品UD Box是一款寬帶上下變頻器。中頻的頻率范圍為 0.01 至 14 GHz，射頻的頻率范圍為 24 至 44 GHz，如下圖 2（b） 所示。此外，TMYTEK還專門為5G頻段制造喇叭天線，如圖2（c）所示。

TMYTEK認(rèn)為，技術(shù)訣竅的積累以及大規(guī)模MIMO和波束成形的應(yīng)用是使能5G/B5G毫米波通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。TMYTEK希望構(gòu)建毫米波大規(guī)模MIMO的原型，以幫助研究和系統(tǒng)開發(fā)。該系統(tǒng)可用于廣泛的研究領(lǐng)域，包括算法研究、毫米波場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和驗(yàn)證、RU系統(tǒng)開發(fā)......等，以進(jìn)一步提升和加強(qiáng)通信世界。

編輯：黃飛

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