大規(guī)模MIMO技術(shù)介紹

毫無(wú)疑問(wèn)的是，當(dāng)前和未來(lái)的移動(dòng)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)及方法正在利用多種技術(shù)提高用戶設(shè)備（UE）的吞吐量及高速數(shù)據(jù)服務(wù)的可獲得性。對(duì)于未來(lái)的高速無(wú)線數(shù)據(jù)服務(wù)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(shù)字的待服務(wù)設(shè)備數(shù)。此外，其他的相關(guān)難題還包括節(jié)能性、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施及用戶設(shè)備功能。在各種促進(jìn)移動(dòng)無(wú)線通信的最為重要的技術(shù)當(dāng)中，多輸入多輸出（MIMO）天線及射頻前端技術(shù)即是其一，目前用于4G高級(jí)LTE，針對(duì)5G的應(yīng)用也已在進(jìn)行。

MIMO的作用在于，通過(guò)天線陣列和智能處理功能并利用優(yōu)秀傳播信道創(chuàng)造出額外容量，這一方式稱為空間復(fù)用。因此，采用MIMO的基站和用戶設(shè)備可在若干空間復(fù)用信道上運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)可用吞吐量的擴(kuò)大。手持式用戶設(shè)備通常采用2×2 MIMO系統(tǒng)，其中，基站和用戶設(shè)備均具有含兩個(gè)發(fā)射天線和兩個(gè)接收天線的天線陣列，從而有效地實(shí)現(xiàn)雙倍容量。某些現(xiàn)有WiFi路由器和其他無(wú)線系統(tǒng)還采用4×4、8×8、甚至16×16的MIMO系統(tǒng)，而且針對(duì)特定應(yīng)用，還存在不對(duì)稱收發(fā)天線組合。

鑒于人們預(yù)測(cè)未來(lái)會(huì)有數(shù)十、數(shù)百乃至數(shù)千種設(shè)備需要高吞吐量數(shù)據(jù)服務(wù)，收發(fā)天線數(shù)倍于現(xiàn)有MIMO系統(tǒng)的基站設(shè)計(jì)概念逐漸演變?yōu)榇笠?guī)模MIMO或大規(guī)模多用戶MIMO（MU－MIMO）。

大規(guī)模MIMO的目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)具有大量收發(fā)流以及其他網(wǎng)絡(luò)容量提升技術(shù)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(qiáng)覆蓋能力（尤其在人口密集的城市環(huán)境中）。除了能顯著提升網(wǎng)絡(luò)容量之外，大規(guī)模MIMO還具有提高頻譜效率（尤其針對(duì)6GHz以下應(yīng)用）、降低能耗、延長(zhǎng)用戶設(shè)備電池壽命、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低于以往移動(dòng)無(wú)線技術(shù)的可擴(kuò)展性等其他優(yōu)點(diǎn)。此外，大規(guī)模MIMO還可能作為一種為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）及工業(yè)4．0趨勢(shì)當(dāng)中的巨量機(jī)器類設(shè)備部分高效提供連接服務(wù)的解決方案。最后，由于大規(guī)模MIMO可用于建立能為飛機(jī)、基礎(chǔ)設(shè)施、車輛等關(guān)鍵系統(tǒng)確保無(wú)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(guī)模MIMO能在低移動(dòng)性和無(wú)移動(dòng)性應(yīng)用中顯著改善頻譜效率，但是其在高移動(dòng)性應(yīng)用中卻不太有效。頻譜效率隨移動(dòng)性的提升而下降的原因在于，高移動(dòng)性用戶設(shè)備的信道相干性及導(dǎo)頻可用性較低，因此降低了其內(nèi)的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的復(fù)用增益。大規(guī)模MIMO的其他問(wèn)題可能在于低成本射頻硬件的可獲得性及可為大規(guī)模MIMO基站供電的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的安裝。

此外，大規(guī)模MIMO常與具有數(shù)十個(gè)或數(shù)百個(gè)收發(fā)信道的大型MIMO鏈路及全尺寸MIMO概念相混淆，這些技術(shù)雖然也源于MIMO，但是其并不同時(shí)服務(wù)大量用戶。

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