天线结构对MIMO传输的影响

一维天线端口布局可以提供比相同天线端口数的二维天线端口布局更好的性能，如下图所示：

800-900MHz下的典型现有17dBi天线尺寸：2.6m。

一维1x16天线阵列比部署的大多数宏天线小得多，1x16天线在2GHz时长约1.2米，比目前典型的2米长天线短1.7倍。当频率大于2GHz时，它会更小。

MIMO系统在NR中采用多面板结构组合，特别是在高频段。从建模上进行考虑，包括以下几个方面问题：

• 一些室外场景和室内热点的基站天线阵列结构

• UE天线阵列结构

• 室内TRP和宏微TRP的BS天线单元方向图选择

NR MIMO系统的2个潜在天线结构

封装天线（AIP：Antenna in package）由于其易于实现和成本低廉，特别是在高频段，是一种很有前途的NR天线集成解决方案。具体地说，TRP可以由多个天线面板组成，其中多个RFIC集成在每个天线面板中。通过AIP技术，一个RFIC可以具有多个天线单元，例如8、16等。通常，由于在一个面板中具有相同极化的天线单元在垂直尺寸或水平尺寸上等距分布，因此相对于来自不同天线面板的两个相邻天线单元之间的空间，在一个阵列中存在两个潜在的天线结构。

1） “均匀面板阵列：Uniform panel array”：相同极化的天线单元在一个维度上均匀分布在整个面板阵列上，使得来自不同天线面板的两个相邻天线单元之间的空间与同一面板中的天线单元之间的空间相同，如图1（a）所示，其中 dH=dedge,H 和dV=dedge,V。

2） “非均匀面板阵列：Non-uniform panel array”：同一极化的天线单元在一个维度上以多个面板的形式非均匀分布，使得来自不同面板的两个相邻天线之间的空间大于同一面板中的天线之间的空间，如图1（b）所示，其中dH<dedge,H 和dV<dedge,V。

对于均匀的天线结构，相干MIMO传输技术可以很容易地实现。从LTE的Rel8到Rel13，除了传输分集外，几乎所有的MIMO传输技术都与相干传输有关。此外，LTE/LTE-A中的码本是针对在一个极化方向上具有均匀间隔的天线单元的天线阵列设计的。

对于非均匀天线结构，与均匀天线结构相比，在天线单元数相同的情况下，可以增大MIMO系统的孔径。因此，在NR MIMO系统中，可以考虑在适当的距离内分离天线面板，并且可以通过降低天线之间的相关性来获得性能增益。此外，这种结构提供了根据需要动态增加面板数量的灵活方式，特别是当面板边缘的空间大于面板内两个相邻天线单元之间的距离时。

天线结构对MIMO传输的影响

可以假设天线面板内的TXRU将使用相同的本地振荡器，并且理想地同步。因此，同一面板中的不同天线单元不会相对彼此在相位上漂移。然而，在不同面板之间，由于每个面板的不同PLL/ADC或独立本地振荡器，可能存在恒定的相对相位或时变的相对相位。它不同于传统的MIMO系统，在所有TXRU中都有理想的同步假设。

如果从不同的天线面板虚拟化不同的天线端口，并且来自不同面板的天线端口在转向不同方向时形成波束，则QCL假设可能不再成立。这是因为对于给定的到达/离开方向，不同的波束控制将导致不同的平均信道增益，而不同的波束控制可能会受到不同的反射和折射，从而导致不同的平均信道时延，由于不同的波束，在给定的到达/离开方向上，多径上会有不同的振幅。此外，当不同天线面板之间存在时变相对相位时，不同天线端口的频率偏移可能不同。

由于天线端口之间的QCL假设不再成立，具有较少QCL约束的MIMO传输机制应设计为NR.非相干MIMO传输，不同的数据流来自部分天线元件（例如：从不同的天线面板）是一种方式，支持多个QCL天线端口同时工作。

 

多面板结构的天线间距不均匀，因为面板之间的天线间距不同于面板内的天线间距。因此，LTE/LTE-A中基于ULA/UPA（uniform Line Array/uniform planer Array）设计的传统码本是不合适的，这可能导致波束失真和波束增益降低。

此外，如果天线面板放置在不同的位置，则很难使用单个波束指向UE。可以考虑基于多波束传输的码本设计。

天线建模的主要问题

除上述问题外，天线建模仍然是NR评估中需要解决的问题。

3GPP 定义了天线阵列结构的一些部署场景和频段。天线阵列结构有以下几个方面：

• （M, N, P, Mg, Ng）：其中M是一个面板中一个极化的垂直天线单元数，N是一个面板中一个极化的水平天线单元数，P是极化数，Mg和Ng分别是垂直和水平域中的面板数。

• 面板间距（dg,H, dg,V）：其中dg,H和dg,V分别是水平域和垂直域的面板间距（从面板中心到面板中心）。

•  天线单元间距（dH, dV）：其中dH和dV分别是水平域和垂直域上的单元间距。

但是，某些频段和场景仍存在一些问题，总结如下：

在于基站侧：

•  (M, N, P, Mg, Ng), (dg,H, dg,V), 和(dH, dV)未定义为室内部署场景的4 GHz、30 GHz和70 GHz。

对于用户端：

•  对于70GHz，对于2/4面板情况，（M，N，P）需要进一步讨论。

•  面板间距离需要定义为30GHz和70GHz。

 

提出4GHz、30GHz和70GHz的室内部署天线结构可以在室外场景中重用基站的天线配置。具体来说，建议室内基站采用表2中的参数。

对于高频评估，将在UE侧使用多面板天线结构，如图4所示。在这种情况下，需要定义面板之间的距离。

建议将面板间距离定义为两个平行面板之间的距离，如图4所示。

面板间距离的值如表3所示。

室内TRP、宏TRP和微TRP的基站天线单元方向图需要明确。首先看下室内TRP，

对于室内TRP，有几种选择。建议考虑表4所示的备选方案。

而针对宏TRP和微TRP，协议针对基站天线提供了三种选择，如表5所示。