為移動(dòng)通信爭(zhēng)一先：Massive MIMO的進(jìn)化三部曲

在圍棋中，“先手”是一個(gè)十分重要的概念。誰(shuí)先落子就具有頗大的優(yōu)勢(shì)，由此產(chǎn)生了“讓先”“執(zhí)先”等概念，也引申出了“敢于爭(zhēng)先”這樣的成語(yǔ)。

在科技產(chǎn)業(yè)中，也經(jīng)常有一些關(guān)鍵的技術(shù)進(jìn)化能帶來(lái)“爭(zhēng)先”的效果。18世紀(jì)后半葉，工業(yè)革命已經(jīng)陸續(xù)在很多領(lǐng)域產(chǎn)生苗頭，但一直不溫不火。直到蒸汽機(jī)的發(fā)明和普及，突然為整個(gè)工業(yè)革命加速。這就是一個(gè)以技術(shù)進(jìn)化，為產(chǎn)業(yè)爭(zhēng)得先機(jī)的典范。交流電之于電氣化，硅晶管之于半導(dǎo)體，都具有明顯的技術(shù)加速與產(chǎn)業(yè)爭(zhēng)先性質(zhì)。

而在移動(dòng)通信，這個(gè)我們每日與之相伴的產(chǎn)業(yè)中，也有一些“落子即爭(zhēng)先”的代表。很多朋友有這樣的感受，在4G時(shí)代后半段網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)有了明顯提升，在線觀看直播、視頻突然加速普及。這種體驗(yàn)升級(jí)，延綿到5G時(shí)代的今天，逐漸成為了不可缺少的日常資源。

在這樣的產(chǎn)業(yè)升級(jí)背后，有一項(xiàng)至關(guān)重要的技術(shù)：Massive MIMO。

很多對(duì)移動(dòng)通信有研究的朋友，都說(shuō)Massive MIMO的應(yīng)用和升級(jí)堪稱“封神”事件，一舉改變了4G到5G產(chǎn)業(yè)周期的真正價(jià)值和真實(shí)用戶體驗(yàn)。

所謂Massive MIMO，是指大規(guī)模天線陣列技術(shù)。其基本原理是極大數(shù)量增加基站中的天線數(shù)量，從而對(duì)不同的用戶形成獨(dú)立的窄波束覆蓋，基于用戶的空間隔離系統(tǒng)同時(shí)傳輸不同用戶的數(shù)據(jù)，從而數(shù)十倍提升系統(tǒng)吞吐量?？梢酝ㄋ滓稽c(diǎn)理解，Massive MIMO就是讓移動(dòng)基站中由原先的獨(dú)唱，變成了一場(chǎng)大合唱。這樣傳輸給用戶的聲量更大，信息更多，甚至十倍升級(jí)了用戶的下載速度。

而更加值得注意的是，Massive MIMO技術(shù)始終沒(méi)有停滯不前。在4G時(shí)代率先將其引入產(chǎn)業(yè)化的華為，在5G時(shí)代的變遷中，在移動(dòng)通信走向“雙碳”綠色的必經(jīng)之路上，持續(xù)率先推動(dòng)著Massive MIMO的進(jìn)化。借用一些朋友的話說(shuō)，Massive MIMO的“神作”不是一場(chǎng)電影，而是一部連續(xù)劇。

這部劇的最新劇情，是8月30日，在華為舉辦的無(wú)線首屆媒體沙龍暨M(jìn)BBF2021預(yù)溝通會(huì)上，華為無(wú)線產(chǎn)品線首席營(yíng)銷官甘斌發(fā)表了《華為持續(xù)引領(lǐng)，開辟5G Massive MIMO綠色新賽道》的主題發(fā)言，馬上引發(fā)了業(yè)界的強(qiáng)烈關(guān)注。其原因在于，華為分享了Massive MIMO領(lǐng)域的下一個(gè)突破性創(chuàng)新方向——引領(lǐng)綠色5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

甘斌表示：“面向雙碳目標(biāo)，華為通過(guò)超大規(guī)模天線陣列的突破性創(chuàng)新持續(xù)引領(lǐng)，通過(guò)對(duì)基帶算法、天線等軟硬件創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模天線陣列，最大化天面利用、綠色節(jié)能和體驗(yàn)覆蓋，開辟5G Massive MIMO綠色新賽道?！?/p>

