大规模MIMO的在通信领域的运用

毫无疑问的是，当前和未来的移动无线标准及方法正在利用多种技术提高用户设备（UE）的吞吐量及高速数据服务的可获得性。对于未来的高速无线数据服务而言，其需要克服的若干主要难题在于有限的可用频谱、干扰以及天文数字的待服务设备数。此外，其他的相关难题还包括节能性、网络基础设施及用户设备功能。在各种促进移动无线通信的最为重要的技术当中，多输入多输出（MIMO）天线及射频前端技术即是其一，目前用于4G高级LTE，针对5G的应用也已在进行。

MIMO的作用在于，通过天线阵列和智能处理功能并利用最佳传播信道创造出额外容量，这一方式称为空间复用。因此，采用MIMO的基站和用户设备可在若干空间复用信道上运行，从而实现可用吞吐量的扩大。手持式用户设备通常采用2×2 MIMO系统，其中，基站和用户设备均具有含两个发射天线和两个接收天线的天线阵列，从而有效地实现双倍容量。某些现有WiFi路由器和其他无线系统还采用4×4、8×8、甚至16×16的MIMO系统，而且针对特定应用，还存在不对称收发天线组合。

鉴于人们预测未来会有数十、数百乃至数千种设备需要高吞吐量数据服务，收发天线数倍于现有MIMO系统的基站设计概念逐渐演变为大规模MIMO或大规模多用户MIMO（MU－MIMO）。

大规模MIMO的目标在于实现具有大量收发流以及其他网络容量提升技术和方法的基站，以提高峰值下行链路吞吐量，大幅改善上行链路性能以及增强覆盖能力（尤其在人口密集的城市环境中）。除了能显著提升网络容量之外，大规模MIMO还具有提高频谱效率（尤其针对6GHz以下应用）、降低能耗、延长用户设备电池寿命、实现复杂度低于以往移动无线技术的可扩展性等其他优点。此外，大规模MIMO还可能作为一种为物联网（IoT）及工业4．0趋势当中的巨量机器类设备部分高效提供连接服务的解决方案。最后，由于大规模MIMO可用于建立能为飞机、基础设施、车辆等关键系统确保无中断通信的多条物理链路，因此其还可能作为一种超高可靠性通信方案。

虽然大规模MIMO能在低移动性和无移动性应用中显著改善频谱效率，但是其在高移动性应用中却不太有效。频谱效率随移动性的提升而下降的原因在于，高移动性用户设备的信道相干性及导频可用性较低，因此降低了其内的大规模MIMO系统的复用增益。大规模MIMO的其他问题可能在于低成本射频硬件的可获得性及可为大规模MIMO基站供电的网络基础设施的安装。

此外，大规模MIMO常与具有数十个或数百个收发信道的大型MIMO链路及全尺寸MIMO概念相混淆，这些技术虽然也源于MIMO，但是其并不同时服务大量用户。

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