發表於 2018-04-16 17:15:00
隨著無線通信技術的不斷發展，高速數據業務以及無處不在接入的需求正呈現出一種爆炸式的增長。根據預測到2020年，業務量將為目前業務量的1000倍，基於此，需要提升寬帶無線接入網的能力，適應未來用戶業務需求。
針對寬帶無線接入的需求，目前歐盟、中國、日本、美國等均啟動了第五代移動通信系統的需求與關鍵技術研究。從2G/3G到4G，每一代系統的更新，都伴隨著新技術的更新，都是為了解決當時最主要的需求。5G（後4G）時代，小區越來越密集，對容量、耗能和業務的需求越來越高。提升網絡吞吐量的主要手段包括，提升點到點鏈路的傳輸速率、擴展頻譜資源、高密度部署的異構網絡；對於高速發展的數據流量和用戶對帶寬的需求，現有4G蜂窩網絡的多天線技術（8埠MU-MIMO、CoMP）很難滿足需求。最近的研究表明，在基站端採用超大規模天線陣列（比如數百個天線或更多）可以帶來很多的性能優勢。這種基站採用大規模天線陣列的MU-MIMO被稱為大規模天線陣列系統（Large Scale Antenna System，或稱為Massive MIMO）。
本文旨在介紹5G中關鍵技術之一，Massive MIMO的現狀以及在系統仿真中最關注的研究點。
天線集中配置的Massive MIMO主要應用場景有城區覆蓋、無線回傳、郊區覆蓋、局部熱點。其中城區覆蓋分為宏覆蓋和微覆蓋（例如高層寫字樓）兩種。無線回傳主要解決基站之間的數 據傳輸問題，特別是宏站與Small Cell之間的數據傳輸問題，郊區覆蓋主要解決偏遠地區的無線傳輸問題，局部熱點主要針對大型賽事、演唱會、商場、露天集會、交通樞紐等用戶密度高的區 域。
考慮到天線尺寸、安裝等實際問題，分布式天線也有用武之地，重點需要考慮天線之間的協作機制及信令傳輸問題。大規模天線未來主要應用場景可以從室外宏覆蓋、高層覆蓋、室內覆蓋這三種主要場景劃分。
Massive MIMO，又稱為large-scale MIMO。顧名思義，就是在基站端安裝幾百根天線（128根、256根或者更多），從而實現幾百個天線同時發數據。
在沿用現有的LTE系統MAC+PHY的結構下，Massive MIMO的物理層研究的方向主要包括：基站天線架構設計、基站端預編碼、基站端信號檢測、基站端信道估計、控制信道性能改進。
天線陣元大幅增加，需要擴展到二維平面/曲面或三維陣列。是全向天線（球形），或者是一個面陣天線（面板型），還是如中國移動所提出的「和」之類的異形狀態？同時，由於天線數較多，滿足隔離度的天線尺寸可能較大，因此較高頻段（》5GHz）的使用也是研究課題之一。
天線數增多，同時帶來了天線外形尺寸的增大，傳統以平面波方式進行信道的建模對於近場偏差就會變得較大，合適的信道建模方式也是需要關注的問題之一。
此外，MIMO所要用的有源天線transever模式，在LTE中已經有所應用。
隨著天線數的增多，Massive MIMO的性能將會趨於平緩，此時可以使用多用戶復用（Multi-User MIMO，MU-MIMO）。MU-MIMO技術的核心是預編碼。現有的預編碼技術主要是：MRT、ZF以及DPC。這些技術中，DPC被認為是最優 的，MRT性能最差，ZF居中。尋找合適的預編碼算法也非常重要，通常在工程中使用ZF，是否能有複雜度和性能兼備的新的預編碼算法是物理層最關鍵的問題 之一。
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