将加速5G网络？——下行链路MIMO和64QAM技术探析

在Release 6 HSDPA中，当采用速率为3/4的编码技术时，下行链路峰值数据速率是10.8Mbit/s；如果不采用任何信息编码技术，则下行链路峰值数据速率是14.4Mbit/s。理论上，存在着多种可以提高峰值数据速率的方法：高带宽、高阶调制或采用多输入多输出（MIMO）技术的多天线传输。所有这些解决方案都是HSPA演进的组成部分。MIMO和高阶调制包含在HSPA演进Release 7中，双载波（双蜂窝）HSDPA包含在HSPA演进Release 8中。3GPP MIMO方案在基站处使用了两副发射天线，在终端处使用了两副接收天线，且使用了一个终端闭环反馈系统，用于调节发射天线权重。MIMO传输的原理框图如图13-9所示。

图13-9 2×2MIMO传输方案

在不增加传输带宽的前提下，高阶调制支持高峰值比特率。在下行链路，Release 6支持正交相移键控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK）和16QAM（正交幅度调制）传输；在上行链路，Release6支持双信道二进制相移键控（Binary Phase Shift Keying，BPSK）传输。双信道BPSK调制与QPSK类似。Re-lease7在下行链路中引入了64QAM传输，在上行链路中引入了16QAM传输。与QPSK相比，通过使用每个符号传输4bit，而不是2bit，16QAM的比特率提高了1倍。与16QAM相比，64QAM的峰值比特率增加了50%，因为64QAM使用每个符号传输6bit的数据。另一方面，在高阶调制方式中，星座点靠得非常近，且正确接收所需的信噪比很高。16QAM和QPSK所需信噪比之差约为6dB，64QAM和16QAM所需信噪比之差也是6dB左右。因此，只有当信道条件良好时，下行链路采用64QAM调制方式，上行链路采用16QAM调制方式。

在宏蜂窝应用场景中，采用64QAM调制方式时的系统仿真结果如图13-10所示。64QAM调制方式将用户数据速率提高了10%～25%，具体取决于所采用的调度方案（RR表示轮询，PF表示正比公平）。在其他时间段，信道条件不够好，无法支持64QAM调制接收。采用64QAM调制方式时，典型的容量增益小于10%。

64QAM和MIMO一起可以将峰值速率从14Mbit/s提高到42Mbit/s，增幅为200%，但平均蜂窝容量仅提高了20%，因为这些高数据速率特征仅对部分蜂窝区域有用。使用64QAM调制方式，可使蜂窝容量提高5%；采用MIMO技术，可使蜂窝容量提高10%。图13-11给出了峰值速率和平均速率的演进情况。平均速率对应于满负荷宏蜂窝。实际网络通常不是满负荷的，因而与满负荷仿真结果相比，实际网络中的64QAM和MIMO特征增益会高一些。(www.xing528.com)

图13-10 在宏蜂窝应用场景中，采用64QAM调制方式时每个用户的数据速率，每个蜂窝中包含20个用户^[5]

图13-11 具备HSDPA特征的下行链路峰值速率和平均蜂窝速率的演进情况