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随着5G标准的发展，第一个3GPP的5G NR标准版本Rel.15计划于2018年6月完成。5G商用场景众多，如增强移动宽带（eMBB）、低时延与高可靠通信（URLLC）、大连接物联网（mMTC）等，其中eMBB业务场景是最传统、运营商最关注、与用户关系最密切的。在众多5G技术中，对eMBB业务性能影响最大的是Massive MIMO。可以预见，未来的5G商用产品中，Massive MIMO是最有可能优先部署的5G标志性技术。
从产业链角度看，众多设备商已经提前开展了Massive MIMO的技术研究和产品开发工作，主流设备商（如华为、中兴等）提出了“5G技术4G用”的理论，其中的主要技术就是Massive MIMO。
Massive MIMO的发展 TDD快于FDD
在全球移动商用网络中，MIMO技术在TDD网络中的发展一直快于FDD网络，因为TDD网络具有信道互易性，相对于FDD网络更容易获得下行的信道信息，使得TDD网络的多天线产品复杂度更低、设备体积更小。因此从3G的TD-SCDMA到4G的TD-LTE网络，8×8多天线基站系统都已经开始商用，这也为设备商在4G演进和5G系统中采用更多天线数量的Massive MIMO技术奠定了基础。因此最早的Massive MIMO预商用样机是在2015年推出的基于TD-LTE系统的Massive MIMO样机。
2015~2016年，中国移动与华为、中兴在TD-LTE商用网上开通了Massive MIMO基站并完成外场验证测试，4G商用智能手机在现网单载波带宽为20MHz的频谱中实现下行大于300Mbit/s的吞吐量。日本软银（SoftBank）公司于2016年宣布完成了大规模天线商用测试，将在日本全国43个城市部署TDD Massive MIMO。预计2017年软银会在日本全国范围内的几千个站点进行Massive MIMO部署。2016年10月，西班牙Telefonica电信与中兴完成了欧洲首个Pre5G大规模天线设备的测试，验证了该技术在热点以及室内场景的应用性能。
基于TDD Massive MIMO技术不仅在4G演进系统中取得了商用进展，而且在5G系统中也得到了不断推进。中国IMT-2020（5G）推进组在2016年完成了第一阶段的5G关键技术验证，通过对这个阶段5G单项关键技术样机的测试，对5G候选关键技术的性能进行了初步评估。这个阶段的测试对象为业界主流企业研发的关键技术试验样机，华为、中兴、大唐、诺基亚等多家设备商都测试了基于TDD制式的5G大规模天线样机的性能，并在单基站下获得峰值约30bit/s/Hz的频谱效率。因此，目前业界TDD的大规模天线发展无论在4G和5G系统中，相比FDD都更加领先。
相比于TDD大规模天线技术在2014~2016年的预商用网络中迅速发展，FDD大规模天线技术一直处于研究阶段，尽管在3GPP Rel.12和Rel.13版本中已经对LTE的MIMO技术进行演进，从下行最多支持8端口到16端口再到32端口，但是FDD大规模天线的研发样机始终处于停滞状态。
FDD大规模天线样机测试成功 大规模商用存在诸多挑战
面对全球广阔的LTE FDD市场和运营商期望大规模天线早日在LTE FDD网络商用的积极态度，2016年设备商终于在FDD Massive MIMO技术上发力。从2016年底到2017年初，中兴和华为都发布了FDD大规模天线商用样机，并与中国电信和中国联通完成了初步测试。单站初步测试结果表明，FDD大规模天线可以在现有频谱基础上将小区吞吐量有效提升3倍以上，具有明显的性能增益。
FDD大规模天线样机的测试表现让人感到惊喜，但从目前发展状况来看，FDD的大规模天线要想如TDD大规模天线一样能够尽快部署和商用，仍然存在诸多挑战。
（1） 技术挑战
