什么是Massive MIMO？

什么是Massive MIMO？

Massive MIMO全名为Massive Multiple Input Multiple Output，大规模的MIMO无线通信初步构想最早是由贝尔实验室Marzetta博士于2009年提出的。而我们今天所讲的大规模MIMO并不是一项全新的技术，它是在MIMO技术上的拓展和延伸。基本思想是在收发两端采用多根天线，分别同时发射和接收信号。

图一MIMO的基本概念

区别于传统4G MIMO的最多8天线通道，大规模MIMO在5G中实现16/32/64通道。

图二 4G与5G MIMO技术的区别

Massive MIMO****原理

以下是MIMO实现的几个主要的手段：

图三Massive MIMO的原理

首先是空间分集，使接收端天线之间的距离d≥λ/2（λ为工作波长），以保证接收天线输出信号的衰落特性是相互独立的，也就是说，当某一副接收天线的输出信号很低时，其他接收天线的输出则不一定在这同一时刻也出现幅度低的现象，经相应的合并电路从中选出信号幅度较大、信噪比最佳的一路，得到一个总的接收天线输出信号。这样就降低了信道衰落的影响，改善了传输的可靠性。

空间分集在不同的空间信道传输相同数据使等效信道更加平稳，从而对抗实际环境下的信道衰落，使传输更加可靠；空间分集的使用方式有很多，可以采用空时联合编码、空频联合编码等。

其次，对于 MIMO 无线通信系统,衰落对于各个收发天线之间是独立的,因此可以将 MIMO 信道看成是多个并行的空间子信道。复用就是在多条独立的路径上传输不同数据，提高系统容量。

空间复用利用不同空间信道的弱相关性来传输不同数据，提升系统数据传输速度，使数据传输更加有效；

再者是多用户MIMO：如果MIMO系统用于增加多个用户的速率，即占用相同时频资源的多个并行的数据流发给不同用户或不同用户采用相同时频资源发送数据给基站，则称之为多用户MIMO（MU-MIMO）。

图四 多用户MIMO示意

最后是波束成形技术：

图五 弗里斯传输公式

图五是弗里斯传输公式的原理示意图。由于国家技术标准限制，无法无限提升、基站增加，运营商成本增加以及材料和物理规律的限制，所以需要发射端多天线可以自动调节各个天线发射信号的相位，使得用户端接收到的电磁波有效叠加，产生更强的信号增益。

图六 3D波束成形

Massive MIMO****重要性

Massive MIMO技术可以为用户带来更好的用户体验，更好的移动宽带体验需求的持续增长推动了无线通信技术的发展，，而5G作为新一代无线网络的设想是实现显著更快的数据速度、超低时延和数十亿连接设备的目标。在LTE/LTE-A中，MIMO和协调多点（CoMP：coordinated multi-point）传输技术发挥着重要作用。在5G NR时代，面对市场和移动通信社会对数据速率和频谱效率的不断增长的要求，尤其是针对更广泛的频谱和各种场景，大规模MIMO具有十分重要的意义。大规模MIMO和多TRP协调的结合正成为解决TRP协调问题和改善5G NR中用户体验的关键技术。

Massive MIMO****应用

图七 华为持续引领，开辟5G Massive MIMO绿色新赛道

图八 Massive MIMO应用场景

Massive MIMO****优点与挑战

MIMO的优点颇多，主要有以下几点：

1. 更精确的3D波束成形，提升终端接收信号强度
2. 同时同频服务更多用户，提高容量
3. 有效减少小区干扰

当然也存在着一定的缺陷：

1. 导频污染：由于massive MIMO有上百个天线，需要上百个正交的导频信号，若导频之间不正交，存在相关性，基站收到的导频便是多个信道信息的叠加，此时的信道评估便不准确。

其他的缺点包括难以适应高速移动场景与FDD系统、能耗问题、场景部署位置等问题。