精准波束Massive MIMO——万箭齐发5G时代真大杀器

提到5G天线、5G基站，你们想到的是什么？我没猜错的话，大家想到的应该都是这样一个个看起来将“专业”写在脸上的设备，科技感十足让人觉得很厉害。

但其实，我悄悄告诉你，你平时见到的“路灯”、“空调外机”、“射灯”……都是一个个的5G天线，你信吗？

没错，上边真的都是天线

上图这些很常见到平时都会忽略的生活设施，其实很可能就是一个个伪装起来的5G天线。其实，不只是5G，甚至4G、3G的天线也是经历各种花式的伪装，混迹在闹市。

天线为什么要被伪装起来？这其实就是被不明真相的吃瓜群众误，解认为天线有辐射才被迫采取的措施，事实上天线们为了提升大家的网络体验真的很努力了。

特别是天线家族的小弟5G天线更是承载着家族殷切的期望——更大的传输速率，更广的覆盖。5G天线小弟：小小年纪承受了生命难以承受之重。

01天线家族一家子——5G小弟：我有64个射频单元我能打八个！

这天线一家子的家传绝学就是可以将基站信号的对应频段以无线电波的形式发射到你的手机（也就是我们常说的“下载”），或者将从你手机上接收到的无线电波，再传输给基站处理（上传）。

天线家族建立之初就一直在干这事儿，不过随着家族实力的壮大天线们也升级，于是麾下能够掌握的“小天线”——独立收发单元也就更多了。

作为老大哥的2G天线，一般仅集成进了2个独立“小天线”，被称为2T2R天线（2T2R的意思就是2个独立的收发天线）。而到了5G，这样的独立小天线就升级到了64个。比如下图就是中兴展示的一个天线的“解刨图”，我们看到的一个一个的小方块就是一个独立的收发模块，如果有兴趣数一下就会发现刚好为64块。

在小天线的底下就是通过连接线连接的远端射频单元（RRU，也是民间意义上的“万恶之源”）。因为每个小天线都需要一根单独的线，所以一想到64个小天线需要与底下的服务器连接，感觉我们看到的天线应该会变成这样：

为了不影响“市容”（也不全是），工程师们就将天线与RRU进行了合体，于是AAU（Active Antenna Unit，有源天线单元）就诞生了。所以跟天线家族打了那么久的天下，在5G小弟上位之时，可怜RRU竟因为颜值被边缘化，而AAU正式成为5G时代的先锋，真是个看脸的世界。

02朋友，买猫吗？我的意思是——MIMO

前面我们可以看到，从2G到5G的移动通信制式升级过程中，天线里面集成的独立收发单元是越塞越多。多些收发单元的好处不言而喻，但是除了往天线中塞更多的收发单元外，还有个神奇的天线能同时实现多个独立收发通道——“MIMO”天线（“Multiple-Input Multiple-Output”，也就是“多收多发”），MIMO天线线如其名能同时收发多路信号的天线。

能够多收多发的MIMO天线可以实现三大能力——空间分集、空分复用、波束赋形。看不懂？没关系我们一个一个来看。

一技能——空间分集，技能效果：多路通道发送/接收相同的数据。

简单来说，就是针对同一发射端的信号，采用多副天线接收。要实现这样的功能，首先要保证的就是接收天线间有一定的距离，这样输出信号的衰落特性是相互独立的，在接收到信号之后，再从合并电路从中选出信号幅度较大、信噪比最佳的一路，得到一个总的接收天线输出信号。

还是不明白什么意思？那你可以这样理解——有个人向你喊话，但你听不太清，于是你叫上了你兄弟姐妹们一起听，然后凑一块讨论都听到了啥，这一合计这不就听清了吗。所以分集的主要目的，就是提高数据传输的准确度。

