隨著無線通信技術的不斷發展，高速數據業務以及無處不在接入的需求正呈現出一種爆炸式的增長。根據預測到2020年，業務量將為目前業務量的1000倍，基于此，需要提升寬帶無線接入網的能力，適應未來用戶業務需求。
　　針對寬帶無線接入的需求，目前歐盟、中國、日本、美國等均啟動了第五代移動通信系統的需求與關鍵技術研究。從2G/3G到4G，每一代系統的更新，都伴隨著新技術的更新，都是為了解決當時最主要的需求。5G（后4G）時代，小區越來越密集，對容量、耗能和業務的需求越來越高。提升網絡吞吐量的主要手段包括，提升點到點鏈路的傳輸速率、擴展頻譜資源、高密度部署的異構網絡；對于高速發展的數據流量和用戶對帶寬的需求，現有4G蜂窩網絡的多天線技術（8端口MU-MIMO、CoMP）很難滿足需求。最近的研究表明，在基站端采用超大規模天線陣列（比如數百個天線或更多）可以帶來很多的性能優勢。這種基站采用大規模天線陣列的MU-MIMO被稱為大規模天線陣列系統（Large Scale Antenna System，或稱為Massive MIMO）。
　　本文旨在介紹5G中關鍵技術之一，Massive MIMO的現狀以及在系統仿真中最關注的研究點。
　　應用場景
　　天線集中配置的Massive MIMO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Small Cell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。
　　考慮到天線尺寸、安裝等實際問題，分布式天線也有用武之地，重點需要考慮天線之間的協作機制及信令傳輸問題。大規模天線未來主要應用場景可以從室外宏覆蓋、高層覆蓋、室內覆蓋這三種主要場景劃分。
　　研究方向
　　Massive MIMO，又稱為large-scale MIMO。顧名思義，就是在基站端安裝幾百根天線（128根、256根或者更多），從而實現幾百個天線同時發數據。
　　在沿用現有的LTE系統MAC+PHY的結構下，Massive MIMO的物理層研究的方向主要包括：基站天線架構設計、基站端預編碼、基站端信號檢測、基站端信道估計、控制信道性能改進（見表1）。
　　
　　Massive MIMO的物理層研究的方向
　　天線陣元大幅增加，需要擴展到二維平面/曲面或三維陣列。是全向天線（球形），或者是一個面陣天線（面板型），還是如中國移動所提出的“和”之類的異形狀態？同時，由于天線數較多，滿足隔離度的天線尺寸可能較大，因此較高頻段（》5GHz）的使用也是研究課題之一。
　　天線數增多，同時帶來了天線外形尺寸的增大，傳統以平面波方式進行信道的建模對于近場偏差就會變得較大，合適的信道建模方式也是需要關注的問題之一。
　　此外，MIMO所要用的有源天線transever模式，在LTE中已經有所應用。
　　隨著天線數的增多，Massive MIMO的性能將會趨于平緩，此時可以使用多用戶復用（Multi-User MIMO，MU-MIMO）。MU-MIMO技術的核心是預編碼。現有的預編碼技術主要是：MRT、ZF以及DPC。這些技術中，DPC被認為是最優 的，MRT性能最差，ZF居中。尋找合適的預編碼算法也非常重要，通常在工程中使用ZF，是否能有復雜度和性能兼備的新的預編碼算法是物理層最關鍵的問題 之一。
　　與傳統的MIMO相比，Massive MIMO的不同之處主要在于，天線趨于很多（無窮）時，信道之間趨于正交。系統的很多性能都只與大尺度相關，與小尺度無關?；編装俑炀€的導頻設計需要 耗費大量時頻資源，所以基于導頻的信道估計方式不可取。具體的實施方案，包括TDD和FDD兩種模式，其中TDD有天然的優勢，這是因為隨著天線數的增 多，CSI-RS的開銷增大，而TDD可以利用信道的互易性進行信道估計，不需要導頻進行信道估計，TDD的方式是首選；FDD覆蓋面廣，普及面高，采用 較小開銷的碼本來進行信道系數的估計和反饋也是可以的，信道反饋時可以考慮CS（Compressive Sensing）等算法，所以FDD下的信道檢測、估計和反饋也是不可忽視的一部分。
　　天線數增多后，業務信道的覆蓋通常能滿足要求，而控制信道的能力并不會隨著天線數增多而增強，因此控制信道的覆蓋將會成為系統性能的瓶頸。
　　Massive MIMO的MAC研究的方向主要包括：MU-MIMO配對算法、用戶調度和資源分配策略。
　　Massive MIMO由于天線數較多，多用戶之間的信道趨于正交，此時可以使用相同的時頻資源對用戶進行數據的傳輸。當使用MU-MIMO時，由于基站側同時給多個用 戶發送數據，每個用戶能獲得的實際發送功率會等比減小，眾所周知，功率降低，就會帶來性能的損失。那么，判斷哪些用戶適合配對、怎樣配對對系統的性能最 優，在Massive MIMO中是非常重要的。
　　由于Massive MIMO天線數眾多，相隔較遠的天線之間的間距較大，為了充分使用天線，以達到提高系統容量的目的，用戶分塊使用天線，一部分天線給A用戶，一部分天線給B用戶。這就是用戶天線資源的分配策略。
　　同時，發送天線可以同時給多個用戶發送，也可以只給某一個用戶發送，這就是RB資源的分配策略。目前可以采用跟傳統資源分配一樣的方式進行，此時還需要考慮配對用戶重傳時的策略。
　　此外，Massive MIMO還可以跟其他組網技術相結合，如LTE系統中的CoMP技術等。
　　綜上所述，在5G中，Massive MIMO是非常關鍵的技術，其核心問題的解決主要在PHY層和MAC層。Massive MIMO中重要的研究課題環環相扣，我們首先要確定Massive MIMO的天線形態、頻段；選擇合適的方法進行信道建模以完成后續的研究；合理的預編碼設計，快速有效的信道檢測與估計；提升控制信道性能；根據場景和應 用，選擇合適的MU配對算法和天線分塊或者分布式的天線分配方法，進行物理資源的調度和資源分配；最終達到提升系統性能的目的。
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