5G 通信關(guān)鍵技術(shù)解密
無線接入部分
1. 大規(guī)模MIMO 技術(shù)

MIMO 技術(shù)將傳統(tǒng)的時(shí)域、頻域、碼域三維擴(kuò)展為了時(shí)域、頻域、碼域、空域 四維，新增緯度極大的提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。隨著天線能力和芯片處理能力的增 強(qiáng)，目前 MIMO 技術(shù)從 2*2MIMO 發(fā)展為了 8*8MIMO，從單用戶 MIMO 發(fā)展為了多用 戶 MIMO 和協(xié)作 MIMO。目前 MIMO 技術(shù)的新進(jìn)展包括三個(gè)方面：從無源到有源， 從二維(2D)到三維(3D)，從高階 MIMO 到大規(guī)模陣列。

有源天線系統(tǒng)（AAS）在天線系統(tǒng)中集成射頻電路功能，從而提高能量效率， 降低系統(tǒng)的功耗；提高波束賦行能力，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的容量性能；降低站址維 護(hù)和租賃費(fèi)用：

3D MIMO 支持多用戶波束智能賦型，減少用戶間干擾，結(jié)合高頻段毫米波技 術(shù)，將進(jìn)一步改善無線信號(hào)覆蓋性能。

大規(guī)模陣列 MIMO 提供了更強(qiáng)的定向能力和賦形能力：

多維度的海量 MIMO 技術(shù)，將顯著提高頻譜效率，降低發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)綠色 節(jié)能，提升覆蓋能力，而如今大規(guī)模 MIMO 仍舊面臨一些問題，如大規(guī)模天線信 道測量與建模、陣列設(shè)計(jì)與校準(zhǔn)、導(dǎo)頻信道、碼本及反饋機(jī)制、天線的規(guī)模尺寸、 實(shí)際工程安裝和使用場景等問題，這些問題的探討和成果會(huì)成為未來 5G 的重要 發(fā)展方向。

MIMO 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于 WIFI、LTE 等。理論上，天線越多，頻譜效率和傳輸可靠 性就越高。大規(guī)模 MIMO 技術(shù)可以由一些并不昂貴的低功耗的天線組件來實(shí)現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)在 高頻段上進(jìn)行移動(dòng)通信提供了廣闊的前景，它可以成倍提升無線頻譜效率，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋和 系統(tǒng)容量，幫助運(yùn)營商最大限度利用已有站址和頻譜資源。

我們以一個(gè) 20 平方厘米的天線物理平面為例，如果這些天線以半波長的間距排列在一 個(gè)個(gè)方格中，則：如果工作頻段為 3.5GHz，就可部署 16 副天線；如工作頻段為 10GHz，就 可部署 169 根天線。。。。。

3D-MIMO 技術(shù)在原有的 MIMO 基礎(chǔ)上增加了垂直維度，使得波束在空間上三維賦型， 可避免了相互之間的干擾。配合大規(guī)模 MIMO，可實(shí)現(xiàn)多方向波束賦型。

多天線技術(shù)作為提高系統(tǒng)頻譜效率和傳輸可靠性的有效手段, 已經(jīng)應(yīng)用于多種無線通 信系統(tǒng), 如 3G 系統(tǒng)、LTE、LTE-A、WLAN 等. 根據(jù)信息論, 天線數(shù)量越多, 頻譜效率和可 靠性提升越明顯. 尤其是, 當(dāng)發(fā)射天線和接收天線數(shù)量很大時(shí), MIMO 信道容量將隨收發(fā)天 線數(shù)中的最小值近似線性增長.因此, 采用大數(shù)量的天線, 為大幅度提高系統(tǒng)的容量提供了 一個(gè)有效的途徑. 由于多天線所占空間、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度等技術(shù)條件的限制, 目前的無線通信系 統(tǒng)中, 收發(fā)端配置的天線數(shù)量都不多, 比如在 LTE 系統(tǒng)中最多采用了 4 根天線, LTE-A 系 統(tǒng)中最多采用了 8 根天線[4]. 但由于其巨大的容量和可靠性增益, 針對大天線數(shù)的 MIMO 系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究吸引了研究人員的關(guān)注, 如單個(gè)小區(qū)情況下, 基站配有大大超過移動(dòng)臺(tái) 天線數(shù)量的天線的多用戶 MIMO 系統(tǒng)的研究等[5]. 進(jìn)而, 2010 年, 貝爾實(shí)驗(yàn)室的 Marzetta 研究了多小區(qū)、TDD (time division duplexing) 情況下, 各基站配置無限數(shù)量天線的極端情況 的多用戶 MIMO 技術(shù), 提出了大規(guī)模 MIMO (large scale MIMO, 或者稱 Massive MIMO) 的 概念[6],發(fā)現(xiàn)了一些與單小區(qū)、有限數(shù)量天線時(shí)的不同特征. 之后, 眾多的研究人員在此基礎(chǔ) 上研究了基站配置有限天線數(shù)量的情況[7]. 在大規(guī)模 MIMO 中, 基站配置數(shù)量非常大(通常 幾十到幾百根, 是現(xiàn)有系統(tǒng)天線數(shù)量的 1_2 個(gè)數(shù)量級(jí)以上) 的天線, 在同一個(gè)時(shí)頻資源上同 時(shí)服務(wù)若干個(gè)用戶. 在天線的配置方式上, 這些天線可以是集中地配置在一個(gè)基站上, 形成 集中式的大規(guī)模 MIMO, 也可以是分布式地配置在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上, 形成分布式的大規(guī)模 MIMO. 值得一提的是,  我國學(xué)者在分布式 MIMO 的研究一直走在國際的前列[8_10].

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