什么是Massive MIMO？

Massive MIMO全名為Massive Multiple Input Multiple Output，大規模的MIMO無線通信初步構想最早是由貝爾實驗室Marzetta博士于2009年提出的。而我們今天所講的大規模MIMO并不是一項全新的技術，它是在MIMO技術上的拓展和延伸。基本思想是在收發兩端采用多根天線，分別同時發射和接收信號。

圖一MIMO的基本概念

區別于傳統4G MIMO的最多8天線通道，大規模MIMO在5G中實現16/32/64通道。

圖二 4G與5G MIMO技術的區別

Massive MIMO****原理

以下是MIMO實現的幾個主要的手段：

圖三Massive MIMO的原理

首先是空間分集，使接收端天線之間的距離d≥λ/2（λ為工作波長），以保證接收天線輸出信號的衰落特性是相互獨立的，也就是說，當某一副接收天線的輸出信號很低時，其他接收天線的輸出則不一定在這同一時刻也出現幅度低的現象，經相應的合并電路從中選出信號幅度較大、信噪比最佳的一路，得到一個總的接收天線輸出信號。這樣就降低了信道衰落的影響，改善了傳輸的可靠性。

空間分集在不同的空間信道傳輸相同數據使等效信道更加平穩，從而對抗實際環境下的信道衰落，使傳輸更加可靠；空間分集的使用方式有很多，可以采用空時聯合編碼、空頻聯合編碼等。

其次，對于 MIMO 無線通信系統,衰落對于各個收發天線之間是獨立的,因此可以將 MIMO 信道看成是多個并行的空間子信道。復用就是在多條獨立的路徑上傳輸不同數據，提高系統容量。

空間復用利用不同空間信道的弱相關性來傳輸不同數據，提升系統數據傳輸速度，使數據傳輸更加有效；

再者是多用戶MIMO：如果MIMO系統用于增加多個用戶的速率，即占用相同時頻資源的多個并行的數據流發給不同用戶或不同用戶采用相同時頻資源發送數據給基站，則稱之為多用戶MIMO（MU-MIMO）。

圖四 多用戶MIMO示意

最后是波束成形技術：

圖五 弗里斯傳輸公式

圖五是弗里斯傳輸公式的原理示意圖。由于國家技術標準限制，無法無限提升、基站增加，運營商成本增加以及材料和物理規律的限制，所以需要發射端多天線可以自動調節各個天線發射信號的相位，使得用戶端接收到的電磁波有效疊加，產生更強的信號增益。

圖六 3D波束成形

Massive MIMO****重要性

Massive MIMO技術可以為用戶帶來更好的用戶體驗，更好的移動寬帶體驗需求的持續增長推動了無線通信技術的發展，，而5G作為新一代無線網絡的設想是實現顯著更快的數據速度、超低時延和數十億連接設備的目標。在LTE/LTE-A中，MIMO和協調多點（CoMP：coordinated multi-point）傳輸技術發揮著重要作用。在5G NR時代，面對市場和移動通信社會對數據速率和頻譜效率的不斷增長的要求，尤其是針對更廣泛的頻譜和各種場景，大規模MIMO具有十分重要的意義。大規模MIMO和多TRP協調的結合正成為解決TRP協調問題和改善5G NR中用戶體驗的關鍵技術。

Massive MIMO****應用

圖七 華為持續引領，開辟5G Massive MIMO綠色新賽道

圖八 Massive MIMO應用場景

Massive MIMO****優點與挑戰

MIMO的優點頗多，主要有以下幾點：

1. 更精確的3D波束成形，提升終端接收信號強度
2. 同時同頻服務更多用戶，提高容量
3. 有效減少小區干擾

當然也存在著一定的缺陷：

1. 導頻污染：由于massive MIMO有上百個天線，需要上百個正交的導頻信號，若導頻之間不正交，存在相關性，基站收到的導頻便是多個信道信息的疊加，此時的信道評估便不準確。

其他的缺點包括難以適應高速移動場景與FDD系統、能耗問題、場景部署位置等問題。