大规模天线技术(massive mimo)简介-朱嘉诚..

大规模M I M O系统性能分析及实现第一部分大规模MIMO 系统介绍 (2)第二部分系统模型与性能指标 (4)第三部分MIMO 技术原理与优势 (9)第四部分大规模MIMO 信道特性分析 (11)第五部分性能评估方法及关键技术 (15)第六部分实现方案与硬件挑战 (18)第七部分仿真结果与性能比较 (23)第八部分展望与未来研究方向 (27)第一部分大规模M I M O系统介绍大规模多输入多输出（ Massive Multiple Input Multiple Output, 简称 MIMO）系统是现代无线通信技术中的一个重要分支，其主要目标是在有限的频谱资源下提高无线通信系统的传输速率和可靠性。

大规模 MIMO 系统通过部署大量天线来实现空间分集、空间复用以及干扰抑制等特性，从而显著改善无线通信系统的性能。

在传统的单天线或多天线系统中，受限于可用的天线数，通常只能利用单一的空间维度进行信号处理。

而在大规模 MIMO 系统中，由于天线数量庞大，可以充分利用多个空间维度来进行信号处理，使得系统能够同时支持多个用户的高速数据传输。

大规模 MIMO 系统的发展也得益于近年来射频硬件技术的进步，如低成本、低功耗的射频芯片以及高精度的数字信号处理器件，这些技术使得部署大规模 MIMO 系统变得更加可行。

大规模 MIMO 系统的关键技术之一是波束赋形（Beamforming），这是一种利用多个天线共同发射或接收信号的技术，可以通过调整各个天线的权重系数来控制信号的方向性。

在发送端，波束赋形可以将发射能量集中到某一特定方向，以增强信号强度并降低干扰；在接收端，波束赋形可以将接收到的信号从多个方向进行合成，以提高信噪比并减少多径衰落的影响。

另一个关键技术是预编码（Precoding），它是一种用于控制信号在空间维度上的分布的技术。

在大规模 MIMO 系统中，由于天线数量众多，因此可以使用复杂的预编码算法来实现精细化的信号控制。

5G移动通信中Massive MIMO技术的研究随着5G移动通信技术的不断发展，Massive MIMO技术作为其关键技术之一，引起了广泛的关注和研究。

本文将从Massive MIMO技术的基本概念、原理和应用等方面展开探讨，并对其在5G移动通信中的研究进行全面分析。

一、Massive MIMO技术的基本概念Massive MIMO是指大规模多输入多输出技术，它通过使用数十甚至数百个天线来同时为多个用户提供服务，大幅提高了网络的容量和覆盖范围。

