5G不僅是通信技術的變革，更是一場端到端的跨行業(yè)革命。5G進程的加速，必將更快地迎來萬物互聯的新時代。

為了給消費者帶來更多、更好、更滿意的體驗，國內運營商的5G網絡建設將以實現連續(xù)覆蓋為最終目標。在頻率的使用上，國內運營商的5G網絡商用頻段將以2.6GHz和3.5GHz中低頻段為主、4.9GHz高頻段為輔進行室外網絡覆蓋建設。運營商將以宏基站獨立組網實現連續(xù)廣覆蓋作為5G建網的主要策略。

在中低頻段，Massive MIMO（4G時代為3D MIMO）等新技術的引入，使得5G網絡與4G網絡共站址部署具有較高的可行性，經測算，4G、5G網絡共站址部署在中低頻段可以達到近似的覆蓋目標。因此，相較4G時期，采用中低頻段進行5G宏基站建設的總基站數量不會大幅增加。為了達到這種近似的覆蓋目標，Massive MIMO等新技術的引入將必不可少。

同時隨著5G網絡的快速部署建設，5G用戶快速發(fā)展，未來5G網絡面臨熱點更熱、用戶體驗訴求強烈以及特殊場景深度覆蓋困難等問題，這時通過Massive MIMO技術可顯著增加收發(fā)天線通道，獲得更高的分集和干擾抑制增益，從而顯著提升系統性能。MIMO技術相對傳統的普通天線系統來說，能夠大大提高頻譜利用率，使系統在有限的無線頻帶下傳輸更高速率的數據業(yè)務。

從全球來看，世界各主要市場基本都將3.5GHz頻段列入到5G候選頻段中，該頻段有望成為全球主流5G頻段，在全球市場產生規(guī)模效應。從當前的國內測試以及運營商的主流意見判斷，預計國內5G網絡建設將以獨立組網為主，3.5GHz頻段也有望成為國內5G商用的主流頻段。

根據無線信號傳輸模型，頻率越高的電磁波穿透性越好，但是其穿透損耗大、衰減快、繞射能力弱，所以5G基站在使用高頻段時，其覆蓋范圍要比2G基站和4G基站小很多。2G時期1個基站（900MHz頻段）可以覆蓋的區(qū)域現在需要2個以上的5G基站進行覆蓋，這給網絡建設帶來了很大的沖擊。運營商在4.9GHz高頻段進行連續(xù)、高速的網絡覆蓋，需要投入巨大的資源和成本來建設5G網絡。

在初期國內5G部署以宏基站廣覆蓋為主，網絡容量需求不具有迫切性，5G的建網思路與4G時期一致，仍將以部署宏基站實現城區(qū)的連續(xù)廣覆蓋為主要策略。在業(yè)務需求大規(guī)模爆發(fā)前，國內市場5G網絡覆蓋的優(yōu)先級會大于容量，因此，宏基站與小基站相結合的超密集組網預計在5G網絡實現連續(xù)覆蓋以前不太可能大規(guī)模出現。

根據工信部公布的中國5G頻段使用規(guī)定，3400~3600MHz和4800~5000MHz可以作為室外頻段使用，未來5G連續(xù)覆蓋盡可能采用較低頻段，以降低建網成本，因此3400~3600MHz將是5G實現連續(xù)覆蓋的首選頻段。3.5GHz頻段衰減比2.6GHz大4dB，5G下行可以通過多天線以及增加發(fā)射功率來達到4G同等覆蓋水平，但是上行方面手機終端的天線數量和發(fā)射功率均受到較大限制，因此上行覆蓋要達到4G同等水平需要增加物理站址，縮小小區(qū)半徑。目前密集市區(qū)4G站間距高達300米以內，要進一步增加物理站址難度很大。

