基于波束接入的Massive MIMO
MIMO是满足5G提出的各种场景需求的关键技术之一，如高频谱效率、增强的覆盖、大规模连接、低延迟和提高的能效等。下文表1总结了LTE中MIMO技术的演进。
在LTE Rel.13中，已经研究并指定了多达64个天线，包括用于MIMO传输的方位和垂直维度。CRS端口的最大数量为4，CSI-RS端口的最大数目为16，DMRS端口的最多数目为8，每个UE最多支持8层传输。假设同步和广播信号/信道的传输在扇区中是全向的。
为了满足NR性能要求，同意考虑基站处256Tx的传输。此外，NR的载波频率将传统LTE载波（例如1.8GHz/2.6GHz）扩展到具有更高带宽的更高频带（例如4GHz/30GHz/70GHz）。这些新变化给实现和空口设计带来了重大挑战。挑战之一可能是如何在不增加基站发射功率的情况下提供与LTE类似的覆盖，以成功推出NR，这个想法很好。
本文首先通过初步的链路预算分析，研究了5G大规模MIMO（M-MIMO）系统在各种部署场景下的覆盖问题。然后讨论了扩大覆盖范围和提高能效的潜在解决方案。
部署场景
表2列出了eMBB的一些关键部署场景的主要属性，如载波频率、系统带宽、站间距（ISD： inter-site distance）和天线配置。
链路预算
根据TR36.873，假设hBS=25m，hUT=1.5m，街道宽度W=20m，平均建筑高度h=20m，3D UMa NLOS的路径损耗模型由下式给出：
在TR36.873中，无论载波频率、墙体材料以及墙体数量如何，从室外到室内的穿透损耗均建模为20dB。然而，在现实世界中，渗透损失高度依赖于所有这些因素。1.9GHz和3.5GHz之间的一堵墙的穿透损耗间隙为3~5dB。考虑到现实环境中更为严峻的传播条件，例如从室外到室内有两堵墙，3.5GHz时存在6~10dB的穿透损耗间隙。因此，建议对与载波频率相关的穿透损耗进行建模，以反映真实的传播情况。
LTE Rel.13和NR之间链路预算的比较如表3所示，其中由于较高的载波频率，假定后者的穿透损耗增加了10dB。据观察，在一般城区和密集城区部署中，NR需要额外增益（约10~26dB），以实现与LTE Rel.13相似的覆盖。
在eMTC上的LTE Rel.13 WI中，为LTE信道和信号（如PBCH、PDCCH等）指定了基于重复的方案。然而，eMTC通常针对具有极低移动性和较低频带的部署场景。在较高频段具有较高移动性的NR中，基于重复方案的性能将受到更严重的相位噪声以及信道波动的影响。在这种情况下，即使重复，联合信道估计也不能显著提高信道估计质量。此外，覆盖范围扩展的激进目标（例如，超过20dB）需要不可接受的尝试次数，这将导致极高且不可接受延迟。因此，对于PDCCH，由于重复导致的高延迟，无法启用TTI级动态调度。当动态调度不能在新的RAT中使用时，预计会出现巨大的性能下降。最后，对于一些基于能量检测的信号，如PSS/SSS，基于重复的方案也不适用。
在LTE Rel.11 CoMP中，具有单个物理小区ID的控制面信道/信号可以同时从多个TRP发送。这些信道/信号包括CRS/PDCCH/PBCH/PSS/SSS等。这种方案被称为SFN，这是一种众所周知的技术，用于改善覆盖范围，特别是广播信号/信道。对于该方案，通常假设基站和干扰目标在小区/TRP之间密集部署。考虑到密集城市是NR中的重要部署场景，SFN可能是干扰受限场景中覆盖范围扩展的补充解决方案。
功率提升 Power boosting
功率提升是具有窄带宽的同步和广播信号的覆盖范围扩展的另一种选择。在这种方法中，可以使用全向传输来发送具有从PDSCH共享的增加功率的这些信号。功率提升值的准确极限取决于系统带宽和窄带信号带宽之间的比率以及考虑到潜在硬件实现。
这种功率提升解决方案具有一些优点，例如，由于全向传输，接收器的功率恒定，并且所需的规范工作最少。
基于波束接入
波束赋形技术在当前LTE版本中已经广泛用于专用（UE专用）信道/信号，包括PDSCH波束赋形和CSI-RS波束赋形。通过使用波束赋形获得的覆盖范围扩展与其阵列增益直接相关。对于广播信号/频道，对性能好处的理解可能不是很直接。
考虑由N个波束覆盖的扇区（例如，N＝16个DFT矢量）。每个UE仅选择最强的M个（例如M＝1、2或3）波束进行组合。在这种情况下，性能对相位噪声、高移动性等的敏感性将大大降低。
在图2中，比较了基于波束的接入和基于重复的接入的性能。对于基于重复的接入，PBCH传输有16次重复，与传统PBCH传输相比，其增益约为8dB。对于基于波束的接入，具有不同预编码的波束赋形PBCH被依次传输，并选择最佳波束用于PBCH的检测。与传统PBCH传输相比，可以获得大于11dB的增益。从仿真结果可以看出，基于波束的接入比基于重复的接入的性能要好3 dB以上。因此，与基于重复的方案相比，基于波束的传输更有效，更有前景，以满足SNR中的覆盖要求。
此外，基于波束的传输会影响无线接入过程之外的系统设计框架，例如对某些专用信号和信道的影响。例如，DMRS和CSI-RS可以重新用作UE的同步信号。此外，信道/信号的服务波束应随着UE移动而改变。因此，还需要评估基于快速波束的移动性和可靠性。
