3D-MIMO技術在校園場景中的應用研究

熊 飛，尹曉丹

（湖北郵電規劃設計有限公司，湖北 武漢 430016）

1 技術特點

3D-MIMO采用64通道和128天線陣元實現資源空分復用，可在水平和垂直兩個維度動態調整信號方向，使信號能量更集中、方向更精準，并支持多用戶在相同資源上并行傳輸，從而提升小區吞吐量和邊緣用戶速率[1]。

1.1 多用戶MIMO提升小區吞吐量和頻譜效率

多個終端間通過空分隔離促使基站區分出不同終端的發射信號，形成虛擬MIMO傳輸。其中，滿足條件的終端可采用相同時頻資源傳輸[2]。

MU-MIMO技術可使小區內可用的頻域資源成倍增加，提升小區平均吞吐量。對于3D-MIMO技術，上行最多支持8流傳輸，上行頻譜效率最多提升7倍，峰值速率從15 Mb/s提升到120 Mb/s；下行最多支持8流傳輸，下行頻譜效率最多提升4倍，峰值速率從110 Mb/s提升到370 Mb/s[3]。

1.2 大規模天線提升用戶數量

通過大規模天線實現三維立體覆蓋，可有效降低對鄰區的干擾，提升邊緣用戶感知和用戶數量。

2 應用效果

2.1 覆 蓋

當3D-MIMO小區1倍于傳統TDD宏站用戶數，且3D和TDD小區完全同覆蓋（同功率、同下傾角及同方位角）設置時，對比測試結果如表1所示。

表1 指標統計對比分析

由表1可知，3D小區1倍于傳統TDD宏站用戶數時，RSRP和平均下載速率相比傳統8T8R TDD宏站提升明顯。具體地，覆蓋率RSRP大于-110 dBm的采樣點占比提升了16.5%，平均RSRP提升了6 dBm，平均下載速率提升了9.9 Mb/s。

2.2 小區容量

提取13時、14時和15時的上、下行平均速率指標進行對比。如圖1、圖2所示，3D相對于TDD小區，上行平均速率由0.1 Mb/s提升至0.3 Mb/s，提升約3倍；下行平均速率由2.3 Mb/s提升至6.1 Mb/s，提升幅度約3倍。

圖1 小區級上行平均速率對比

圖2 小區級下行平均速率對比

2.3 用戶速率

選點原則為TDD小區的好點、中點和差點，促使3D小區的工程參數（方位角、下傾角及掛高）與TDD一致，并在相同的地點對比測試。測試目的是對比3D和傳統TDD小區在業務感知方面的效果。測試選取3個同樣的測試點進行3D和TDD的FTP上傳和下載測試，對比測試結果如表2所示。

由表2可知，好點增益為5.6 Mb/s，中點增益為10 Mb/s，差點增益為8.8 Mb/s。

2.4 功耗情況

采用3D-MIMO后，小區容量提升約3倍，設備數量未提升，故功耗未明顯提升。若采用傳統的載波擴容或小區分裂擴容的方法提升相同的容量，設備數量需達到現有設備數量的3倍，且功耗基本為現有設備功耗的3倍。因此，采用3D-MIMO相較于傳統方式擴容可節能約2/3。

3 結 論

3D-MIMO解決方案在網絡性能提升、頻譜效率提升、覆蓋能力增強及大話務壓力下流量釋放等方面的優勢，可大大提升用戶體驗。

（1）容量提升：高校大話務場景下部署3D-MIMO后，相比原TDD小區流量提升約3倍。

（2）覆蓋提升：3D-MIMO通過三維波束賦形，有效提升了覆蓋能力。

（3）體驗提升：3D-MIMO幫助突破了網絡感知瓶頸，確保了更佳的用戶體驗；當網絡高負荷時，傳統8T8R TDD宏站無法滿足用戶業務體驗的需求；借助3D-MIMO更高的頻譜效率，在接入用戶是傳統宏站2倍以上的情況下，可確保用戶上、下行感知要求，突破了用戶感知瓶頸。

（4）節能提升：采用3D-MIMO相較于采用傳統方式擴容，可節能約2/3。

本文是3D-MIMO在校園高話務場景應用下的初步實踐，后續將在高校、商圈、交通樞紐及熱點景區等容量受限的高價值區域實踐。通過進一步擴大3D-MIMO技術的商用部署試點，持續釋放3D-MIMO的技術潛力和價值，增大電信LTE網絡厚度，從而充分保障用戶感知。

表2 測試結果