大規(guī)模mimo關(guān)鍵技術(shù)綜述

1、第五代移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)及關(guān)鍵技術(shù)第五代移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)及關(guān)鍵技術(shù)摘要：隨著移動(dòng)通信的快速發(fā)展，頻譜資源變得越來(lái)越緊缺，如何更加有效的利用頻譜資源成為了5G亟待解決的問(wèn)題。文章首先介紹了5G技術(shù)的需求及面臨的挑戰(zhàn)，然后簡(jiǎn)述了5G系統(tǒng)的需要用到的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)的幾種潛在的關(guān)鍵通信技術(shù)，如異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、NOMA技術(shù)、毫米波通信大規(guī)模多輸入多輸出（MIMO）通信，給出了簡(jiǎn)單的論述與討論。最后重點(diǎn)介紹了大規(guī)模MIMO的工作原理和需要克服

2、的技術(shù)難點(diǎn)，最后分析了其應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：5G；異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)；NOMA；毫米波通信；大規(guī)模 MIMO1 第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）移動(dòng)通信已經(jīng)深刻地改變了人們的生活，雖然，目前 4G還沒(méi)有在全球范圍內(nèi)完全運(yùn)用， 但人們對(duì)更高性能移動(dòng)通信的追求從未停止， 在技術(shù)和市場(chǎng)的雙重驅(qū)動(dòng)下，業(yè)界啟動(dòng)了5G技術(shù)的研究。在2012年底由歐盟啟動(dòng)的“面向2020信息社會(huì)的移動(dòng)與無(wú)線通信（METIS）”課題，計(jì)劃于2020年實(shí)現(xiàn)商業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)。韓國(guó)于2013年宣

3、布成功研發(fā)出NoLA（Nomadic Local Area Wireless Access ）技術(shù)，該技術(shù)無(wú)線下載速度可以達(dá)到 3.6G/s，可作為5G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)技術(shù)。中國(guó)于 2013年成立了IMT-2020推進(jìn)組，作為5G推進(jìn)工作的平臺(tái)，推進(jìn)組旨在組織國(guó)內(nèi)各方力量、積極開(kāi)展國(guó)際合作，共同推動(dòng) 5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展。這標(biāo)志著全球已開(kāi)始對(duì)5G技術(shù)的研發(fā)。雖然目前業(yè)界尚未對(duì)5G形成統(tǒng)一、完整的認(rèn)識(shí)，但是在一些方面已經(jīng)有相對(duì)明確的觀點(diǎn)和看法。例如

4、：就時(shí)間范疇看，業(yè)內(nèi)多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為， 5G是一個(gè)面向信息社會(huì)需求的無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)； 5G發(fā)展的另一個(gè)目標(biāo)是滿足未來(lái) 1000倍及以上的流量增長(zhǎng)需求及10Gbit/s的峰值速率和100Mbit/s的用戶速率體驗(yàn)等； 5G還需要可以持續(xù)的降低網(wǎng)絡(luò)成本和能耗、 拓展業(yè)務(wù)的支持能力及提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性；同時(shí)，5G不單單只是在速度和吞度量上有大的提高和飛躍，更多的是建立一個(gè)更為完善的網(wǎng)絡(luò)， 讓用戶能全方位的體驗(yàn)科技帶來(lái)的進(jìn)步， 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)一體化，各類

5、設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，并且網(wǎng)絡(luò)具有更強(qiáng)的自我檢測(cè)、自我修復(fù)能力，大大地節(jié)省人力資源，提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和適應(yīng)性。比如，通過(guò)手機(jī)終端可以與家里的高清電視進(jìn)行通信， 通過(guò)投影儀可以直接下載網(wǎng)絡(luò)高清影響并進(jìn)行播放， 這些更為人性化的功能會(huì)讓用戶更好地享受科技進(jìn)步對(duì)日常生活質(zhì)量帶來(lái)的提高和便利。- 1 -第五代移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)及關(guān)鍵技術(shù)在各類終端中， 智能手機(jī)對(duì)流量貢獻(xiàn)最大， 物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量雖大但流量占比較低。5G將解決多樣化應(yīng)用場(chǎng)景下差異化性能指標(biāo)

6、帶來(lái)的挑戰(zhàn)，不同應(yīng)用場(chǎng)景面臨的性能挑戰(zhàn)有所不同，用戶的體驗(yàn)速率、流量密度、時(shí)延、能效和連接數(shù)都可能成為不同場(chǎng)景的挑戰(zhàn)性指標(biāo)。 從移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用場(chǎng)景、 業(yè)務(wù)需求及挑戰(zhàn)出發(fā)，可歸納出連續(xù)廣域覆蓋、熱點(diǎn)高容量、低功耗大連接和低時(shí)延高可靠四個(gè)5G主要技術(shù)場(chǎng)景。從技術(shù)特征、標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度分析，5G 存在新空口和 4G 演進(jìn)空口兩條技術(shù)路線。（1）新空口路線主要面向新場(chǎng)景和新頻段進(jìn)行全新的空口設(shè)計(jì)， 不考慮與 4G 框架的兼容，

7、 通過(guò)新的技術(shù)方案設(shè)計(jì)和引入創(chuàng)新技術(shù)來(lái)滿足 4G演進(jìn)路線無(wú)法滿足的業(yè)務(wù)需求及挑戰(zhàn), 特別是各種物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景及高頻段需求。 （2）4G 演進(jìn)路線通過(guò)在現(xiàn)有 4G 框架的基礎(chǔ)上引入增強(qiáng)型新技術(shù)，在保證兼容性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提升，在一定程度上滿足 5G 場(chǎng)景與業(yè)務(wù)需求。3 5G關(guān)鍵技術(shù)5G移動(dòng)通信標(biāo)志性的關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在超高效能的無(wú)線傳輸技術(shù)和高密度無(wú)線網(wǎng)絡(luò) （high density wireless network） 技術(shù)，

8、 為了能夠?qū)崿F(xiàn)千倍的流量提升，需要更高的站點(diǎn)密度、更大的帶寬、更高的頻譜效率，對(duì)應(yīng)的技術(shù)分別是超密異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、毫米波通信和大規(guī)模MIMO技術(shù)，但這三種帶來(lái)速率提升的技術(shù)仍面臨許多亟待解決的問(wèn)題。此外，基礎(chǔ)的信號(hào)波形的設(shè)計(jì)也需要考慮新的需求，對(duì)原有的OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。網(wǎng)絡(luò)側(cè)也需要能夠兼容多種標(biāo)準(zhǔn)。下面對(duì)5G系統(tǒng)中幾種可能用到的關(guān)鍵技術(shù)作簡(jiǎn)要介紹。3.1 異構(gòu)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)隨著個(gè)人和行業(yè)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用快速發(fā)展， 移

9、動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將發(fā)生重要變化， 未來(lái)第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)不再是宏基站覆蓋下、 面向簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)語(yǔ)音業(yè)務(wù)、 簡(jiǎn)單的短信業(yè)務(wù)的通信系統(tǒng)， 即不能再用某項(xiàng)業(yè)務(wù)能力或者某個(gè)典型技術(shù)特征來(lái)簡(jiǎn)單定義， 而是多樣化的異構(gòu)密集分布網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)覆蓋下、 面向各種服務(wù)需求的多業(yè)務(wù)、 多技術(shù)融合的新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 例如研究者們通常所稱呼的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)等。傳統(tǒng)的基于信干噪比或者接收信號(hào)強(qiáng)度的接入節(jié)點(diǎn)選擇機(jī)制將不再適用于多樣化通信節(jié)點(diǎn)的異構(gòu)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。 為了實(shí)現(xiàn)