5G發(fā)展中的Massive MIMO技術(shù)綜述

摘要：隨著5G的不斷研究發(fā)展，Massive MIMO成為提升信道容量和網(wǎng)絡(luò)覆蓋的主要技術(shù)。本文重點介紹Massive MIMO的發(fā)展歷程、主要技術(shù)以及在5G中的重要性。

關(guān)鍵詞：5GMassive MIMO 通信

引言

隨著4G網(wǎng)絡(luò)的普及，但是現(xiàn)今接入設(shè)備量激增，難以實現(xiàn)極速無線通信，同時也限制了虛擬現(xiàn)實、高清視頻、物聯(lián)網(wǎng)、公共安全等極速數(shù)據(jù)傳輸行業(yè)的發(fā)展，而4G技術(shù)根本無法滿足需求。無線通信系統(tǒng)需要更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和系統(tǒng)容量，所以國內(nèi)外紛紛加入5G技術(shù)的研究。大規(guī)模MIMO（Massive MIMO）技術(shù)[1]是5G通信的核心技術(shù)之一，主要是通過增加基站的天線數(shù)，充分利用無線資源，使得系統(tǒng)容量和頻率復(fù)用效率得到大幅度提高，并且有效的降低網(wǎng)絡(luò)干擾問題。

一、Massive MIMO的概念及發(fā)展歷程

1.MIMO的概念

MIMO技術(shù)是一種多輸入多輸出天線技術(shù)，最早是由Marconi于1908年提出。它主要是通過在發(fā)射端和接收端接入多根天線，來提高通信系統(tǒng)的容量、數(shù)據(jù)傳輸速率。MIMO技術(shù)一直是近20年來通信領(lǐng)域的主要技術(shù)之一。

2.Massive MIMO的發(fā)展歷程

MIMO技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于4G通信，但是4G系統(tǒng)的基站配置天線數(shù)較少（一般少于8個），那么MIMO的性能增益受到很大的限制。針對傳統(tǒng)MIMO技術(shù)的不足，2010年，美國的Marzetta提出了大規(guī)模MIMO（Massive MIMO）概念[2]。大規(guī)模MIMO技術(shù)通過增加基站的天線數(shù)，一般有幾十、幾百根甚至更多天線組成。這樣，基站可以實現(xiàn)同時向多用戶發(fā)送、接收信號，提升網(wǎng)絡(luò)容量。

二、Massive MIMO的主要技術(shù)

Massive MIMO技術(shù)的發(fā)展中包括多種重要技術(shù)，下面主要介紹信道建模、空間復(fù)用技術(shù)和資源調(diào)度技術(shù)[3]。

1.信道建模

任何一個無線通信系統(tǒng)都需要明確一個相應(yīng)的系統(tǒng)模型，來進行性能的評估和比較。然而，Massive MIMO天線的規(guī)模比較大。所以，信道模型的建模也越來越具有挑戰(zhàn)性。

2.空間復(fù)用技術(shù)

空間復(fù)用技術(shù)指的是利用發(fā)射端的多個天線發(fā)射獨立的信號，然后由接收端接收這些混合的信號，采用干擾抑制的解碼方式進行解碼，再利用不同空間信道獨立的衰落特性，區(qū)分出這些并行的數(shù)據(jù)流。這樣，可以獲取更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。

3.資源調(diào)度

為了提高系統(tǒng)容量，在MIMO天線信息傳輸時，需要對用戶進行天線配對。這樣，用戶的分組以及基站處天線的選擇成為了主要問題。若用戶數(shù)比較多，需要重點考慮頻譜資源的分配等問題。

三、Massive MIMO在5G發(fā)展中的必要性

基于頻譜資源和天線功率的限制，并且用戶位置的隨時可移動性，而發(fā)射天線和接收天線的增益也不可能無限制增大。所以，只能增加發(fā)射天線、接收天線的數(shù)量來解決問題，即設(shè)計多天線陣。實際應(yīng)用中，信號穿過建筑物時，損耗也會大大增加。而Massive MIMO可以生成高增益、可調(diào)節(jié)的波束，可以有效的改善信號覆蓋，并很好的減少對周邊的干擾。

四、總結(jié)

本文主要介紹了Massive MIMO的概念及重要的發(fā)展技術(shù)，以及其在5G發(fā)展中的必要性。Massive MIMO可以大大的提高系統(tǒng)的頻譜效率，所以它成為了5G發(fā)展中的重要技術(shù)，成為全球的研究熱點。然而，導(dǎo)頻污染一直制約著Massive MIMO的性能，還需要繼續(xù)不斷挑戰(zhàn)。

參考文獻

[1]李艷蘋，正交頻分復(fù)用系統(tǒng)時頻同步算法的研究[D].哈爾濱理工大學(xué)，2012

[2]MARZETTA T L.Noncooperative cellular wireless with unlimited numbers of base station antennas[J].IEEE Transactions on Wireless Communications，2010，9（11）：3590-3600.

[3]汪常娥，5G通信與massive MIMO天線技術(shù)研究[J].無線互聯(lián)科技，2018（7）：3-4.

作者簡介：劉華（1990-），女，助教，碩士，研究方向為微帶天線技術(shù).