這次全新的技術(shù)升級(jí)，讓原本為提升用戶體驗(yàn)，拓展站點(diǎn)能力而生的Massive MIMO有了全新的身份：“雙碳”時(shí)代的節(jié)能大使。

從4G的變革者，到5G的開拓者，再到綠色節(jié)能時(shí)代的先鋒官。今天，咱們來(lái)分享這樣一個(gè)故事——關(guān)于華為推動(dòng)的Massive MIMO進(jìn)化三部曲。

將Massive MIMO引入4G，為無(wú)線通信爭(zhēng)一先

多天線陣列技術(shù)，其實(shí)在原理上講并不復(fù)雜，也早就在移動(dòng)通信學(xué)術(shù)界有過(guò)探討。但在產(chǎn)業(yè)中真正落地卻非常復(fù)雜。其原因在于，Massive MIMO需要數(shù)據(jù)傳輸能力、天線工程化、軟硬件適配的綜合保證，是一道完完全全的綜合題。雖然業(yè)界都看到了它的可能性，但直到4G中期也無(wú)法將之產(chǎn)業(yè)化。

直到2014年，厚積薄發(fā)的華為出手了。基于信道互易性在多天線領(lǐng)域的研究，華為在Massive MIMO引入4G方面完成了創(chuàng)新突破。當(dāng)年9月，華為聯(lián)合中國(guó)移動(dòng)推出了全球首臺(tái)實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)，并在一年后推出了Massive MIMO商用樣機(jī)。

隨后，北京、上海、東京等城市分別在華為的產(chǎn)品賦能下開啟了Massive MIMO測(cè)試與試運(yùn)行，效果非常理想。當(dāng)時(shí)，Massive MIMO條件下4G網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)單載波實(shí)測(cè)速率超過(guò)650Mbps，數(shù)倍提升了運(yùn)營(yíng)商的頻譜資源使用效率，并且將基站信號(hào)覆蓋范圍提升了近一倍。

與此同時(shí)，Massive MIMO還在城市環(huán)境中展現(xiàn)出了一種影響至今的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，由于Massive MIMO的天線陣列呈現(xiàn)出立體的信號(hào)覆蓋范圍，非常適合城市立體空間中的用戶分布，極大提升了城市用戶的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。在地形復(fù)雜、干擾極多的高樓、地鐵、居民樓里能夠痛快上網(wǎng)，Massive MIMO功不可沒(méi)。

而對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，華為引領(lǐng)的Massive MIMO變革還有一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)，就是其改造成本小，用戶無(wú)需更換機(jī)型，業(yè)務(wù)提升力度卻極大。并且Massive MIMO在當(dāng)時(shí)被廣泛認(rèn)為可以面向5G演進(jìn)，將進(jìn)一步節(jié)省運(yùn)營(yíng)商長(zhǎng)期成本。因此，Massive MIMO在4G時(shí)代后期形成了一股移動(dòng)通信的升級(jí)風(fēng)潮，間接推進(jìn)了移動(dòng)經(jīng)濟(jì)、數(shù)字化業(yè)態(tài)的到來(lái)。

而華為也確實(shí)踐行了諾言，接下來(lái)的5G時(shí)代，Massive MIMO并未缺席。

5G到來(lái)，與大帶寬協(xié)同出擊

當(dāng)5G到來(lái)之前，Massive MIMO已經(jīng)被業(yè)界認(rèn)為是必備方案。而華為又在此時(shí)提出了一個(gè)新的問(wèn)題：Massive MIMO僅僅是應(yīng)該跟進(jìn)5G；還是要在5G時(shí)代完成進(jìn)化，成為5G特性的放大器？

后來(lái)的答案，是華為選擇了后者。

5G的核心特性是大帶寬，而Massive MIMO的多通道能力恰好可以成為5G特性的落地接口。但這個(gè)理論上的產(chǎn)業(yè)設(shè)想并不容易實(shí)現(xiàn)，需要多方面的技術(shù)積累與長(zhǎng)期的產(chǎn)業(yè)實(shí)踐。

