5G發展中的Massive MIMO技術綜述

摘要：隨著5G的不斷研究發展，Massive MIMO成為提升信道容量和網絡覆蓋的主要技術。本文重點介紹Massive MIMO的發展歷程、主要技術以及在5G中的重要性。

關鍵詞：5GMassive MIMO 通信

引言

隨著4G網絡的普及，但是現今接入設備量激增，難以實現極速無線通信，同時也限制了虛擬現實、高清視頻、物聯網、公共安全等極速數據傳輸行業的發展，而4G技術根本無法滿足需求。無線通信系統需要更高的數據傳輸速率和系統容量，所以國內外紛紛加入5G技術的研究。大規模MIMO（Massive MIMO）技術[1]是5G通信的核心技術之一，主要是通過增加基站的天線數，充分利用無線資源，使得系統容量和頻率復用效率得到大幅度提高，并且有效的降低網絡干擾問題。

一、Massive MIMO的概念及發展歷程

1.MIMO的概念

MIMO技術是一種多輸入多輸出天線技術，最早是由Marconi于1908年提出。它主要是通過在發射端和接收端接入多根天線，來提高通信系統的容量、數據傳輸速率。MIMO技術一直是近20年來通信領域的主要技術之一。

2.Massive MIMO的發展歷程

MIMO技術已經被應用于4G通信，但是4G系統的基站配置天線數較少（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MIMO技術的不足，2010年，美國的Marzetta提出了大規模MIMO（Massive MIMO）概念[2]。大規模MIMO技術通過增加基站的天線數，一般有幾十、幾百根甚至更多天線組成。這樣，基站可以實現同時向多用戶發送、接收信號，提升網絡容量。

二、Massive MIMO的主要技術

Massive MIMO技術的發展中包括多種重要技術，下面主要介紹信道建模、空間復用技術和資源調度技術[3]。

1.信道建模

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

2.空間復用技術

空間復用技術指的是利用發射端的多個天線發射獨立的信號，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，區分出這些并行的數據流。這樣，可以獲取更高的數據傳輸速率。

3.資源調度

為了提高系統容量，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，只能增加發射天線、接收天線的數量來解決問題，即設計多天線陣。實際應用中，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、可調節的波束，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

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

參考文獻

[1]李艷蘋，正交頻分復用系統時頻同步算法的研究[D].哈爾濱理工大學，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天線技術研究[J].無線互聯科技，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.