给忙碌者的5G基础知识课（六）——Massive MIMO：5G真正的大杀器

最近发布的内容主要跟随热点，想到哪儿写到哪儿，比较随性，差点都把《给忙碌者的5G基础知识课》系列文章才写到第五期给忘了。。

今天继续回归正题，给大家讲讲5G核心技术中的核心--Massive MIMO。

1、先从天线谈起

从2G-5G，每一代移动通信的组网架构、编码方式、调制方式、复用方式等等都出现了天差地别的变化。然而，甭管多牛X的移动通信制式，如果想把无线电信号发射过去，都离不开一个现在在大街小巷都能看到的东西--天线。

而且，从2G到5G，天线的外型几乎没有发生什么变化，都是一块白色的大板子，下面捅了一堆线。对于非通信行业从业者来说，可能在日常生活中并没有关注到天线的存在，但相信如果你是通信从业者，尤其是运营商网络部门的“运维狗”的话，走到哪儿，都会下意识的瞧瞧：天线安哪儿了？

除了上面图片中这种普通形态天线外，由于很多不明真相的群众坚决抵制运营商建设基站影响自己的智商，因此为了避免不必要的纠纷，机智的天线厂家，也生产了很多“美化天线”，说白了就是外型让你根本看不出来是天线的天线。

你以为我是个空调外挂机？其实我是个天线。

你以为我是个太阳能热水器？其实我也是个天线。

你以为我是个射灯？其实我还是个天线。

然而，不管天线的形态是怎样的，它的功能始终变化不大，那就是：将从基站（经过RRU，下面会提）传来的信号通过天线下面捅进来的一坨馈线在对应的频段（给忙碌者的5G基础知识课（一）——比黄金还贵的频率），通过无线电波的形式发射到你的手机（叫做下行方向），或者从你的手机接收到无线电波，再传输给基站处理（叫做上行方向）。

因此，千万不要把随处可见的天线错误的叫做基站，因为它们其实是两种完全不同的设备，而所谓的基站设备一般都隐藏在天线附近的机房里，普通用户是无法看到的。

2、2G-5G天线的变化

虽然说从2G到5G，天线的形态看上去变化不大，但是如果把天线的大白板拆开，你就会发现，4G的天线相比2G，内部构造可要复杂的多。

这是因为，4G的天线相比2G，集成进了更多的独立的“小天线”，也就是收发单元。标准的2G天线中，一般仅集成进了2个独立“小天线”，被称为2T2R天线，其中T就是Transmit的英文，而R就是Recieve的英文，2T2R的意思就是2个独立的收发天线（因为一个完整的小天线既要发射信号也要能接收信号）。

而以中国移动所采用的TDD的4G制式为例，它采用的标准天线是8T8R，也就是说4G天线具有8个独立的收发单元。

因此2G的天线下面只需要接2根独立的馈线就可以了，而中国移动的4G天线则要接8根独立的馈线（实际为9根，还有一根用来校准的）。比如下图天线下面密密麻麻的黑线。

那么5G天线呢？5G天线相比4G，一个天线面板里所集成的小天线数量达到了夸张的64个！也就是64T64R！

下面展示的是将一个5G天线“解剖”后的画面，其中每一个小方块就是一个独立的收发模块，会数数的可以自己数一下，刚好为64块。

那么是不是说5G的天线下面要接64根馈线呢？如果真这样，那么每个5G天线下面估计都像下图一样了。

为了避免出现上图的惨剧，5G天线干脆把这64根馈线下面连接的设备--RRU，集成在了天线内部。

RRU（Remote Radio Unit，射频拉远单元）本来是用来将基站传输的信号拉远传输到天线的（就是天线下面像暖气片似的东西），这样就使得基站可以和天线相隔离一段距离，不至于将沉重的基站设备也挂在铁塔上和天线捆在一起（想象下铁塔上挂一堆服务器的样子）。

而5G天线为了解决RRU和天线之间必须接64根这一大大大坨线缆的缺点，非常鸡贼的把RRU和天线做到了一起。

而这种将天线与RRU合体的设备，在5G网络中既不叫天线，也不叫RRU了，而叫做AAU(Active Antenna Unit，有源天线单元)。其中的有源，是指因为将RRU这种“有源”设备集成到了本来“无源”的天线中，使得天线变成了“有源”的天线。

而“源”就是电源，RRU是要供电才能使用的，而天线不需要。

3、神奇的MIMO技术

随着移动通信制式的升级，天线里面集成的独立收发单元是越塞越多。笨法想也知道，天线越多肯定是越好的，那么好处到底在哪里呢？

对于能同时实现多个独立收发通道的天线，在通信术语里被称为叫“MIMO”天线，读作“买猫”天线，MIMO是英文“Multiple-Input Multiple-Output”的缩写，也就是“多收多发”的意思，这个很好理解了，就是一个能同时收发多路信号的天线。

而这同时能收发多路信道的天线，在移动通信中，可以产生不同的玩儿法：

1、空间分集；

2、空分复用；

3、波束赋形。

空间分集时，多路通道发送的都是相同的数据。你要问了，这有啥用？好比是在比较嘈杂的环境，你的两个小伙伴同时向你喊相同的话，一个在你左边一个在你右边，这样你一字不落的听清话的概率是不是大的多？所以分集的主要目的，就是提高数据传输的准确度。

而空分复用，则是多路通道发送不同的数据。相当于你的两个小伙伴，分别在你的左边和右边，同时喊不同的话，如果是比较安静的环境，估计你还是可以“耳听二路”同时听清两面的话语，但是如果环境嘈杂，那么最大的可能就是：谁的话你也没听清。

而波束赋形，则是多组收发单元通过调整幅度和相位，使得天线可以像探照灯一样将无线电信号打出一个“波束”，直接朝着用户的手机的方位集中能量发射。好比你的小伙伴，这次不用喊了，直接给你点对点打了个电话，不但能抵抗周围的噪声，而且对周围谈话的人的影响也小了很多。

总结来看，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。但如果在无线环境差时硬要使用空分复用技术，结果就是同时传输的两路数据，哪一路手机接收下来都是错误的，反而降低了传输速率。

从4G到5G，MIMO天线的三大能力并未有任何改变，但天线同时收发单元的N倍增长，就是5G网络速率与容量较4G爆发式增长的最最最核心的原因，没有之一。

而5G天线由于集成了太多的（用英语形容就是Massive，太特么多了的意思）独立收发单元，因此也被称为Massive MIMO天线，就像封面中能“万箭齐发”的地空导弹一样，Massive MIMO天线通过自己逆天的同时多路数据传输能力，无疑成为了5G网络的真-大杀器。

有关Massive MIMO的更多细节，下次再说。

今天的内容就到这里了。我会保持每周3-4篇（非节假日）的更新速度，且尽全力提供自己原创的高质量内容，如果喜欢，还请各位读者老爷们关注转发（卫星号：BOO聊通信）。