相对于传统的MIMO技术，Massive MIMO具有更高的时频效率和更低的功率消耗，能够实现更快的数据传输速度和更广的覆盖范围，是5G通信技术的核心内容之一。

Massive MIMO技术的基本原理是通过在基站端部署大量的天线来实现对多个用户进行同时通信。

通过使用大规模的天线阵列和精密的信号处理算法，基站可以利用空间多样性的特性，同时为多个用户提供服务，从而提高了网络的容量和覆盖范围。

Massive MIMO技术还可以利用波束赋形和波束成形等技术实现对用户间的干扰抑制，提高了网络的抗干扰性能和可靠性。

与此Massive MIMO技术还可以实现对移动终端设备的定位和跟踪，提高了网络的定位精度和覆盖范围，为用户提供了更丰富的位置服务和增强现实体验。

Massive MIMO技术还可以通过使用更低的功率和更高的频谱效率来减少网络的能耗和成本，使得5G移动通信网络可以更加环保和可持续发展。

目前，国内外学术界和工业界对Massive MIMO技术在5G移动通信中的研究已经取得了很多进展。

在理论研究方面，研究人员通过建立数学模型和仿真平台，对Massive MIMO 技术的性能和特性进行了深入分析和探讨。

他们研究了Massive MIMO技术在不同信道环境下的传输性能、功率控制策略、波束赋形和波束成形算法等方面的技术难题，并提出了一系列有效的解决方案。

在工程实践方面，运营商和设备厂商也积极推动Massive MIMO技术在5G移动通信中的应用与部署。

《大规模MU-MIMO系统中高性能波束赋形技术研究》篇一一、引言随着移动互联网的飞速发展，无线通信技术已成为人们生活中不可或缺的一部分。

多用户多输入多输出（MU-MIMO）技术作为第五代移动通信（5G）的核心技术之一，以其显著提高频谱效率和系统容量的优势，得到了广泛关注。

而波束赋形技术作为MU-MIMO系统中的关键技术之一，对于提升系统性能和用户体验具有至关重要的作用。

因此，针对大规模MU-MIMO系统中高性能波束赋形技术的研究显得尤为重要。

二、大规模MU-MIMO系统概述大规模MU-MIMO系统通过在基站端配备大量的天线阵列，能够在同一时间对多个用户进行数据传输和接收，从而显著提高频谱效率和系统容量。

然而，随着天线数量的增加，系统复杂性和信号处理难度也相应增加。

因此，如何在大规模MU-MIMO系统中实现高性能的波束赋形技术，成为了当前研究的热点问题。

三、高性能波束赋形技术3.1 波束赋形基本原理波束赋形技术是通过调整天线阵列中各个天线的权重，使得信号在特定方向上形成较强的能量集中，从而提高信号的信噪比和传输效率。

在大规模MU-MIMO系统中，波束赋形技术能够有效地抑制干扰，提高系统性能。

3.2 关键技术研究（1）波束训练与选择：在大规模MU-MIMO系统中，由于天线数量众多，波束训练和选择成为了一个重要的问题。

研究人员通过设计高效的波束训练算法和选择策略，以降低训练开销和提高系统性能。

（2）波束成形算法：针对不同场景和需求，研究人员提出了多种波束成形算法。

这些算法通过优化天线权重，使得信号在特定方向上形成较强的能量集中。

常见的算法包括最小均方误差算法、最大比合并算法等。

（3）多用户协作波束赋形：为了提高系统性能和用户体验，多用户协作波束赋形技术得到了广泛关注。

该技术通过协调多个用户的天线阵列，使得信号在多个用户之间形成协同的波束赋形效果。

这不仅可以提高系统性能，还可以降低干扰和提高能效。

四、实验与结果分析为了验证高性能波束赋形技术在大规模MU-MIMO系统中的效果，研究人员进行了大量的实验和分析。

面向5G的大规模MIMO技术综述随着5G技术不断成熟，为了满足越来越多的高频带宽需求和用户增长，大规模MIMO逐渐成为一种广泛关注的技术，是5G网络中最热门的重要技术之一。

大规模MIMO技术利用多个天线发射和接收信号，可以增加网络容量和信道的宽带。

本篇综述将会介绍大规模MIMO技术的基本概念、技术特点和未来发展方向。

一、大规模MIMO技术的基本概念大规模MIMO技术是一种基于多个天线实现的新型无线传输技术，该技术在5G网络中可以有效解决高速数据传输等问题。

而传统的MIMO技术一般采用2~4根天线，而大规模MIMO技术则将天线数量大幅提高。

二、大规模MIMO技术的技术特点1.信道容量大规模MIMO技术可以通过增加接收天数来增加信道容量，从而使网络性能得到稳定提升。

此外，大规模MIMO技术相对于常规MIMO技术可以在一定程度上抵消传输噪声的影响，从而在给定带宽下提高了传输速度。

2. 干扰抑制在大规模MIMO网络中，使用空分多址技术和干扰消除技术可以有效抑制多路干扰，使得网络的可用性和可靠性大幅提高。

3. 能耗和成本大规模MIMO技术能够在保证数据传输质量的情况下减少信号功率的消耗，并且能够减小接收器的成本。

相对于传统的天线技术来说，大规模MIMO技术在能耗效益上有了长足的进展。

三、大规模MIMO技术的未来发展方向1. 扩展传输系统的频带宽度大规模MIMO技术可以在数据传输中提高信道容量，并且该技术可以扩展传输系统的频带宽度，以实现更高的数据传输速度。

