大規(guī)模MIMO技術(shù)專利綜述

魯卉+吳晗

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心 湖北 武漢 430070）

摘 要：本文主要基于大規(guī)模MIMO技術(shù)的相關(guān)專利申請數(shù)據(jù)，對大規(guī)模MIMO技術(shù)在全球的專利分布情況進(jìn)行分析，總結(jié)了大規(guī)模MIMO技術(shù)的專利申請趨勢，主要申請人分布，并得出COMP的各技術(shù)分支的熱點(diǎn)所在。

關(guān)鍵詞：5G 大規(guī)模MIMO 天線 陣列 多用戶

1.前言

隨著4G進(jìn)入規(guī)模商用階段，5G研發(fā)也已拉開帷幕，在全球業(yè)界的共同努力下，5G愿景與關(guān)鍵能力需求已基本明確，總體目標(biāo)是在2020年啟動商用。5G關(guān)鍵技術(shù)著眼于三個方面：利用大規(guī)模天線技術(shù)提升系統(tǒng)的頻譜效率；采用毫米波頻譜擴(kuò)展系統(tǒng)的帶寬；部署多層密集網(wǎng)絡(luò)提升系統(tǒng)區(qū)域頻譜復(fù)用度。本文聚焦大規(guī)模天線技術(shù)的演進(jìn)，從專利的角度進(jìn)行統(tǒng)計和分析，并在此基礎(chǔ)給出后續(xù)的技術(shù)走向。

2.專利技術(shù)發(fā)展

2.1全球?qū)＠治?/p>

通過對全球大規(guī)模MIMO技術(shù)的專利申請進(jìn)行統(tǒng)計與分析，筆者整理出大規(guī)模MIMO技術(shù)的全球?qū)＠暾垰v年分布、申請區(qū)域分布以及主要申請人分布情況。

從圖1中可以看出大規(guī)模MIMO在2010年才有專利申請，這與2010年Marzetta提出大規(guī)模天線通信技術(shù)的時期相吻合。大規(guī)模MIMO從2010年開始出現(xiàn)少量申請，從2013至2014年申請量開始增長，而且我們有理由相信，2015年之后這種增長趨勢將加大。大規(guī)模MIMO直接通過增加基站端的天線數(shù)就可以使得系統(tǒng)容量增加，而不需要縮小小區(qū)的規(guī)模，使對大規(guī)模MIMO技術(shù)的研究在5G中被重點(diǎn)關(guān)注，所以相應(yīng)的專利申請趨勢也必然是爆發(fā)式上升。

圖2顯示了大規(guī)模MIMO在全球不同國家的專利申請量。中國、美國、韓國的申請量各占了37%、33%、12%，中國和美國占了申請量的半數(shù)以上。中國由于中興、華為等通信設(shè)備廠家的快速崛起，在該領(lǐng)域獲得較高的申請量，而美國擁有以高通為代表的公司，擁有強(qiáng)大的研究實(shí)力。擁有以通信業(yè)務(wù)為主的LG和三星公司的韓國其申請量排在第三位，其在4G至5G的發(fā)展也顯示較好的發(fā)展趨勢。

從圖3可看出，大規(guī)模MIMO領(lǐng)域還處于起步階段，國內(nèi)大學(xué)申請占了很大比例。由此可見，大規(guī)模MIMO的學(xué)術(shù)研究正在如火如荼的錦繡中，而企業(yè)中，則韓國的LG、三星處于領(lǐng)先位置，表明韓國對5G通信技術(shù)的研究處于蓬勃發(fā)展階段。

2.2面向5G的大規(guī)模MIMO專利申請演進(jìn)

針對大規(guī)模MIMO的在信道估計、預(yù)編碼/波束成形、導(dǎo)頻等領(lǐng)域的申請情況進(jìn)行分析，得到了其演進(jìn)情況，具體如圖4所示：

大規(guī)模MIMO的概念在2010年被提出，2010年申請的專利CN101867402中還沒有提到massive MIMO的概念，文中分析了收發(fā)天線陣列各位32個單元天線的單用戶MIMO系統(tǒng)，研究了在該天線數(shù)量下，MIMO系統(tǒng)天線陣列的自適應(yīng)優(yōu)化效率。這初步具有了大規(guī)模MIMO的思想。

2011年三星申請了US2013163457，大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中進(jìn)行信道估計的方法，還申請了專利US2013163544，根據(jù)信道反饋信息進(jìn)行預(yù)編碼。

2012年，企業(yè)申請居多，且存在2011年申請的同族申請，其中存在3D MIMO的研究，如CN103684657，是關(guān)于3D MIMO中預(yù)編碼的研究；同時還有預(yù)編碼及信道狀態(tài)信息確保系統(tǒng)的傳輸性能。

而從2013年開始，高校申請量增大，如CN103297111，清華大學(xué)的申請，研究大規(guī)模MIMO上行多用戶的信號檢測；東南大學(xué)的CN103298124，研究大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的導(dǎo)頻分配方法；同時企業(yè)也有部分申請，如美國博通公司的申請US2014307814，關(guān)于預(yù)編碼的研究。

2014年至2015年，申請量開始變大，大學(xué)申請側(cè)重于復(fù)雜算法的研究，如華中科技大學(xué)的申請CN104009947，公開了一種大規(guī)模MIMO TDD無線系統(tǒng)下的導(dǎo)頻信號發(fā)送和信道估計方法；企業(yè)申請注重于實(shí)際工業(yè)應(yīng)用，如三星的申請US2015256244，公開了通過信道反饋信息進(jìn)行碼本選擇的方法，即預(yù)編碼。

在各個分支領(lǐng)域高校與企業(yè)都有研究，但高校申請注重從技術(shù)角度出發(fā)，研究信道估計，預(yù)編碼/波束成形中的算法；而企業(yè)則更注重從工業(yè)角度考慮，研究天線陣列（如3D MIMO）、根據(jù)反饋信息實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)傳輸?shù)挠行缘取?/p>

3技術(shù)演進(jìn)及發(fā)展預(yù)測

在大規(guī)模MIMO中，信道估計、預(yù)編碼/波束成形仍將是研究重點(diǎn)，新的問題導(dǎo)頻污染產(chǎn)生，這也將是研究的重難點(diǎn)；而天線數(shù)量的增加，大的天線陣列的研究也會越來越多。

參考文獻(xiàn)

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[2] IMT-2020， 5G無線技術(shù)架構(gòu)白皮書，2015年5月

[3] 趙龍，大規(guī)模天線通信系統(tǒng)性能研究，博士研究生學(xué)位論文，2015年4月endprint