大規模MIMO技術介紹

毫無疑問的是，當前和未來的移動無線標準及方法正在利用多種技術提高用戶設備（UE）的吞吐量及高速數據服務的可獲得性。對于未來的高速無線數據服務而言，其需要克服的若干主要難題在于有限的可用頻譜、干擾以及天文數字的待服務設備數。此外，其他的相關難題還包括節能性、網絡基礎設施及用戶設備功能。在各種促進移動無線通信的最為重要的技術當中，多輸入多輸出（MIMO）天線及射頻前端技術即是其一，目前用于4G高級LTE，針對5G的應用也已在進行。

MIMO的作用在于，通過天線陣列和智能處理功能并利用優秀傳播信道創造出額外容量，這一方式稱為空間復用。因此，采用MIMO的基站和用戶設備可在若干空間復用信道上運行，從而實現可用吞吐量的擴大。手持式用戶設備通常采用2×2 MIMO系統，其中，基站和用戶設備均具有含兩個發射天線和兩個接收天線的天線陣列，從而有效地實現雙倍容量。某些現有WiFi路由器和其他無線系統還采用4×4、8×8、甚至16×16的MIMO系統，而且針對特定應用，還存在不對稱收發天線組合。

鑒于人們預測未來會有數十、數百乃至數千種設備需要高吞吐量數據服務，收發天線數倍于現有MIMO系統的基站設計概念逐漸演變為大規模MIMO或大規模多用戶MIMO（MU－MIMO）。

大規模MIMO的目標在于實現具有大量收發流以及其他網絡容量提升技術和方法的基站，以提高峰值下行鏈路吞吐量，大幅改善上行鏈路性能以及增強覆蓋能力（尤其在人口密集的城市環境中）。除了能顯著提升網絡容量之外，大規模MIMO還具有提高頻譜效率（尤其針對6GHz以下應用）、降低能耗、延長用戶設備電池壽命、實現復雜度低于以往移動無線技術的可擴展性等其他優點。此外，大規模MIMO還可能作為一種為物聯網（IoT）及工業4．0趨勢當中的巨量機器類設備部分高效提供連接服務的解決方案。最后，由于大規模MIMO可用于建立能為飛機、基礎設施、車輛等關鍵系統確保無中斷通信的多條物理鏈路，因此其還可能作為一種超高可靠性通信方案。

雖然大規模MIMO能在低移動性和無移動性應用中顯著改善頻譜效率，但是其在高移動性應用中卻不太有效。頻譜效率隨移動性的提升而下降的原因在于，高移動性用戶設備的信道相干性及導頻可用性較低，因此降低了其內的大規模MIMO系統的復用增益。大規模MIMO的其他問題可能在于低成本射頻硬件的可獲得性及可為大規模MIMO基站供電的網絡基礎設施的安裝。

此外，大規模MIMO常與具有數十個或數百個收發信道的大型MIMO鏈路及全尺寸MIMO概念相混淆，這些技術雖然也源于MIMO，但是其并不同時服務大量用戶。

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