FDD大规模天线的最大技术挑战在于基站如何简便地获取用户的信道信息。一般来说FDD网络都需要终端反馈信道测量的情况，这种情况在天线端口较少的情况下反馈开销并不明显，但是如果大规模天线支持64或128天线端口下仍然采用反馈信道的方式，就会带来较大的信道开销，因此相对TDD网络互易性的信道获取方式，如何更简便地获取信道信息对FDD网络而言是巨大的挑战。同时如前文所述，基于TDD网络的多天线系统经过3G、4G时代的商用部署，产品多次升级已更加完善，同时也积累了很多商用经验，而FDD的多天线技术在经验方面仍然欠缺。
（2） 设备挑战
从系统和终端两个方面来说，TDD大规模天线相比FDD大规模天线具备更好的产业基础。目前TDD大规模天线测试中，一般使用基于3GPP Rel.9版本的终端，并采用TDD系统特有的TM8波束成形技术。由于现阶段大部分TD-LTE商用终端均支持大规模天线传输，因此在规模商用上，基于TDD的大规模天线在系统和终端产业链两方面都不存在太大的问题。而对于FDD大规模天线的商用，虽然从理论研究、标准化支持以及设备实现等角度来看，FDD Massive MIMO技术具有可行性，但目前设备商对于FDD Massive MIMO的研究尚处于初级阶段，产品规划尚不成熟，仅部分厂商表明有研发及样机设计计划。FDD大规模天线终端的解决方案更加倾向于使用能够实现用户级参考信号传输（DMRS）和支持DMRS波束成形的TM9技术。从当前商用的FDD终端使用情况来看，目前支持TM9的基站并没有得到商用，而FDD终端中支持TM9芯片的比例也不足20%，因此，FDD大规模天线的商用还需要依靠Rel.10及以上版本的终端产业链的支持才能快速实现。
（3） 测试挑战
TDD和FDD的大规模天线都存在如何测试、如何测好的挑战。传统的天线采用BBU+RRU的架构，基站设备规范中一般只包含RRU和BBU的相关技术指标要求，而天线指标则在天线设备规范中单独存在，仅需通过CABLE的传导测试检验设备的各项指标。而对于采用与有源天线（AAS）相似架构的大规模天线，其RRU和天线采用一体化设计，使得天线的指标无法单独测试，需要通过OTA测试完成。这就导致传统的测试指标以及方案无法复用，需要进行重新设计。此外，随着射频通道数的大幅增加，测试复杂度也随之提高。
（4） 部署挑战
大规模天线技术不仅带来更多天线、更高增益，也带来更大的设备体积和重量。这使得大规模天线的安装和维护更加困难。尽管FDD和TDD的大规模天线都有安装维护的类似困难，但是FDD大规模天线的困难更加突出，因为FDD相比于TDD均位于较低频段，因此天线尺寸更大，并且在FDD设备中收、发射频通道是分开的，这也增加了大规模天线的体积和重量以及设备复杂度。因此在通道数相同的情况下，FDD大规模天线的体积、重量、成本相比TDD大规模天线都更高。
（5） 组网测试验证
当前业界的大规模天线性能测试（包括TDD和FDD）大部分结果基于单站或者“插花式”的小数量基站测试，而规模组网下的天线性能将受到小区间干扰、控制信道覆盖、波束管理等因素的影响，因此需要在大规模商用前对其进行进一步验证。
如何克服挑战 加速FDD Massive MIMO商用进程
尽管FDD大规模天线技术面临诸多挑战，但是设备商和运营商应该齐心协力克服挑战。一方面设备商的解决方案要兼顾Rel.10及以上版本的终端和存量终端，保证在网用户增益最大化，另一方面要做好新终端演进产业链的推动，加速在网用户终端更新换代。
同时在系统设备方面要平衡好设备复杂度、成本与网络性能的关系，通过合理的取舍帮助运营商以更低的成本、更便捷的部署方式实现FDD大规模天线样机的部署。在降低成本、提高部署灵活性方面，中国电信提出的模块化大规模天线方案也值得探索。
只有FDD大规模天线系统通过预商用并具备真正商用的价值，才能够为运营商和设备商带来价值。目前全球黄金频段和主流网络以FDD为主，因此FDD大规模天线具备广阔的市场前景。希望随着设备商和运营商的共同努力，能够不断克服所面临的问题与挑战，进行更多、更全面的测试验证，最终加速FDD Massive MIMO的商用进程，为全球运营商开展流量经营开辟新的、更广阔的发展空间。
