3D MIMO蜂窝网络研究报告（2021）

3D MIMO蜂窝网络 研究报告（2021年）中国通信学会2022年3月 版权声明 本前沿报告版权属于中国通信学会、哈尔滨工业大学（深圳）、重庆邮电大学、兰州大学，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国通信学会、哈尔滨工业大学（深圳）、重庆邮电大学、兰州大学”。违反上述声明者，本学会将追究其相关法律责任。 专家组和撰写组名单 专家组： 组长： 陈前斌 重庆邮电大学 副校长 副组长： 周继华 航天新通科技有限公司 副总经理 周喜川 重庆大学通信工程学院 副院长 Xiaoli Chu 谢菲尔德大学 教授 Jian Yang 查尔姆斯理工大学 教授 成员： 姓名 单位 职务 金龙 兰州大学 教授 李华青 西南大学 教授 Hongying Meng 布鲁内尔大学 教授 汪洋 哈尔滨工业大学（深圳） 副教授 王洋 重庆邮电大学 教授 廖希 重庆邮电大学 副教授 邵羽 重庆邮电大学 副教授 撰写组(按单位排名) 单位 姓名 哈尔滨工业大学（深圳） 李华福，白浩杰，王启明 重庆邮电大学 叶志红，胡韬，王森 兰州大学 张嘉政 前 言 现今微博与微信等社交网络，抖音和快手视频流等应用程序正在推动新的社交互动、对话、交流和协作形式，其中大多数都是依赖于蜂窝移动通信网络，这些新兴的应用场景导致了移动流量需求呈现指数级增长。现有预测表明无线网络业务量将在未来10年内增长1000倍。特别是近两年，无线网络发展呈现出热点更热的趋势，20%的区域已经承载60%~70%的流量。有效提升移动网络容量是满足未来无线通信业务需求的重要保障，同时也是未来无线网络设计面临的主要挑战。近年来广受关注的3D MIMO技术在提升热点场景传输容量方面具有巨大潜力。3D MIMO可以通过垂直维度的通道隔离实现不同通道内所含天线振子的独立电调，完成垂直维度的波束赋型。通过密集部署带有3D MIMO天线阵列的蜂窝基站，能够有效地利用空间维度提升整网容量增益。 人工智能技术与应用委员会 2022年3月 目 录 一、3D MIMO概述 .............................................................................. 1 （一）场景需求.............................................................................. 1 （二）基本原理.............................................................................. 3 （三）国内外研究现状 .................................................................. 4 （四）标准化和产业化现状 .......................................................... 8 二、3D MIMO关键技术..................................................................... 10 （一）信道测量与特性分析 ........................................................ 10 1.1 室内走廊毫米波信道测量与特性 .................................. 11 1.2 室内3D MIMO毫米波信道测量与特性分析 ............... 13 （二）毫米波天线设计 ................................................................ 14 2.1 毫米波双频圆极化微带天线.......................................... 14 2.2 毫米波三频双圆极化SIW天线 .................................... 15 （三）三维空间调制 .................................................................... 17 3.1 广义三维空间散射调制技术.......................................... 17 3.2 广义极化空间调制技术 ................................................. 18 3.3 自适应空间散射调制技术 ............................................. 19 3.4 偏振空间散射调制技术 ................................................. 20 3.5 室内信道三维空间调制技术.......................................... 21 （四）网络优化配置 .................................................................... 22 4.1 优化配置标准化进程 ..................................................... 22 4.2 蜂窝网络优化配置方法 ................................................. 23 （五）波束成形............................................................................ 26 三、结束语 ........................................................................................... 27 参考文献 ............................................................................................... 28 图目录 图 1 应用场景示例 ........................................................................ 2 图 2 3D-UMa和3D-UMi场景示意图 .......................................... 2 图 3 (a)阵列分组架构，(b)阵列连接架构 ..................................... 3 图 4 室内走廊和楼梯毫米波信道测量 ....................................... 11 图 5 测量原理及平台 .................................................................. 13 图 6 时延与三维空间角度联合提取结果 ................................... 14 图 7 双频微带天线结构与性能 .................................................. 15 图 8 毫米波三频双圆极化SIW天线 ......................................... 16 图 9 基于模拟移相网络的广义三维SSM系统模型 ................. 18 图 10 GPSM发射机框图 ............................................................. 18 图 11 ASSM的系统模型 ............................................................. 20 图 12 PSSM的系统模型 .............................................................. 21 图 13 三维信道测深仪及测量环境 ............................................ 21 图 14 具有三个相邻小区的3D MIMO网络结构 ...................... 24 图 15 混合多小区协作优化策略 ................................................ 25 表目录 表 1 3D MIMO产品架构 ............................................................... 9 缩略语 3D Three-dimensional 三维 3D SM 3D Spatial Modulation 3D空间调制 AAS Active Antenna System 有源天线系统 ASSM Adaptive Spatial Scattering Modulation 自适应空间散射调制 BD Block Diagonalization 块对角化算法 BD-DFT Block Diagonalization-DFT 块对角化 BS Base Station 基站 CSI Channel State Information 信道状态信息 CST Conventional Single-cell Transmission 单小区传输 D2D Device-to-Device 端到端 DFT Discrete Fourier Transform 离散傅里叶变换 DP Dual-Polarized 双偏振 DPC Dirty Paper Coding 脏纸算法 GCPW Coplanar Wavegide with Ground 接地共面波导 GPSM Generalized Polarization Space Modulation 广义极化空间调制 HPBW Half Power Beamwidth 半功率波瓣宽度 IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers 电气与电子工程师协会 ITU International Telecommunication Union 国际电信联盟 LNA Low Noise Amplifier 低噪声放大器 LOS Line-of-Sight 视距 MIMO Multiple-Input Multiple-Output 多输入多输出 ML Maximum Likelihood 最大似然 MMSE Minimum Mean Square Error 最小均方误差 NLOS Non-Line-of-Sight 非视距 NMT Network MIMO Transmission 网络多输入多输出传输 PA Power Amplifier 功放 PLE Path Loss Exponent 路径损耗指数 PolarSK Polarization Shift Keying 偏振移键控 PSSM Polarized Spatial Scattering Modulation