大规模天线技术的优化应用

MIMO是指在发送端和接收端采用多根天线，使信号在空间获得阵列增益、分集增益、复用增益和干扰抵消等效果，从而得到更大的系统容量、更广的覆盖范围和更高的用户速率。

MIMO技术最早由美国的贝尔实验室提出。1996年，贝尔实验室的G.J.Foscchini等人研究出了世界上第一台MIMO概念验证机(Bell Lab Layered Space Time，BLAST)，利用信号传播的空间散射特性，实现了高达40 bit/(s·Hz)的频谱效率，轰动了业界，并引发了MIMO研究的热潮。4×4 MIMO示意如图6-4所示。

图6-4 4×4 MIMO示意

MIMO技术最先被应用在无线局域网Wi-Fi中。在4G LTE时代，MIMO的应用部署已十分广泛，但是一般所采用的天线阵列不大，天线单元不多，如中国移动在TD-LTE基站中采用了8天线阵列，而多数运营商都采用了小于4个天线单元的阵列。在手机终端设备部分，由于受到尺寸限制，通常采用少于2个天线单元。

在5G中，天线阵列发展到了大规模的程度，因此又叫massive MIMO(m MIMO)。massive MIMO技术采用由大量收发信单元(TRX)与大量天线单元构成的阵列，实现波束赋形与多用户空间复用的组合。其中，波束赋形的定向高增益有利于增强覆盖范围，高阶阵列复用则能够增强系统容量和提高频谱效率。m MIMO中可控天线单元数通常远大于8个(比如，基站中常用到64个收发单元)。5G中64天线和4G中常用的8天线模型对比如图6-5所示。大规模天线波束赋形示意如图6-6所示。

图6-5 5G中64天线和4G中常用的8天线模型对比(www.xing528.com)

图6-6 大规模天线波束赋形示意

另外，5G很多场景所采用的频率较高，导致其传播特性较差，因此在高频段(如毫米波波段)，必须采用m MIMO技术以提高基站的覆盖能力。