通过高速、大容量的数据传输，大规模MIMO技术将在5G网络中发挥独特的作用。

2. 发掘多样化的扩展方式大规模MIMO技术在未来的发展中可以进一步扩展，以满足不同的应用需求。

例如，可以使用不同的接收天线来提高数据传输速率，或者通过不同的天线位置和方向来优化信号传输路径。

3. 加强网络设施的建设为了支持大规模MIMO技术在5G网络中的应用，需要建立更多的基站和天线，以优化网络的覆盖范围和信号覆盖质量。

大规模天线专利技术综述发表时间：2020-05-12T13:36:57.840Z 来源：《中国电业》2020年2期作者：马兴婕王田1 [导读] 大规模天线（Massive MIMO）是5G中提高系统容量和频谱利用率的关键技术摘要：大规模天线（Massive MIMO）是5G中提高系统容量和频谱利用率的关键技术，本文将针对该领域的全球申请量和重要申请人的专利布局进行梳理，并对国内企业专利布局提出建议。

关键词：Massive MIMO；大规模天线；专利申请1、概述移动通讯网络分别经历了2G、3G、4G时代，目前正在大踏步走入5G时代。

随着移动互联网和智能手机的发展，用户的使用习惯已经发生了很大的变化。

移动宽带接入的容量增加大力促进了移动互联网和移动数据业务的增长，而这反过来又对移动网络容量提出了新的增长要求。

目前，随着5G技术的不断成熟，在全球通信领域内的竞争越来越激烈，中国5G在这场角逐中就获得了优势，将来会成为5G通信市场的霸主。

大规模天线（Massive MIMO）是5G中提高系统容量和频谱利用率的关键技术，最早由美国贝尔实验室研究人员提出，研究发现，当小区基站天线数据趋于无穷时，加性高斯白噪声和瑞利衰落等负面影响全部都可以忽略不计，数据传输速率能够得到极大提高。

大规模天线技术在提升系统频谱效率方面具有独特优势，引起国内外研究人员的广泛关注。

随着5G技术的商业化进程，作为5G关键技术之一的大规模天线技术受到越来越多科研院校和企业的关注。

专利是创新行为的重要产出形式之一，可以体现出一个国家的创新能力与科研进度。

国内外的多个申请人均就大规模天线技术提出相关解决方案。

中国5G通信将领跑世界，首先表现在中国5G技术的专利钻研与分析。

本文将针对该领域的全球申请量和重要申请人的专利布局进行梳理。

2、大规模天线技术专利布局2.1 大规模天线技术申请量分析首先通过广泛阅读专利文献和相关文献，结合大规模天线的技术特点，筛选出检索关键词进行检索。

大规模MIMO关键技术综述引言大规模MIMO（Massive MIMO）技术是5G移动通信网络的重要组成部分，也是未来无线通信系统中的关键技术之一。

本文将围绕大规模MIMO技术的概念、原理以及它所涵盖的关键技术进行综述和探讨。

大规模MIMO技术的概念大规模MIMO技术是在传统MIMO技术基础上发展起来的一种新型通信技术。

传统的MIMO技术是指在多个天线的基础上，通过使用多路信道传输技术，从而提高无线通信的性能。

而大规模MIMO技术则利用了大量天线，实现了海量天线和用户之间的数据传输。

与传统的MIMO技术相比，大规模MIMO技术具有以下优势： - 在相同的频带宽度下，可以提高系统的传输速率； - 可以增加网络的覆盖范围和容量； - 可以降低系统的能量消耗，提高通信的效率。

因此，大规模MIMO技术将成为未来无线通信发展的重要方向。

大规模MIMO技术的原理大规模MIMO技术的原理在于，通过使用大量的天线，可以有效地消除所谓的“信道影响”（Channel Effects）和干扰。

使用大量的天线可以对信道进行更精确的估计，因此可以更好地控制干扰和噪声，并且可以显著地提高信号的强度。

具体而言，大规模MIMO技术使用了一种类似于波束成形的技术，以最小化信号的干扰和噪声。

这种技术可以同时传输多路数据，同时保持低功耗和高带宽，从而实现更高效的无线通信。

大规模MIMO技术的关键技术大规模MIMO技术还涉及到一系列关键技术，使得整个系统能够进行高效的数据传输。

其中最关键的技术包括： ### 天线的布局和选择在大规模MIMO系统中，天线的数量非常大，因此，合理的天线布局和选择是至关重要的。

一般来说，天线应该分布在整个通信范围内，但并不需要每个位置都安装天线。

因此，选择合适的天线位置和数量是设计大规模MIMO系统的一个重要问题。

空时自适应处理在大规模MIMO中，发射和接收过程中，室内反射、衰落和干扰的复杂度是非常高的。

因此，空时自适应处理是一个重要的技术，以便对信号进行理解和处理。

浅析 Massive MIMO 技术摘要：Massive MIMO是第五代无线通信系统发展的现实需求，也是解决毫米波带来的频谱资源紧张的问题的有效方法，更是5G通信技术演进中重要的方向之一。