5G關鍵技術Massive MIMO通過改變天線及射頻陣列格局，單面天線中可集成64個、128個甚至更多的天線振子。5G基站將采用大規(guī)模多天線技術，該技術能夠通過不同的維度（空域、時域、頻域、極化域等）來提升5G頻譜利用率。根據目前的5G測試結果來看，采用64通道的Massive MIMO技術是各個設備商的主流選擇。一般認為通道數越多，網絡的性能越高，但3.5GHz頻段的天線產品很難做到特別的小型化。因此，綜合產品性能、成本和上站難度考慮，預計3.5GHz頻段的商用5G基站將以64通道為主，不同場景可選用不同的使用方案，如圖1所示。

圖1 不同場景選用不同的Massive MIMO使用方案

為了實現在3.5GHz頻段下5G網絡與4G網絡共站址部署，5G基站和終端都需要更大的發(fā)射功率以彌補工作頻段升高帶來的覆蓋損失。根據目前3GPP的標準進展情況判斷，工作在3.5GHz頻段的基站和手機終端都有望具備更高的發(fā)射功率。從目前的技術研究和各公司的產品路標看，預計2020年5G正式商用時，基站將有望在支持下行64通道、工作在100MHz帶寬時實現最高200W（即53dBm）的發(fā)射功率，手機終端發(fā)射功率相較4G時期預計也有望增長一倍，達到400mW（即26dBm）。更大的發(fā)射功率可在一定程度上彌補由于5G工作頻段升高帶來的網絡上下行覆蓋損失。

為了彌補上行覆蓋受限的問題，5G采用全新空口技術來提升網絡性能和覆蓋能力。由5G鏈路預算可知，由于手機終端發(fā)射功率有限，5G網絡的覆蓋范圍主要受限于上行。當宏基站部署在室外，用戶在室內時，無線信號需穿越墻體，造成信號衰減，此時基站覆蓋范圍最小。5G時代，一般約定當終端的上行速率下降到2Mbit/s時為小區(qū)的覆蓋邊緣。根據此約定，通過鏈路預算分析，可發(fā)現工作在3.5GHz頻段的5G上行覆蓋可達200米。如果考慮目前尚未完成標準化的未來5G全新幀結構設計，預計上行的覆蓋距離還將更遠。

根據目前的標準進展和測試情況判斷，采用Massive MIMO的5G基站不但可以通過復用更多的無線信號流提升網絡容量，還可通過波束賦形大幅提升網絡覆蓋能力。波束賦形技術通過調整天線增益空間分布，使信號能量在發(fā)送時更集中指向目標終端，以彌補信號發(fā)送后在空間傳輸的損耗，大幅度提升網絡覆蓋能力。

Massive MIMO的技術優(yōu)勢在于可同時提升覆蓋和容量，降低高頻建網成本。

圖2 Massive MIMO的技術優(yōu)勢

目前的4G系統，由于工作在較低頻段，難以在終端中大幅增加天線數量，從而導致終端峰值速率提升受限?？赏ㄟ^空間分集、空間復用和波束賦形等技術，重點挖掘增強基站覆蓋、提升基站容量（吞吐量）和提高服務質量（服務用戶的速率，尤其是邊緣用戶）等方面的能力。Massive MIMO正好解決了特定區(qū)域的這些問題。

結束語

3D?MIMO是把5G技術應用到4G網絡的典型案例和成功實踐，相比現有4G技術，采用Massive MIMO技術的5G基站小區(qū)下行和上行平均吞吐量分別是現有4G基站的2~5倍和2倍。該技術既有效解決了4G存在的“三高一限”嚴重制約用戶體驗的現實問題，也將為移動互聯網應用的規(guī)模發(fā)展提供有力的技術支撐，可極大滿足5G時代用戶密集區(qū)域的流量業(yè)務需求。

目前現網TD-LTE 8天線宏站可以支持4流空分復用，而Massive MIMO引入大規(guī)模陣列天線技術，使得空域16流、32流、64流或更多流復用成為可能。在熱點區(qū)域，用戶數多且用戶在三維空間分布范圍大，結合精確的信道估計、用戶配對算法，既可實現空域16層及以上的視頻資源空分復用，讓無線網絡的頻譜效率再上一個臺階，又可以克服5G上下行覆蓋的不平衡性，拓展網絡覆蓋能力。