與傳統(tǒng)的MIMO技術(shù)相比，massive MIMO技術(shù)仍然是一項(xiàng)新興技術(shù)，研究人員在技術(shù)商業(yè)化過(guò)程中遇到了許多挑戰(zhàn)。

一、信道估計(jì)

信道估計(jì)在通信系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，估計(jì)準(zhǔn)確與否，會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生深刻影響，尤其是在信道譯碼器無(wú)法抵抗由于信道估計(jì)誤差過(guò)大帶來(lái)的影響。首先，massive MIMO系統(tǒng)具有大規(guī)模天線陣列，對(duì)應(yīng)的信道響應(yīng)符合一定的大數(shù)定律(LLN)。其次，目前massive MIMO采用的是TDD技術(shù)。該技術(shù)不同于FDD技術(shù)，具有信道互易特性。TDD技術(shù)的研究仍然具有挑戰(zhàn)性。最后，massive MIMO系統(tǒng)的導(dǎo)頻污染問(wèn)題仍未解決。當(dāng)在一個(gè)小區(qū)中使用正交導(dǎo)頻序列，而在小區(qū)之間使用相同的導(dǎo)頻序列組時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題。產(chǎn)生這個(gè)問(wèn)題的主要原因是，當(dāng)用戶(hù)使用同一組訓(xùn)練序列或非正交訓(xùn)練序列時(shí)，相鄰小區(qū)的用戶(hù)發(fā)送的訓(xùn)練序列是非正交的。因此，基站估計(jì)的信道不是本地用戶(hù)與基站之間使用的信道，而是被其他小區(qū)用戶(hù)發(fā)送的訓(xùn)練序列污染的信道。圖1顯示了因多小區(qū)造成的導(dǎo)頻污染的場(chǎng)景。

圖1 導(dǎo)頻污染圖例
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二、信道建模

在massive MIMO系統(tǒng)中，基站配備了大量天線，從而顯著提高了MIMO傳輸?shù)目臻g分辨率。無(wú)線傳輸信道具有新的特性，需要系統(tǒng)地討論適用于大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的信道模型。在給定的信道模型和發(fā)射功率下，準(zhǔn)確表征信道支持的最大傳輸速率(即信道容量)，從而揭示各種信道特性對(duì)信道容量的影響，為傳輸系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。以及頻譜效率和能源效率等性能評(píng)估。一種3D基站天線模型，如圖2所示。

圖2 3D基站天線模型
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三、信號(hào)檢測(cè)

Massive MIMO系統(tǒng)中的信號(hào)檢測(cè)技術(shù)對(duì)系統(tǒng)的整體性能有著至關(guān)重要的影響。與現(xiàn)有的MIMO系統(tǒng)相比，massive MIMO系統(tǒng)中的基站配備了大量天線，因此會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這對(duì)射頻和基帶處理算法提出了更高的要求。期望MIMO檢測(cè)算法具有實(shí)用性，在低復(fù)雜度和高并行度之間取得平衡，具有硬件可實(shí)現(xiàn)性和低功耗。一種基于MMSE的信道檢測(cè)器設(shè)計(jì)，如圖3所示。圖4顯示了用于5G通信系統(tǒng)的256QAM調(diào)制星座圖。

圖3 MMSE檢測(cè)器
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圖4 256QAM調(diào)制星座圖
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四、CSI獲取

在5G高可靠性、低延遲的要求下，CSI的估計(jì)必須實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確。CSI在以后的信道建模和通信中起到了支持和保證的作用。如果不能快速、準(zhǔn)確地捕獲CSI，則傳輸過(guò)程將受到嚴(yán)重干擾和限制。根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果，如果在massive MIMO系統(tǒng)中引入一個(gè)快衰落模塊，系統(tǒng)的CSI將會(huì)隨著時(shí)間緩慢變化。此外，系統(tǒng)服務(wù)的并發(fā)用戶(hù)數(shù)與基站天線數(shù)量無(wú)關(guān)，受系統(tǒng)獲取CSI能力的限制。圖5顯示了NR中的CSI框架。

圖5 NR中的CSI框架
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五、大規(guī)模天線陣列器件設(shè)計(jì)

眾所周知，天線之間的空間過(guò)小會(huì)導(dǎo)致相互干擾，因此如何在有限的空間內(nèi)有效地部署大量天線成為一個(gè)新的挑戰(zhàn)。上述問(wèn)題的研究面臨著許多挑戰(zhàn)。隨著研究的深入，研究人員對(duì)massive MIMO技術(shù)在5G中的應(yīng)用寄予了厚望。可以預(yù)見(jiàn)，massive MIMO技術(shù)將成為5G區(qū)別于現(xiàn)有系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。圖6給出了一種基于ADRES的MIMO檢測(cè)器芯片設(shè)計(jì)架構(gòu)。

圖6 基于ADRES的MIMO檢測(cè)器芯片架構(gòu)
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衡量任何通信信道性能的一個(gè)重要指標(biāo)是信息理論容量。在一個(gè)SU-MIMO信道中，容量是在傳輸功率受限的情況下，作為可用帶寬可以傳輸?shù)淖畲笮畔⒘康暮瘮?shù)。在SU-MIMO信道中，通常假設(shè)所有發(fā)射天線之間分配的總功率是有限的。對(duì)于多用戶(hù)MIMO信道，這個(gè)問(wèn)題有點(diǎn)復(fù)雜。給定總發(fā)射功率的約束條件，可以將總發(fā)射功率的不同分?jǐn)?shù)分配給網(wǎng)絡(luò)中的不同用戶(hù)。因此，對(duì)于總功率的任何值，都會(huì)得到不同的信息速率。圖7顯示了信息速率于天線數(shù)量之間的關(guān)系。

圖7 信息速率與天線數(shù)量


審核編輯：劉清