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TechnicalFeature 技术特写

利用GaN实现6GHz以下的

5G大规模MIMO

Realizing 5G Sub-6-GHz Massive MIMO Using GaN

David Schnaufer、Bror Peterson，Qorvo

据 估计，到2021年，拥有移动电话的人数 MIMO基础
（55亿）将会超过自来水用户的数量（53
每一代无线技术都利用天线技术的进步来
亿）。极耗带宽的视频将进一步增加对移动网 提高网络速度。3G使用单用户MIMO，后者利
1
络的需求，占移动通信流量的78%。 使用大 用多个同步数据流将数据从基站传输给单个用
规模多路输入、多路输出（MIMO）技术的5G 户。4G系统中主要采用多用户MIMO技术，它
网络将成为能否支持这种增长的关键。根据 为不同的用户分配不同的数据流，提供远优于
Strategy Analytics预测，到2023年，5G移动连接 3G的容量和性能。5G将引入大规模MIMO，进
预计将从2019年的500万增长到近5.77亿。 2 一步提高容量，并提供高达20Gb/s的数据速率。

大规模 M IMO
64 Tx 和 64 R x 5G大规模MIMO说明
阵列天线 5G宣称能够提高网络容量和数据速率，同
• 更多有源天线元件
• 能量更集中 时尽可能降低运营费用。用户也更希望无线数
• 更少干扰 据服务的质量能够达到有线水平。
• 更多空间复用层
5G大规模MIMO可以帮助运营商实现这些目
• 更大的蜂窝吞吐量和覆盖范围
标。它将为许多用户提供高数据速率，帮助提高容
• 同时服务大量用户
• 引入二维波束成形 量。它不需要额外的频谱，即可支持实时多媒体服
务。此外，大规模MIMO利用波束赋形（将来自多
个天线的信号聚合成单个强波束的技术），向单个
用户定向发送信号，以此降低能耗。

空间复用和大规模MIMO的优势
图1：大规模MIMO能带来多项优势，例如空间复用。
大规模MIMO技术采用大型天线阵列（一般

由64个双极化阵列组件组成，最少16个）来实
现空间复用（图1）。空间复用在相同的资源模
大规模 M IMO 块中提供多个并行的数据流。通过扩展虚拟信
道的总数，它可以在不额外增加塔站和频谱的
在空间复用中，利用大规模 M IMO
提高数据速率 情况下提升容量和数据速率。
在空间复用中，每个空间信道都携带独立
1 层 信息（图2）。如果传播环境中散射足够丰富，
在分配的相同带宽中会生成许多独立的子信
2 层 道，从而在不需要额外的带宽或电力成本的情
M IMO
预编码 况下，实现多路复用增益。多路复用增益也指
信号空间分布的自由度；在大规模MIMO配置
N 层
中，自由度控制系统的整体容量。 3
采用大规模MIMO之后，多个天线将传输和
发射天线 接收信号集中到较小的空间区域，从而大大提
高吞吐量和能源效率。数据流越多、数据速率
越高，辐射功率的使用效率也越高。这种方法
也提高了链路的可靠性。天线的增加意味着在
图2：采用大规模MIMO的空间复用中的每个信道都携带独立信息。 空间分集方面拥有更高的自由度。它可以提高

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