5G大功臣——Massive MIMO

什么是Massive MIMO

4G中，時(shí)間和頻率的利用已經(jīng)很接近理論極限，5G的關(guān)鍵是如何利用空間維度再度提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研究人員研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小區(qū)基站天線數(shù)目趨于無(wú)窮大時(shí)，加性高斯白噪聲和瑞利衰落等負(fù)面影響全都可以忽略不計(jì)，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(shù)，亦稱為L(zhǎng)arge 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(gè)發(fā)射天線和接收天線，信號(hào)可以通過(guò)發(fā)射端與接收端的多個(gè)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(hào)覆蓋范圍。

借助多天線下的分集和復(fù)用技術(shù)，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(duì)抗衰落）

• 模式3：開(kāi)環(huán)空間復(fù)用（適用于高速移動(dòng)環(huán)境）

• 模式4：閉環(huán)空間復(fù)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(fù)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(diǎn)

香農(nóng)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(hào)功率，N是平均噪聲功率，S/N即為平時(shí)說(shuō)的信噪比。我們從香農(nóng)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(fèi)用限制無(wú)法提升的情況下，只有通過(guò)空間成為提升性能的資源，其本質(zhì)上也是變相提升了信號(hào)功率。

俗版：我通過(guò)各種渠道，向你身邊的三姑六婆都傳播同一個(gè)信息，也許每個(gè)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(diǎn)提取出來(lái)，合成了一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的共識(shí)信息，這是第一個(gè)好處；我通過(guò)各種渠道，向你身邊的三姑六婆都傳播不同的信息，每個(gè)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(gè)相對(duì)完整的信息，這是第二個(gè)好處。

延伸閱讀：波束賦形

Massive MIMO無(wú)疑是一把雙刃劍，提供更優(yōu)質(zhì)信號(hào)的同時(shí)，系統(tǒng)必須用非常復(fù)雜的算法來(lái)找到用戶的準(zhǔn)確位置，否則就不能精準(zhǔn)地將波束對(duì)準(zhǔn)這個(gè)用戶。因此，波束管理和波束控制對(duì)Massive MIMO來(lái)說(shuō)就非常重要。

波束賦形——通過(guò)信號(hào)預(yù)處理算法為波束安排最佳路由，它也可以在精準(zhǔn)協(xié)調(diào)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。