在4G向5G的轉(zhuǎn)化期，華為在加大重點(diǎn)技術(shù)研發(fā)的同時(shí)，陸續(xù)推出了多種商用設(shè)備，為5G進(jìn)化完成產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)備。最終，華為推動(dòng)了Massive MIMO的第二次進(jìn)化，大帶寬Massive MIMO成為產(chǎn)業(yè)現(xiàn)實(shí)。

2018年，華為在MWC發(fā)布了全系列場(chǎng)景化Massive MIMO AAU，深度匹配5G部署的多樣化場(chǎng)景。為了兼容5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中多頻段、多制式的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，華為推出的Massive MIMO產(chǎn)品相對(duì)于4G復(fù)雜度提升了上百倍，并且加入了AI自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，極大程度提升了Massive MIMO設(shè)備的運(yùn)維管理效率。

隨后，華為的5G Massive MIMO在多個(gè)城市進(jìn)行了落地。在產(chǎn)業(yè)實(shí)踐中，華為的5G Massive MIMO設(shè)備集成度更好，基站尺寸更小更輕，降低了5G網(wǎng)絡(luò)的更新部署成本，實(shí)現(xiàn)了相比4G的10倍以上體驗(yàn)升級(jí)。

2020年10月，華為與中國(guó)電信聯(lián)手完成了地鐵場(chǎng)景的5G室內(nèi)分布式Massive MIMO技術(shù)試點(diǎn)，這一試點(diǎn)在室內(nèi)數(shù)字化分布系統(tǒng)中引入Massive MIMO技術(shù)，有效解決室內(nèi)5G的小區(qū)間干擾問(wèn)題，用戶速率提升40%以上。這一創(chuàng)新，不僅在室內(nèi)實(shí)現(xiàn)了千兆體驗(yàn)，為商場(chǎng)、體育場(chǎng)、餐廳等場(chǎng)景帶來(lái)了優(yōu)質(zhì)的5G升級(jí)，更為場(chǎng)景化需求極強(qiáng)的5GtoB業(yè)務(wù)探明了方向。

經(jīng)過(guò)實(shí)踐，華為證明了TDD Massive MIMO是5G成功的基礎(chǔ)。甚至說(shuō)，5G時(shí)代需要把多天線技術(shù)帶入每個(gè)頻段、每個(gè)場(chǎng)景，最大化釋放大帶寬的潛能。除TDD頻段外，華為也在推進(jìn)FDD向Massive MIMO演進(jìn)，毫米波向超大規(guī)模陣列演進(jìn)，全頻段走向Massive MIMO，為5G的極致體驗(yàn)打通最后一公里。

而在5G進(jìn)行時(shí)的今天，低碳綠色的社會(huì)責(zé)任逐漸成為通信產(chǎn)業(yè)必修課。此時(shí)華為又極具前瞻性地提出了新的問(wèn)題：5G僅僅需要體驗(yàn)升級(jí)嗎？Massive MIMO是否能為環(huán)境和社會(huì)貢獻(xiàn)更多？

“雙碳”時(shí)代，走向綠色Massive MIMO

可能很多身在通信產(chǎn)業(yè)之中的朋友，也不會(huì)想到Massive MIMO在無(wú)線通信產(chǎn)業(yè)的第三次升級(jí)，竟然是向著綠色節(jié)能、低環(huán)保的新方向。

數(shù)十年來(lái)，無(wú)線通信產(chǎn)業(yè)都是向著“更快、更強(qiáng)、更高效”奔跑，似乎帶寬和速率是永遠(yuǎn)的方向。但在“雙碳”目標(biāo)明確上升為國(guó)家戰(zhàn)略的今天，無(wú)線通信肩頭也迎來(lái)了更多責(zé)任。從來(lái)身處時(shí)代潮汐最前沿的無(wú)線通信，似乎也應(yīng)該在節(jié)能環(huán)保的大勢(shì)所趨下完成一次“爭(zhēng)先”。

為此，華為推動(dòng)了Massive MIMO的第三次進(jìn)化：面向資源利用與節(jié)能減排需求的全新升級(jí)。

事實(shí)上，華為一直在Massive MIMO領(lǐng)域推動(dòng)節(jié)能減排的持續(xù)優(yōu)化。但以往的方案更對(duì)是對(duì)中射頻、功放等有源部分的持續(xù)優(yōu)化，使能每比特能效實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)式提升。而這次升級(jí)之所以能被稱為突破式進(jìn)化，是因?yàn)槿A為通盤考慮了Massive MIMO的多重資源消耗與能源節(jié)約，推進(jìn)了面向“雙碳”目標(biāo)的質(zhì)變式升級(jí)。