本文主要介绍了Massive MIMO原理、关键技术、性能优势、同时分析Massive MIMO应用前景。

关键词： MU-MIMO；MU-BF；系统容量；频谱利用率；阵列天线1 引言5G时代与2G/3G/4G代通信技术不同，移动互联网和多媒体行业的应用场景需求在5G中将呈现更加多元化，峰值速率不在是唯一性要求，不同的户体验速率，海量的连接数，超低时延，超高的可靠性，超高能量效率等都将会做为5G系统设计的衡量标准的备选，大规模MIMO技术作为未来5G通信系统发展中具有发展方向， Massive MIMO则是通过大量增加发射天线的数量来达到充分的利用空间维度资源的目的。

2 Massive MIMO原理Massive MIMO（大规模天线技术，亦称为Large Scale MIMO）[3]是第五代移动通信（5G）的关键技术之一，Massive MIMO使用类似雷达的阵列天线，可以在水平和垂直两个维度动态调整信号方向，因此信号能量更集中、方向更精准，降低小区间干扰，可以支持更多用户在相同的资源上并行传输（空间复用），从而达到提升小区吞吐量及边缘用户速率的效果。

Massive MIMO系统中，基站配置大量的天线数目通常有几十，几百甚至几千根，是现有MIMO系统天线数量1-2个数量级以上，而基站所服务的用户设备（UE）数目远少于基站天线数目；基站利用同一个时隙资源同时服务若干个UE，充分发掘系统的空间自由度，从而增强了基站同时接收和发送多路不同信号的能力，大大提高了频谱利用率，数据传输的稳定性和可靠性.3 Massive MIMO关键技术3.1 上行MU-MIMOMU-MIMO（Multi-User Multiple-Input Multiple-Output，多用户-多输入多输出）将用户数据分解为多个并行的数据流，在指定的带宽上由多个天线同时发射，经过无线信道后，由多个天线同时接收，并根据各个并行数据流的空间特征，利用解调技术，最终恢复出原数据流。

5G基站Massive MIMO技术特点随着5G技术的发展，Massive MIMO技术已经成为了5G基站的重要组成部分。

Massive MIMO技术是指多输入多输出技术，它通过利用大量的天线和信道来提高数据传输速度和网络覆盖范围。

下面将从三个方面介绍5G基站Massive MIMO技术的特点。

1. 天线数量大Massive MIMO技术的一个显著特点就是天线数量大。

传统的MIMO 系统可能只使用几个或几十个天线，而Massive MIMO系统则可能使用上百甚至上千个天线。

这样就可以实现更多的空间自由度，提高系统的覆盖范围和容量。

2. 高度集成Massive MIMO基站中的天线数量庞大，但其体积却相对较小。

这得益于Massive MIMO技术的高度集成特点，通过采用半导体射频集成电路和高度集成的天线阵列，使得大量的天线可以布置在相对小的空间内，从而减小了基站的体积和重量。

