5G大功臣——Massive MIMO

什么是Massive MIMO

4G中，時間和頻率的利用已經(jīng)很接近理論極限，5G的關鍵是如何利用空間維度再度提升網(wǎng)絡質量。美國貝爾實驗室研究人員研究發(fā)現(xiàn)，當小區(qū)基站天線數(shù)目趨于無窮大時，加性高斯白噪聲和瑞利衰落等負面影響全都可以忽略不計，數(shù)據(jù)傳輸速率能得到極大提高。

Massive MIMO（大規(guī)模天線技術，亦稱為Large Scale MIMO）孕育而生。Massive MIMO指的是發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線，信號可以通過發(fā)射端與接收端的多個天線發(fā)送和接收，在不增加頻譜資源和天線發(fā)送功率的情況下，提升系統(tǒng)信道容量和信號覆蓋范圍。

借助多天線下的分集和復用技術，能夠有效提升信息傳輸可靠性和有效性。LTE 3GPP 36.213中引入了7種MIMO傳輸模式：

• 模式1：單天線端口傳輸

• 模式2：發(fā)射分集（對抗衰落）

• 模式3：開環(huán)空間復用（適用于高速移動環(huán)境）

• 模式4：閉環(huán)空間復用（提高峰值速率）

• 模式5：多用戶MIMO（提高系統(tǒng)容量）

• 模式6：單層閉環(huán)空間復用（提升小區(qū)覆蓋，抑制干擾）

• 模式7：單流波束賦形（提升小區(qū)覆蓋，抑制干擾）

Massive MIMO的優(yōu)點

香農定理C=W*Log2*（1+S/N），其中C為速率，W是鏈路的帶寬，S是平均信號功率，N是平均噪聲功率，S/N即為平時說的信噪比。我們從香農定理可以看出，在頻譜資源（W）有限的情況下，發(fā)射功率/噪聲由于法規(guī)/工藝/費用限制無法提升的情況下，只有通過空間成為提升性能的資源，其本質上也是變相提升了信號功率。

俗版：我通過各種渠道，向你身邊的三姑六婆都傳播同一個信息，也許每個人都有不同的曲解（噪音），最后三姑六婆們將信息都匯總到你這里，你將這些信息的共同點提取出來，合成了一個相對準確的共識信息，這是第一個好處；我通過各種渠道，向你身邊的三姑六婆都傳播不同的信息，每個人得到的信息都不是完整的，你將這些信息匯總后，合成了一個相對完整的信息，這是第二個好處。

延伸閱讀：波束賦形

Massive MIMO無疑是一把雙刃劍，提供更優(yōu)質信號的同時，系統(tǒng)必須用非常復雜的算法來找到用戶的準確位置，否則就不能精準地將波束對準這個用戶。因此，波束管理和波束控制對Massive MIMO來說就非常重要。

波束賦形——通過信號預處理算法為波束安排最佳路由，它也可以在精準協(xié)調下將數(shù)據(jù)流經(jīng)由障礙物反射路徑發(fā)送到指定用戶。