具體而言，新的綠色Massive MIMO在資源利用上踐行了三重“最大化”：

一、面向站點(diǎn)空間，推動(dòng)天面利用最大化：以往，Massive MIMO的迎風(fēng)面積只有0.3平方米，站點(diǎn)天面空間沒(méi)有被充分利用。而新型綠色版的Massive MIMO可以實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙部署，充分利用空間，最大化天面資源利用率。

二、面向能耗問(wèn)題，推動(dòng)綠色節(jié)能最大化。在站點(diǎn)最為核心的能耗問(wèn)題上，新型Massive MIMO可以實(shí)現(xiàn)更窄的業(yè)務(wù)信道波束，進(jìn)而推動(dòng)基站可以配置更低的發(fā)射功率，降低基站能耗。新型綠色版Massive MIMO配置了160W的發(fā)射功率，即可達(dá)到傳統(tǒng)320W的覆蓋范圍。在邊緣用戶覆蓋體驗(yàn)相同的前提下，新型綠色版Massive MIMO可以降低50%以上能耗。

三、面向建站成本，推動(dòng)體驗(yàn)覆蓋最大化。在不增加基站發(fā)射功率的前提下，新型綠色版Massive MIMO能夠提升下行覆蓋3dB，上行覆蓋也會(huì)相應(yīng)增強(qiáng)。以此方案，可以讓邊緣用戶平均體驗(yàn)提升30%，從而可以降低基站建設(shè)數(shù)量與綜合成本。

華為推動(dòng)的新型綠色Massive MIMO，可以說(shuō)是在站點(diǎn)、功率、體驗(yàn)等多方面進(jìn)行了突破式創(chuàng)新，既確保了運(yùn)營(yíng)商效益與成本優(yōu)化，同時(shí)也令用戶體驗(yàn)得到保證。只有這種多贏局面下，“雙碳”目標(biāo)才能切實(shí)推動(dòng)和發(fā)展，無(wú)線通信產(chǎn)業(yè)才有實(shí)際的價(jià)值進(jìn)化可言。

在媒體采訪中，甘斌解釋了華為能夠數(shù)次引領(lǐng)Massive MIMO進(jìn)行行業(yè)升級(jí)，背后的原因究竟是什么。

首先，技術(shù)升級(jí)背后是對(duì)技術(shù)趨勢(shì)、產(chǎn)業(yè)方向的洞察。華為很早就看到了Massive MIMO面向未來(lái)發(fā)展的一系列必然性。諸如大帶寬、低功耗，既是無(wú)線通信的必經(jīng)之路，也是Massive MIMO的確定方向。把握這一洞見，華為始終堅(jiān)持早布局、早準(zhǔn)備，進(jìn)而成為了每次升級(jí)的引領(lǐng)者。

其次，華為在技術(shù)上進(jìn)行了多路徑的準(zhǔn)備，確保大量關(guān)鍵技術(shù)都已就緒。否則在洞察出來(lái)之后，想法會(huì)無(wú)法與技術(shù)升級(jí)相適配。只有高強(qiáng)度的研發(fā)投入，始終堅(jiān)持對(duì)大量基礎(chǔ)方向的布局與推進(jìn)，才能確保華為始終走在引領(lǐng)者的軌跡上。

最后也是最根本的，是面向客戶需求的產(chǎn)品創(chuàng)新精神。運(yùn)營(yíng)商客戶需要什么，華為就鉆研和準(zhǔn)備什么。這種直接但始終不變的供需邏輯，讓華為往往能“執(zhí)先”而行，為產(chǎn)業(yè)擔(dān)當(dāng)探索者。

在刻不容緩的雙碳時(shí)代，Massive MIMO或許將又一次成為爭(zhēng)先的勝負(fù)手。

Massive MIMO的三次進(jìn)化，也在某種程度上注解了“華為”精神：忠于為需求而創(chuàng)新，敢于為天下爭(zhēng)一先。