1、大規模MlMO天線技術一、什么是大規模MIMO天線技術理解大規模天線首先需要了解波束成形技術。傳統通信方式是基站與手機間單天線到單天線的電磁波傳播，而在波束成形技術中，基站端擁有多根天線，可以自動調節各個天線發射信號的相位，使其在手機接收點形成電磁波的疊加,從而達到提高接收信號強度的目的。從基站方面看，這種利用數字信號處理產生的疊加效果就如同完成了基站端虛擬天線方向圖的構造，因此稱為“波束成形”o通過這一技術，發射能量可以匯集到用戶所在位置，而不向其他方向擴散，并且基站可以通過監測用戶的信號，對其進行實時跟蹤，使最佳發射方向跟隨用戶的移動,保證在任何時候手機接收點的電磁波信號都處于疊加狀態。這

2、是傳統天線和大規模MIMO覆蓋對比圖。普通全向天線，覆蓋所有區域波速成形后的天線，將能量集中到一個方向。在實際應用中，多天線的基站也可以同時瞄準多個用戶，構造朝向多個目標客戶的不同波束，并有效減小各個波束之間的干擾。這種多用戶的波束成形在空間上有效地分離了不同用戶間的電磁波，是大規模天線的基礎所在。二、大規模MIMO天線的優點(1)提升頻譜效率。根據大數定律，當基站天線數目持續增加到無窮大時，不同用戶的信道呈現漸近正交性，該特性稱為有利信道條件。理論上，用戶間干擾可以完全被消除，噪聲也隨天線增加到無窮而趨于消失。同時，大規模MIMO的空間分辨率顯著提高，極高的空間自由度可以滿足多個用戶在同一時

3、頻資源上同時通信。以上因素都能大幅度提高系統頻譜效率；(2) 提升能量效率。大規模天線陣列的使用，提高了陣列增益，無論是上行發送還是下行發送都可以使用較小的發射功率達到較好的通信質量，從而使得系統能量效率提升幾個數量級。(3) 簡化上層用戶調度。隨機矩陣理論表明，隨著基站天線數目的急劇增加，原來一些隨機的信道特性開始變確定了，比如信道矩陣的奇異值分布趨于確定，信道矩陣趨于良性矩陣，該現象稱為大規模MIMO的信道硬化效應。(4)降低系統復雜度。大規模MIMO采用簡單的線性預編碼器，如最大比發送和迫零，就可以達到與最優的非線性預編碼方案(如臟紙編碼等)近似的性能，從而大大簡化系統復雜度；(5)降低

4、系統部署成本。大規模MIMO極高的空間自由度，可以用于波束賦形，如果采用恒定包絡調制信號，可以大幅降低發射信號峰均比，從而可以在射頻前端采用低線性復雜度、低成本、低功耗的硬件設備，大幅降低部署成本；三、大規模MIMO的基本原理大規模MIMO通過在基站側采用大量天線來提升數據速率和鏈路可靠性。在采用大天線陣列的mMIMO系統中，信號可以在水平和垂直方向進行動態調整，因此能量能夠更加準確地集中指向特定的UE,從而減少了小區間干擾，能夠支持多個UE間的空間復用。采用大量收發信機(TRX)與多個天線陣列，可以將波束賦形與用戶間的空間復用相結合，大力提升區域頻譜效率。簡而言之，大規模MIMO系統定義為：

5、大量收發信機(TRX)空間復用特性多用戶調度(MU-MIMO)上下行方向上的大量高增益天線陣列四、大規模MIMO的系統架構大規模MIMO的系統架構如圖所示。的頻我炭單元洋列,分頻分壬用#2<-'(RDNWK射頰分配網鼻“天技傳弄支持MassiveMIMO的有源天線基站架構以三個主要功能模塊為代表：射頻收發單元陣列，射頻分配網絡和多天線陣列。射頻收發單元陣列包含多個發射單元和接收單元。發射單元獲得基帶輸入并提供射頻發送輸出，射頻發送輸出將通過射頻分配網絡分配到天線陣列，接收單元執行與發射單元操作相反的工作。RDN將輸出信號分配到相應天線路徑和天線單元，并將天線的輸入信號分配到相反的方向。天線陣列可包括各種實現和配置，如極化、空間分離等。射頻收發單元陣列、射頻分配網絡和天線陣列的物理位置有可能不同于下圖邏輯表示，取決于實現。五、應用場景天線集中配置的MassiveMIMO主要應用場景有城區覆蓋、無線回傳、郊區覆蓋、局部熱點。其中城區覆蓋分為宏覆蓋和微覆蓋（例如高層寫字樓）兩種。無線回傳主要解決基站之間的數據傳輸問題，特別是宏站與SmallCell之間的數據傳輸問題，郊區覆蓋主要解決偏遠地區的無線傳輸問題，局部熱點主要針對大型賽事、演唱會、商場、露天集會、交通樞紐等用戶密度高的區域。