大規(guī)模MIMO技術(shù)課件PPT12

1、大規(guī)模MIMO技術(shù),什么是MIMO技術(shù),多輸入多輸出技術(shù)（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）是指在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，使信號通過發(fā)射端與接收端的多個(gè)天線傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量。它能充分利用空間資源，通過多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下，可以成倍的提高系統(tǒng)信道容量，顯示出明顯的優(yōu)勢、被視為下一代移動通信的核心技術(shù),大規(guī)模MIMO產(chǎn)生的背景,傳統(tǒng)的MIMO技術(shù)并不能滿足當(dāng)代呈指數(shù)上漲的無線數(shù)據(jù)需求，而且面臨著計(jì)算復(fù)雜度高，成本高昂的回程鏈路的建設(shè)，較高的延時(shí)等問題,大規(guī)模MIMO的概念,2010年底，

2、貝爾實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家Thomas L.Marzetta研究了多小區(qū)、TDD情況下，各基站配置無限數(shù)量天線的極端情況下的多用戶mimo技術(shù)，提出了大規(guī)模MIMO（Massive MIMO）的概念，發(fā)現(xiàn)了一些與單小區(qū)、有限數(shù)量天線時(shí)的不同特征。 Massive MIMO 技術(shù)是指基站天線數(shù)目龐大，而用戶終端采用單天線接收的通信方式，可作為目前移動通信系統(tǒng)的一種平滑的過度方式，即不必大面積更新用戶的終端設(shè)備，通過對基站的改造提高系統(tǒng)的頻帶利用率,如何理解Massive MIMO呢,1）天線數(shù) 傳統(tǒng)的TDD網(wǎng)絡(luò)的天線基本是2天線、4天線或8天線，而Massive MIMO指的是通道數(shù)達(dá)到64/128/25

3、6個(gè)。 （2）信號覆蓋的維度 傳統(tǒng)的MIMO我們稱之為2D-MIMO，以8天線為例，實(shí)際信號在做覆蓋時(shí)，只能在水平方向移動，垂直方向是不動的，信號類似一個(gè)平面發(fā)射出去，而Massive MIMO，是信號水平維度空間基礎(chǔ)上引入垂直維度的空域進(jìn)行利用，信號的輻射狀是個(gè)電磁波束,原理圖,大規(guī)模MIMO的優(yōu)點(diǎn),1.大幅度提高網(wǎng)絡(luò)容量（基于多用戶波束成形的原理,美國萊斯大學(xué) Argos 大規(guī)模天線陣列原型機(jī),2.因?yàn)橛幸欢烟炀€同時(shí)發(fā)力，由波速成形形成的信號疊加增益將使得每根天線只需以小功率發(fā)射信號，從而避免使用昂貴的大動態(tài)范圍功率放大器，減少了硬件成本 3.在大規(guī)模天線下，得益于大數(shù)定理而產(chǎn)生的衰落消失

4、，信道變得良好，對抗深度衰弱的過程可以大大簡化，因此時(shí)延也可以大幅降低 值得一提的是，與大規(guī)模天線形成完美匹配的是5G的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)-毫米波。毫米波擁有豐富的帶寬，可是衰減強(qiáng)烈，而大規(guī)模天線的波束成形正好補(bǔ)足了其短板,1.想要發(fā)揮所有天線的潛力，基站端需要精確的信道信息，直觀理解即需事先知道不同目標(biāo)客戶的位置。如何將與用戶間的這一信道信息精準(zhǔn)地告訴每一根天線是一件很棘手的事情。（目前最可行的方案是基于時(shí)分雙工(TDD)的上行和下行鏈路的信道對稱性。） 2.為了獲得上行鏈路信息，手機(jī)終端需向基站發(fā)送導(dǎo)頻，可是導(dǎo)頻數(shù)量總是有限的，這樣不可避免地需要在不同小區(qū)復(fù)用，從而會導(dǎo)致導(dǎo)頻干擾。 3.另外，

5、很多大規(guī)模天線波束成形的算法基于矩陣求逆運(yùn)算，其復(fù)雜度隨天線數(shù)量和其同時(shí)服務(wù)的用戶數(shù)量上升而快速增加，導(dǎo)致硬件不能實(shí)時(shí)完成波束成形算法?？焖倬仃嚽竽嫠惴ㄊ枪タ诉@一難題的一條途徑,大規(guī)模MIMO正在解決的瓶頸問題,1、天線單元數(shù)量 2、接收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì) 3、天線頻段,三、大規(guī)模MIMO技術(shù)對5G系統(tǒng)的影響,一個(gè)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)所需的基站天線單元數(shù)量取決于具體的情況。當(dāng)多路復(fù)用層小于4時(shí)可被設(shè)為64，當(dāng)多路復(fù)用層大于8時(shí)可被設(shè)為128,1、天線單元數(shù)量,2、接收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì),在上行鏈路中由于大量天線的存在可以顯著的降低用戶的發(fā)射功率。 在MassiveMIMO的下行鏈路預(yù)編碼設(shè)計(jì)中，由于基站處天線數(shù)目的

6、大量增加，傳統(tǒng)的信道狀態(tài)信息（CSI）反饋模式已無法適用，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的CSI反饋量隨著天線數(shù)線性增加，當(dāng)天線數(shù)很多時(shí)，反饋所需的時(shí)間將會遠(yuǎn)大于信道相干時(shí)間，所以當(dāng)前的MassiveMIMO系統(tǒng)僅考慮用于TDD系統(tǒng)，利用信道互易性交換信息,工作頻段是天線的關(guān)鍵參數(shù)，隨著5G高頻段研究 的廣泛開展，30 GHz或更高頻段的毫米波通信備受關(guān) 注，該頻段頻譜相對寬松，可用帶寬也更寬，便于實(shí)現(xiàn) 容量和頻譜效率的顯著提升。 關(guān)于毫米波的諸多重要的問題仍然需要研究。 例如，毫米波的傳播并不遵循Rayleigh衰落模型，而是 更傾向于視距傳播或者近似視距傳播，對于實(shí)現(xiàn)空間 復(fù)用增益，這一點(diǎn)的重要性顯而易見。此外，毫米波 頻率的使用意味著更高的多普勒偏移，對于一個(gè)給定 的速度，相干時(shí)間可能更短,3、天線頻段,如果能夠利用一些新的手段