3. 智能波束成形Massive MIMO技术还具有智能波束成形的特点，利用基站上的大量天线可以实现更加精确的信号传输和接收。

通过波束成形技术，可以使得信号更加集中地覆盖在用户的接收设备上，从而提高了传输速率和数据质量。

在实际应用中，5G基站Massive MIMO技术还具有覆盖范围广、抗干扰能力强、多用户接入能力强等特点，为5G网络的建设和发展提供了强大的支持。

相信随着技术的进一步研究和发展，5G基站Massive MIMO技术将会在未来的5G通信中扮演越来越重要的角色。

4. 高速数据传输5G基站Massive MIMO技术的另一个显著特点是支持高速数据传输。

由于采用了大量的天线和信道，Massive MIMO系统可以实现更高的频谱效率和数据传输速率。

这意味着在5G网络中，用户可以更快地下载和上传大容量的数据，享受更加流畅的高清视瓶、虚拟现实和增强现实体验。

高速数据传输也为各种物联网和智能设备的连接提供了更加稳定和可靠的网络支持。

大规模天线的概念和原理大规模天线是指具有大量单元天线的系统，它们通过合作与协作来提高无线通信性能。

与传统的天线不同，大规模天线利用多个单元天线的阵列来实现波束形成和空间自适应处理，从而显著提高通信容量和系统性能。

本文将从概念，原理和应用领域三个方面来详细解析大规模天线。

概念：大规模天线，也称为“巨大MIMO（massive MIMO）”或“超多输入多输出”，是一种近年来兴起的无线通信技术。

它采用了大量的天线（通常在几十到几百根之间），并且能够在相同频带上同时对多个用户进行干扰限制通信，从而显著提高通信速率和可靠性。

原理：大规模天线的核心原理是空间多重信道效应，即当多个单元天线分布在不同位置上时，它们可以利用多径传播和信号衰减来达到传输多个数据流的目的。

在传统MIMO系统中，由于天线数量相对较少，其多径传播效应较弱，无法显著提高通信容量。

而大规模天线利用了具有很多天线的阵列，从而使其信号传输具有了更复杂的空间特性。

具体来说，大规模天线利用波束形成（beamforming）技术来将无线信号聚焦到用户位置，从而提高信号强度和传输速率。

通过对各个天线的相位和幅度进行调整，使得从天线阵列发射的信号能够形成一个主瓣，将信号能量集中在用户所在的方向。

同时，通过空间自适应处理，大规模天线能够降低多路径衰落对信号的影响，减少干扰，提高信号质量和传输容量。

应用领域：大规模天线技术在无线通信领域具有广泛的应用前景。

首先，大规模天线可以满足高容量和高速率的通信需求。

随着无线移动终端用户数量的增长和对高速宽带的需求，大规模天线可以大幅提高网络容量，实现更高的用户连接数和更快的数据传输速率。

其次，大规模天线也可以改善无线网络的覆盖范围和信号质量。

通过波束形成和空间自适应处理，大规模天线能够将信号能量更集中地发送到需要的区域，从而提供更广阔的覆盖范围和更稳定的信号质量。

此外，大规模天线还可以降低系统功耗和减少干扰。

由于大规模天线能够精确控制信号的方向性和传输功率，它可以减少不必要的干扰，提高系统能量效率。

什么是⼤规模天线（MassiveMIMO）技术，为何5G要⽤MIMO天线？加拿⼤科学家⾸次成功研制完全隐形物体的神秘装置5G的⼀项关键性技术就是⼤规模天线技术，即Large scale MIMO，亦称为Massive MIMO。

现阶段Massive MIMO技术已经取得了突破性进展，在低频领域已有⾯向4.5G的商⽤产品发布。

那什么是Massive MIMO呢？从两⽅⾯理解：（1）天线数传统的TDD⽹络的天线基本是2天线、4天线或8天线，⽽Massive MIMO指的是通道数达到64/128/256个。

（2）信号覆盖的维度传统的MIMO我们称之为2D-MIMO，以8天线为例，实际信号在做覆盖时，只能在⽔平⽅向移动，垂直⽅向是不动的，信号类似⼀个平⾯发射出去，⽽Massive MIMO，是信号⽔平维度空间基础上引⼊垂直维度的空域进⾏利⽤，信号的辐射状是个电磁波束。

所以某动会把Massive MIMO称之为3D-MIMO。

那Massive MIMO的好处在哪⾥呢？（1）可以提供丰富的空间⾃由度，⽀持空分多址SDMA（2）BS能利⽤相同的时频资源为数⼗个移动终端提供服务（3）提供了更多可能的到达路径，提升了信号的可靠性（4）提升⼩区峰值吞吐率（5）提升⼩区平均吞吐率（6）降低了对周边基站的⼲扰（7）提升⼩区边缘⽤户平均吞吐率那Massive MIMO为什么能有这么多优点呢？从数学原理上来讲，当空间传输信道所映射的空间维度趋向于极限⼤时，两两空间信道就会趋向于正交，从⽽可以对空间信道进⾏区分，⼤幅降低⼲扰。