二技能——空分复用，技能效果：利用不同空间信道独立传输信息。

空分复用就是在发射端将数据分割成多份，通过多个不同的天线以相同频率发射出去，在接收端接收到多个数据的混合信号后，利用不同空间信道间独立的衰落特性，区分出这些并行的数据流进行整合。

这个模式有点像你和你的小伙伴聊天，而你擅长“眼观六路耳听八方”，因此你的两个小伙伴在同时和你说同一个事情的不同进度，天赋异禀的你将两边都听清了而且在脑子里一整理，事情来龙去脉都搞清楚了，省事儿！不过这里有个限制，那就是首先你得天赋异禀，而且没有更多超出你能力的“其它声音”来捣乱，不然你可能一个都听不清。

这样一看，空分复用实现的是相同的频率资源内获取更高数据速率，但是抗干扰能力弱。

三技能——波束赋形，技能效果：制定对象集中发射。

简单来说，波束赋形就是多组收发单元通过调整幅度和相位，让天线可以打出一个“波束”直接朝着用户的手机的方位集中能量发射。为了方便大家理解，我们看一下对比图：

传统网络

精准波束赋形

还是类似前面的聊天过程，咱也别面对面了，你直接挨个私聊，没有旁边的人干扰你事情也能传达的很清楚还不用担心被人偷听，而且对方也能清晰的知道你想表达什么。

综合来看，空间分集与波束赋形都更适合干扰比较大的无线环境，可以保证数据传输的准确性，而波束赋形不但自身抗干扰能力强，而且对周围其他用户的传输干扰还小。而空分复用，则适合无线环境好干扰小的场景，可以实现传输速率的倍增。

03Massive MIMO——万箭齐发5G时代真大杀器

前面我们提到，在5G天线中集成了64个独立收发单元，确实非常多，用英文来说的话就是“Massive”，所以Massive MIMO天线就此登场了。Massive MIMO“钱”（独立收发单元）多任性，于是在空域开辟了多条传输道路，并且在相同的频段资源上同时传输不同的数据，使得数据传输速率实现了翻番的增长。

前面我们提到了MIMO的三大技能——空间分集、空分复用、波束赋形。其实这样的技能早在4G时代就已经在运用了，但是奈何4G不给力，只能实现一路数据的传输，而且大家需要共享相同的传输资源，无论是单用户还是小区整体的速率，都没啥提升。平时可能没啥感觉，但是在演唱会、各种车站等很多人用手机的时候，各种弊端就出现了。

而在5G时代，Massive MIMO天线由于内置的独立收发单元远超4G（移动为8倍，联通电信的FDD天线比则是16倍），于是将4G时期的单流波束赋形进阶成为多流（16流）！相当于打向不同区域的波束，可以独立传输不同的数据，这也是小标题中提到的“万箭齐发”效果。

Massive MIMO天线靠着多流波束赋形能力，以及对单用户最高4流空分复用传输的能力，同时实现了基站级容量与单用户速率的跨越式提升。于是，下次在演唱会或者车站等区域，有5G覆盖要比4G稳多啦。

另一方面，4G时代的波束赋形只能实现水平面的聚焦，而5G的Massive MIMO天线，可以实现波束立体的发射（也被称为3D-MIMO），就像舞台的360度旋转射灯，哪里不亮照哪里：“楼顶上的朋友们你们好吗？！”

所以之前4G时代需要在屋顶安装各种伪装成空调外机、太阳能热水器等来为高层用户提供信号支持，在5G时代有了Massive MIMO就不需要啦。

可以说，Massive MIMO天线凭借自己强大的同时多路数据传输能力，成为了5G网络的真·大杀器。

04最后说一句：

可以看到，天线家族们为了大家冲浪愉快真的很努力了，不论是为了不被大家嫌弃带来的层层伪装，为了颜值与“不影响市容”而登场的AAU，还是为了让“人人都能有网上”而在5G时代立功的Massive MIMO，都是尽力在提升自己。我们现在能够享受到的高速5G网络，其实都是背后通信工程师们努力的结果。
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