移动通信系统概述—大规模MIMO天线技术

• 考虑到天线尺寸、安装等实际问题，分布式天线也有用武之地，重点需 要考虑天线之间的协作机制及信令传输问题。大规模天线未来主要应用 场景可以从室外宏覆盖、高层覆盖、室内覆盖这三种主要场景划分。
• 5G的关键技术——大规模MIMO天线技术 ➢ 大规模MIMO天线的优点
（2） 提升能量效率。大规模天线阵列的使用，提高了阵列増益，无论是 上行发送还是下行发送都可以使用较小的发射功率达到较好的通信 质量，从而使得系统能量效率提升几个数量级。
（3）简化上层用户调度。随机矩阵理论表明，随着基站天线数目的急剧 增加，原来一些随机的信道特性开始变确定了，比如信道矩阵的奇 异值分布趋于确定，信道矩阵趋于良性矩阵，该现象称为大规模Ｍ ＩＭＯ的信道硬化效应。
• 5G的关键技术——大规模MIMO天线技术 ➢ 什么是大规模MIMO天线技术
传统天线和大规模MIMO覆盖对比
• 5G的关键技术——大规模MIMO天线技术 ➢ 大规模MIMO天线的优点
（1） 提升频谱效率。根据大数定律，当基站天线数目持续增加到无穷大 时，不同用户的信道呈现渐近正交性，该特性称为有利信道条件。 理论上，用户间干扰可以完全被消除，噪声也随天线增加到无穷而 趋于消失。同时，大规模MIMO的空间分辨率显著提高，极高的空 间自由度可以满足多个用户在同一时频资源上同时通信。以上因素 都能大幅度提高系统频谱效率；
• 5G的关键技术——大规模MIMO天线技术 ➢ 什么是大规模MIMO天线技术
• 从基站方面看，这种利用数字信号处理产生的叠加效果就如同完成பைடு நூலகம் 基站端虚拟天线方向图的构造，因此称为“波束成形” (Beamforming)。
• 通过这一技术，发射能量可以汇集到用户所在位置，而不向其他方向 扩散，并且基站可以通过监测用户的信号，对其进行实时跟踪，使最 佳发射方向跟随用户的移动，保证在任何时候手机接收点的电磁波信 号都处于叠加状态。
• 5G的关键技术——大规模MIMO天线技术 ➢ 大规模MIMO天线的基本原理
• 5G的关键技术——大规模MIMO天线技术 ➢ 大规模MIMO天线的系统架构
• 5G的关键技术——大规模MIMO天线技术
➢ 应用场景
• 天线集中配置的Massive MIMO主要应用场景有城区覆盖、无线回传、 郊区覆盖、局部热点。其中城区覆盖分为宏覆盖和微覆盖（例如高层写 字楼）两种。无线回传主要解决基站之间的数 据传输问题，特别是宏 站与Small Cell之间的数据传输问题，郊区覆盖主要解决偏远地区的无 线传输问题，局部热点主要针对大型赛事、演唱会、商场、露天集会、 交通枢纽等用户密度高的区 域。
• 5G的关键技术——大规模MIMO天线技术 ➢ 大规模MIMO天线的优点
（4） 降低系统复杂度。大规模ＭＩＭＯ采用简单的线性预编码器，如最 大比发送和迫零，就可以达到与最优的非线性预编码方案（如脏纸 编码等）近似的性能，从而大大简化系统复杂度；
（5） 降低系统部署成本。大规模ＭＩＭＯ极高的空间自由度，可以用于 波束赋形，如果采用恒定包络调制信号，可以大幅降低发射信号峰 均比，从而可以在射频前端采用低线性复杂度、低成本、低功耗的 硬件设备，大幅降低部署成本；
大规模MIMO 天线技术
目录
01 大规模MIMO的概念
02 大规模MIMO的优点
03 大规模MIMO的基本原理
04 大规模MIMO的系统架构
05
应用场景
• 5G的关键技术——大规模MIMO天线技术
➢ 什么是大规模MIMO天线技术
• 理解大规模天线首先需要了解波束成形技术。传统通信方式是基站与手机间单 天线到单天线的电磁波传播，而在波束成形技术中，基站端拥有多根天线，可 以自动调节各个天线发射信号的相位，使其在手机接收点形成电磁波的叠加， 从而达到提高接收信号强度的目的。