5G大规模MIMO技术

5G即第五代移动通讯技术被称为下一代的无线数据网络，随着移动设备的数量和使用无线数据流量人数的指数级增长，要求着研究人员必须解决容量限制等问题，对新一代技术问题及实现方法进行深度探究，挑战心有通信系统中存在的未能解决的问题，令网络在可靠性、覆盖率、能效性和延迟性等特性上有新突破。

有一项最早于1908年马可尼提出的无线通信技术叫MIMO技术，其定义为在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。此项技术作为5G技术的一种实现方案，被研究人员进行了深度探究。利用MIMO技术，信号通过基站收发信机（BTS）上使用大量的天线（超过64根）实现了更大的无线数据流量和连接可靠性，相对于原有标准只使用最多8根天线组成的扇形拓扑，新方式从根本上改变了现有标准的基站收发信机架构。这项技术有利于降低辐射功率，以数以百计的天线单元通过把无限能量指向到特定用户，即使用预编码技术集将能量集中到目标移动终端上，降低对于其他用户的干扰。大规模MIMO在一定程度上解决了人们所担心的5G超大功率辐射问题，亦更有利于目前受干扰限制的蜂窝网络用户。如果大规模MIMO的想法真的可以实现，那么未来的5G网络一定会变得更快，能够容纳更多的用户且具有更高的可靠性和更高的能效。

研究所面临的网络系统挑战基于此项技术使用了较多的天线单元。举例来说，当前基于LTE或LTE-A的数据网络所需的导频开销是与天线的数量成比例的，而大规模MIMO管理了大量时分复用的天线的开销，在上下行之间具有信道互易性。信道互易性使得上行导频获取的通道状态信息可以在下行链路的预编码器中被使用。

除上文提到的挑战之外，实现大规模MIMO的挑战还有：在一个或多个数量级下来确定数据总线和接口的规模；以及在众多独立的射频收发器之间进行分布式的同步。这些有关定时、处理以及数据收集上的挑战使得原型化验证变得更为重要。为了让研发者能够证实对应理论，这就需要将理论工作转移到实际的测试台，通过使用真实应用场景中的实际波形，研发者开发出产品原型并确定大规模MIMO的技术可行性和商业可行性。就新型无线标准和技术来说，把概念转化为产品原型的时间就直接影响到了实际部署和商业化的进程。加快开发出产品原型，5G网络的应用能更好地受益于这项创新技术。