MIMO 是利用頻譜效率實現(xiàn)高吞吐量、寬覆蓋范圍以及改善用戶體驗的關鍵技術。MIMO 系統(tǒng)配備了更多的射頻鏈和多個天線陣列，以增加大規(guī)模部署的網(wǎng)絡容量，并通過波束成形技術為多用戶提供服務。得益于TMYTEK毫米波MIMO解決方案，它可以快速將理論轉化為原型。該解決方案具有重新構建波束成形測試平臺以形成多組陣列天線前端的靈活性，能夠進行大規(guī)模MIMO天線矩陣測試平臺，并為波束成形管理提供算法開發(fā)平臺。SPI控制功能實現(xiàn)了滿足3GPP要求的超低延遲波束切換。

MIMO（多輸入多輸出）是一種能夠實現(xiàn)更高吞吐量和鏈路可靠性的無線電技術。通過在發(fā)射器和接收器端部署多個天線，利用更高的頻譜效率，以及減少信號衰落和提高SNR的多路復用散射效應，特別是對于毫米波頻段通信。

(資料圖)

MIMO有兩種類型：SU-MIMO（單用戶MIMO）可以僅將多個數(shù)據(jù)流傳輸?shù)揭粋€設備，以提高吞吐量和可靠性，MU-MIMO（多用戶MIMO）可以同時向多個設備發(fā)送多個數(shù)據(jù)流，以改善用戶體驗，提供持續(xù)可靠的通信并減少延遲。

大規(guī)模MIMO是射頻鏈和多個天線陣列的擴展和聚合，以最大限度地提高空間多樣性和多路復用，以傳輸多個獨立信號。這種方法可以顯著提高吞吐量和覆蓋范圍。關鍵是采用波束成形技術來管理天線陣列輻射的波束，能夠同時將不同的波束傳輸給不同的用戶。

波束成形是一種先進的天線技術，可調(diào)整相位和增益以將信號聚焦在特定方向上。它可以提高對不同用戶的范圍和數(shù)據(jù)速率，同時減少來自非目標區(qū)域/設備的干擾。波束成形是實現(xiàn)大規(guī)模MIMO和MU-MIMO的關鍵技術。

毫米波通信系統(tǒng)架構

采用多個波束成形系統(tǒng)可以輕松構建MIMO開發(fā)平臺，并且空中接口可控，以輻射設計的波束模式?；鶐?開發(fā) 人員 可以 從 該 MIMO 解決 方案 中受益， 因為它 允許 試驗 用于 5GNR 毫米波 系統(tǒng) 的 高級 波束 管理 算法， 例如 波束 控制 和 波束 跟蹤。在 該 毫米波 通信 系統(tǒng) 中， 它 簡單 地 演示 了 具有 不同 組 件 的 波束 成形 架構 和 MIMO 系統(tǒng)：TMYTEK MIMO解決方案作為關鍵組件發(fā)揮著重要作用，例如頻率上/下變頻器- UDBox，波束成型前端 - BBox和陣列天線 - AAkit。

模擬波束成形使用具有不同天線的移相器來形成天線陣列，以便能夠控制波束 在不同的方向上使用相同的信號源。

這種模擬前端的優(yōu)點是可以通過多個相對低成本的天線元件改善覆蓋范圍，但 僅采用單個射頻鏈。這通常適用于在密集區(qū)域部署毫米波小基站以覆蓋死區(qū) 區(qū)。

了解有關產(chǎn)品的更多信息：UDBox & BBox 5 個天線元件的 16G 和 5 個天線元件的 BBox Lite 4G高級 SPI 快速控制功能：符合 3GPP 標準的波束切換：基于 BBox 的 SPI 控制

數(shù)字波束成形是在基帶中應用波束成形算法進行數(shù)字移相器控制，用于每個單獨的RF鏈，來自不同的信號。基帶工藝的優(yōu)勢在于，它可以實現(xiàn)靈活的數(shù)字波束成形，并有利于MIMO通過多個RF天線路徑使用空間復用。這種方法通常用于天線較少的室內(nèi)RF1系統(tǒng)，因為RF鏈的成本要高得多。

混合波束成形結合了數(shù)字和模擬波束成形，后者在 基帶并形成天線陣列發(fā)射的輻射方向圖。

這種先進的架構可以提高成本和能源。它最大限度地減少了射頻鏈，降低了總功率 消耗和設計復雜性。它也可以應用于傳輸不同數(shù)據(jù)的大規(guī)模MIMO和MU-MIMO 同時將光束流式傳輸并引導到不同的用戶。FR2毫米波頻段需要該解決方案 應用。

例如，2x2 MIMO 混合波束成形：2 個 UDBox 分別與 16/4 天線元件的 BBox 連接，用于 4x4：3D/1x4：2D 波束成形。

毫米波波束成形和大規(guī)模 MIMO

在將5G通信擴展到毫米波頻段的過程中，出現(xiàn)了一個重要的問題。如何將波束成形和大規(guī)模MIMO技術集成到基站的運行中？本文將討論這一重要主題。由于毫米波的高衰減特性，波束成形成為毫米波通信的關鍵技術。波束成形具有增加傳輸距離和減少不同射頻信道之間干擾的優(yōu)點。然而，在部署到5G通信時，它仍然需要改進。高溫、功耗、硬件成本等問題都是需要進一步解決的話題。

毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)需要結合大量的 天線、復雜算法和波束控制。用大 天線數(shù)量多，無線電信號集中在一個小 空間面積，為特定用戶形成較窄的光束。這可以 顯著提高傳輸容量并減少干擾 鄰近用戶。隨著5G NR網(wǎng)絡的設計，大規(guī)模MIMO已經(jīng) 成為 5G NR 部署的關鍵。作為天線數(shù)量 增加，基站和用戶的設計和實施 為了協(xié)調(diào)MIMO操作，設備將更加復雜。所有這些進步對于改善用戶體驗至關重要。

如圖1所示，TMYTEK和NI合作提供的毫米波大規(guī)模MIMO解決方案包。該系統(tǒng)由四個部分組成：波束成形器（或喇叭天線）、上/下變頻器、射頻收發(fā)器和MIMO處理器。該系統(tǒng)目前在基站最多支持128個信道，可以同時支持12個用戶。它還能夠進行快速的三維波束成形控制。

TMYTEK提供的波束成形器和上/下轉換器被命名為BBox One和UD Box。BBox One有16個獨立的射頻通道。通過控制每個通道的相位和幅度，它可以在水平和垂直方向上實現(xiàn)高達90度的光束控制范圍。如下圖2（a）所示。BBox One有兩種頻率版本：28 GHz和39 GHz。另一款產(chǎn)品UD Box是一款寬帶上下變頻器。中頻的頻率范圍為 0.01 至 14 GHz，射頻的頻率范圍為 24 至 44 GHz，如下圖 2（b） 所示。此外，TMYTEK還專門為5G頻段制造喇叭天線，如圖2（c）所示。

TMYTEK認為，技術訣竅的積累以及大規(guī)模MIMO和波束成形的應用是使能5G/B5G毫米波通信系統(tǒng)的關鍵技術。TMYTEK希望構建毫米波大規(guī)模MIMO的原型，以幫助研究和系統(tǒng)開發(fā)。該系統(tǒng)可用于廣泛的研究領域，包括算法研究、毫米波場數(shù)據(jù)采集和驗證、RU系統(tǒng)開發(fā)......等，以進一步提升和加強通信世界。

編輯：黃飛