虽然理论上看，天线数越多越好，系统容量也会成倍提升，但是要考虑系统实现的代价等多⽅⾯因素，因此现阶段的天线最⼤也即256个。

5G为什么要⽤massive MIMO(⼤规模天线)技术？5G虽然可以使⽤低于6GHz的低频频段，但是由于低频频段的资源有限，⽽5G对带宽的需求量⼜很⼤，因此⼤部分5G⽹络会部署在⾼频频段，即毫⽶波频段（mmWave）。

研究与探讨812020年第7期*基金项目：国家重大科技专项“5G高速连续广域覆盖技术方案与试验系统研发”（2016ZX03001009）；增强移动宽带5G系统概念样机研发（2017ZX03001001）收稿日期：2019-09-01Massive-MIMO大规模天线技术概述与测试方法*T echnical Overview and T est Method of Massive-MIMO为更好地评估天线技术的演进给5G 网络带来的增益，探索有源天线的新型测试方法，首先简述了大规模天线的技术原理和最新协议进展，分析了大规模天线应用的技术挑战，并针对5G 导频设计与信道估计方法、数/模波束赋型架构以及一体化有源天线测试方法等问题进行了详细的分析和研究。

大规模天线；波束赋形；OTA 测试To better assess the gain of the antenna technology evolution for 5G networks and explore the novel test methods for AAS, this paper fi rst introduces the technical principles and latest protocol progress of Massive-MIMO, analyzes the technical challenges of Massive-MIMO application. Furthermore, this paper provide detailed analysis and research on 5G pilot design, channel estimation method, digital/analog beam forming architecture and the integrated AAS test method.Massive-MIMO; Beamforming; Over the Air Test（中国电信股份有限公司广州研究院，广东 广州 510630）(Guangzhou Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China)【摘 要】魏垚WEI Yaodoi:10.3969/j.issn.1006-1010.2020.07.014 中图分类号：TN92文献标志码：A 文章编号：1006-1010(2020)07-0081-05引用格式：魏垚. Massive-MIMO大规模天线技术概述与测试方法[J]. 移动通信, 2020,44(7): 81-85.0 引言5G 系统引入大规模天线是因为随着无线通信系统物理层技术的进步，LTE 系统的系统容量已经逼近香农极限，难以再进行更深度的挖掘，5G 频谱效率和系统容量的突破需另辟蹊径。

5G大规模MIMO增强技术及发展趋势5G大规模MIMO（Massive MIMO）是5G无线通信系统中的一项核心技术，能够显著提升网络容量、覆盖范围和用户体验。

本文将介绍5G大规模MIMO的基本原理、特点和发展趋势。

5G大规模MIMO利用大量的天线在空间上进行信号传输和接收。

相比传统的MIMO技术，大规模MIMO系统的天线数量更多，通常每个基站配备数十至数百个天线，甚至更多。

这种大规模的天线布局可以实现对多个用户同时进行信号传输和接收，显著提高了网络的容量和覆盖范围。

大规模MIMO的关键思想是利用空间多样性和信号处理技术来提高系统性能。

通过在多个天线之间进行干扰消除和波束赋型等处理，可以提高信号的质量和可靠性，降低信号传输中的干扰和功耗。

大规模MIMO还可以实现空间频率复用，从而更好地支持高速移动通信和大规模设备连接。

5G大规模MIMO的发展趋势主要体现在以下几个方面：1. 天线数量的增加：随着技术的发展，未来5G系统中的基站将配备更多的天线。

大规模MIMO系统通常需要至少64个甚至更多的天线，以实现更好的性能和覆盖范围。

2. 高频段的应用：5G通信系统将使用更高频段的频谱，如毫米波段。

在这些更高频段上，大规模MIMO将成为实现高容量和高速率的关键技术。

3. 网络的密集部署：为了更好地支持高密度终端用户连接和大规模物联网应用，5G网络将进行更加密集的基站部署。

大规模MIMO可以提高网络容量，降低拥塞和干扰。

4. 虚拟化和云化：5G大规模MIMO系统可以利用虚拟化和云化的技术手段，实现更高效的资源利用和动态调度。

这将进一步提高系统的性能和灵活性。

5G大规模MIMO是5G无线通信系统中的核心技术之一，具有重要的应用前景。

随着技术的不断演进和发展，大规模MIMO将在5G网络中扮演越来越重要的角色，带来更快速、高容量的无线通信体验。