5G 通信关键技术解密
无线接入部分
1. 大规模MIMO 技术

MIMO 技术将传统的时域、频域、码域三维扩展为了时域、频域、码域、空域 四维，新增纬度极大的提高了数据传输速率。随着天线能力和芯片处理能力的增 强，目前 MIMO 技术从 2*2MIMO 发展为了 8*8MIMO，从单用户 MIMO 发展为了多用 户 MIMO 和协作 MIMO。目前 MIMO 技术的新进展包括三个方面：从无源到有源， 从二维(2D)到三维(3D)，从高阶 MIMO 到大规模阵列。

有源天线系统（AAS）在天线系统中集成射频电路功能，从而提高能量效率， 降低系统的功耗；提高波束赋行能力，进一步提高系统的容量性能；降低站址维 护和租赁费用：

3D MIMO 支持多用户波束智能赋型，减少用户间干扰，结合高频段毫米波技 术，将进一步改善无线信号覆盖性能。

大规模阵列 MIMO 提供了更强的定向能力和赋形能力：

多维度的海量 MIMO 技术，将显著提高频谱效率，降低发射功率，实现绿色 节能，提升覆盖能力，而如今大规模 MIMO 仍旧面临一些问题，如大规模天线信 道测量与建模、阵列设计与校准、导频信道、码本及反馈机制、天线的规模尺寸、 实际工程安装和使用场景等问题，这些问题的探讨和成果会成为未来 5G 的重要 发展方向。

MIMO 技术已经广泛应用于 WIFI、LTE 等。理论上，天线越多，频谱效率和传输可靠 性就越高。大规模 MIMO 技术可以由一些并不昂贵的低功耗的天线组件来实现，为实现在 高频段上进行移动通信提供了广阔的前景，它可以成倍提升无线频谱效率，增强网络覆盖和 系统容量，帮助运营商最大限度利用已有站址和频谱资源。

我们以一个 20 平方厘米的天线物理平面为例，如果这些天线以半波长的间距排列在一 个个方格中，则：如果工作频段为 3.5GHz，就可部署 16 副天线；如工作频段为 10GHz，就 可部署 169 根天线。。。。。

3D-MIMO 技术在原有的 MIMO 基础上增加了垂直维度，使得波束在空间上三维赋型， 可避免了相互之间的干扰。配合大规模 MIMO，可实现多方向波束赋型。

多天线技术作为提高系统频谱效率和传输可靠性的有效手段, 已经应用于多种无线通 信系统, 如 3G 系统、LTE、LTE-A、WLAN 等. 根据信息论, 天线数量越多, 频谱效率和可 靠性提升越明显. 尤其是, 当发射天线和接收天线数量很大时, MIMO 信道容量将随收发天 线数中的最小值近似线性增长.因此, 采用大数量的天线, 为大幅度提高系统的容量提供了 一个有效的途径. 由于多天线所占空间、实现复杂度等技术条件的限制, 目前的无线通信系 统中, 收发端配置的天线数量都不多, 比如在 LTE 系统中最多采用了 4 根天线, LTE-A 系 统中最多采用了 8 根天线[4]. 但由于其巨大的容量和可靠性增益, 针对大天线数的 MIMO 系统相关技术的研究吸引了研究人员的关注, 如单个小区情况下, 基站配有大大超过移动台 天线数量的天线的多用户 MIMO 系统的研究等[5]. 进而, 2010 年, 贝尔实验室的 Marzetta 研究了多小区、TDD (time division duplexing) 情况下, 各基站配置无限数量天线的极端情况 的多用户 MIMO 技术, 提出了大规模 MIMO (large scale MIMO, 或者称 Massive MIMO) 的 概念[6],发现了一些与单小区、有限数量天线时的不同特征. 之后, 众多的研究人员在此基础 上研究了基站配置有限天线数量的情况[7]. 在大规模 MIMO 中, 基站配置数量非常大(通常 几十到几百根, 是现有系统天线数量的 1_2 个数量级以上) 的天线, 在同一个时频资源上同 时服务若干个用户. 在天线的配置方式上, 这些天线可以是集中地配置在一个基站上, 形成 集中式的大规模 MIMO, 也可以是分布式地配置在多个节点上, 形成分布式的大规模 MIMO. 值得一提的是,  我国学者在分布式 MIMO 的研究一直走在国际的前列[8_10].

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