5G不僅是通信技術的變革，更是一場端到端的跨行業革命。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務。

5G網絡建設難度在于滿足連續覆蓋

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、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的連續廣覆蓋為主要策略。在業務需求大規模爆發前，國內市場5G網絡覆蓋的優先級會大于容量，因此，宏基站與小基站相結合的超密集組網預計在5G網絡實現連續覆蓋以前不太可能大規模出現。

根據工信部公布的中國5G頻段使用規定，3400~3600MHz和4800~5000MHz可以作為室外頻段使用，未來5G連續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，縮小小區半徑。目前密集市區4G站間距高達300米以內，要進一步增加物理站址難度很大。

Massive MIMO關鍵技術助力5G網絡性能提升

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）的發射功率，手機終端發射功率相較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時為小區的覆蓋邊緣。根據此約定，通過鏈路預算分析，可發現工作在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，使信號能量在發送時更集中指向目標終端，以彌補信號發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。可通過空間分集、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模發展提供有力的技術支撐，可極大滿足5G時代用戶密集區域的流量業務需求。

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。