本文源自射頻學堂

Massive MIMO（簡稱作M-MIMO或者MM），作為5G的核心技術，是承載在AAU之上的，而AAU內部的天線陣列，則是實現Massive MIMO的最重要的載體。

本期，蜉蝣君將介紹其中的幾個基本概念：振子，天線，通道，流，MU-MIMO，SU-MIMO，及其之間的關聯。

1、什么是振子？

天線最基本的作用是進行能量傳播方式的轉換。對于基站發射的信號來說，天線把發射機的高頻振蕩電流轉換為可以在自由空間傳播的電磁波。

天線往外發射電磁波是通過內部的振子來完成的。單個振子的能力有限，發射方向也難以集中，因此天線一般是由多個振子疊加而成。

如上圖所示，天線打開外罩之后，就能看到其內排布著若干的X形狀的器件，這些就是振子，也叫天線單元（Antenna Elements）。一個X代表了+45°和-45°極化方向的兩個振子。

2、振子怎樣組成天線/天線陣列？

對于一般的天線來說，其內部是由多個振子組成的，通過這些振子上發射能量的疊加，天線增益可達13到17dBi。我們在畫天線示意圖時，總會在上面畫上一些X形符號，用來表示里面的振子。

對于5G AAU來說，由于廣泛采用了M-MIMO技術，其內部集成的天線采用的振子數量更多，多個振子整整齊齊地排列著，嚴陣以待，因此也稱作天線陣列。對于Sub6G頻段的AAU來說，業界一般采用192個振子。

天線振子雖多，但單個振子的能力太過弱小，并且如果每個振子都和AAU內部的功放連接獨立發送信號的話，實現上也過于復雜，因此業界一般3個振子或者6個振子劃為一組，成為邏輯上的單個天線。

以下圖的M-MIMO天線振子排布圖為例，水平方向共12行，垂直方向有8列振子，再加上±45°雙極化，一共就有12x8x2=192個振子。

每三個振子為一組，稱為一副天線，因此該M-MIMO AAU共有192/3=64個天線。如果每6個振子組成一個天線的話，該AAU就有192/6=32個天線。

目前業界主流的5G AAU均為192振子，有64天線和32天線這兩種型號，其中64天線的產品性能要更好一些。

既然如此，那為什么不都做64天線呢？這就要涉及到通道數和成本相關的考量了。

3、什么是通道？

天線數再多，也是無源器件，沒法直接發射信號。

因此，AAU需要將這些天線跟其內部的射頻鏈路相連，最終就形成了64或者32個可發射信號的通道。

Sub6G頻段的AAU采用全數字波束賦形，可以認為其天線數，發射通道數，功放（PA）數是一樣的。

顯而易見，天線數和通道數越多，AAU內部的功放數也就越多，對基帶資源的消耗也會越大，設備的成本也就越高。

因此，64天線的設備主要用于密集城區，在普通城區和郊區使用32天線就可以滿足需求了。

對于更為偏遠的地區，對容量的要求不高，主要解決覆蓋問題，這時甚至連Massive MIMO都不用了，直接上8端口RRU接上天線就行。

4、AAU內部采用了這么多振子、天線和通道，到底天線增益如何呢？

下面我們分為通道增益，波束賦形增益，以及業務增益這三個方面來說。

上面已經說過，單個通道一般是由3個或者6個振子組成的，這些振子產生的合成增益，就叫做通道增益。

波束賦形增益也叫陣列增益，通道數越多，波束賦形能力也就越強，增益相應的也就越大。其算法為：陣列增益=10Log（通道數/2）,之所以除以二，是因為這些通道的極化方向是不同的，一半+45°極化，另一半-45°極化，而極化是不能產生增益疊加的，因此只能按一半的通道數來算。

業務增益其實就是天線整體的最大增益，由通道增益和波束賦形增益相加得出。

一般來說，Massive MIMO的業務增益比普通天線要高3dB左右。下文將說到的由多發射通道，以及波束賦形帶來的多用戶多流傳輸能力，是M-MIMO的核心競爭力所在。

5、多用戶及空分流數

多用戶的空分流，直觀來說，是在空間中給不同的用戶使用不同波束來發送不同的數據流。

舉例來說，如果基站支持16流，就是基站能使用相同的資源，在空間中發送16路不同的數據。這16路數據可以分給8個用戶，每個用戶兩流（也就是2x2 MIMO），也可以分給16個用戶，每個用戶只有一流。這樣一來，雖然每用戶體驗的速率差別較大，但整個小區的吞吐量是可以達到峰值的。

這種多個用戶之間配對來復用相同的時頻資源來實現多流的技術就叫做MU-MIMO（多用戶MIMO），而一個用戶內部的多流則為傳統的SU-MIMO（單用戶MIMO）。

目前主流的5G手機能支持4天線接收，因此可以和基站形成最多4條獨立的傳播路徑，也就是對于單個手機來說，SU-MIMO最多可支持4流傳輸。

5G AAU可以同時實現MU-MIMO和SU-MIMO這兩種方式，最大化整個小區的流量。

好了，本期的內容就到這里，希望對大家有所幫助