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1、大规模 MIMO,目 录,一、MIMO的概念,MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术，即多入多出技术，指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。,空 时 编 码,MIMO系统原理,MIMO系统在发射端和接收端均采用多个天线和多个通道，如图所示。,1908年 马可尼就提出用MIMO来抗衰落; 70年代 有人提出将MIMO用
2、于通信系统; 1995年 Teladar给出了在衰落情况下的MIMO容量； 1996年 Foshinia给出了一种多入多出处理算法对角-贝尔实验室分层空时(D-BLAST)算法； 1998年 Tarokh等讨论了用于MIMO的空时码； 1998年 Wolniansky等采用垂直-贝尔实验室分层空时(V-BLAST)算法建立了一个MIMO实验系统 这些工作使得MIMO技术的研究工作得到了迅速发展。,二、MIMO的发展历史及应用,MIMO的应用,1,2,3,4,无线宽带移动通信 传统蜂窝移动通信系统 和传统的分布式天线系统相结合 无线通信领域 雷达领域 ,5,传统的MIMO技术并不能满足当代呈指数
3、上涨的无线数据需求，而且面临着计算复杂度高，成本高昂的回程链路的建设，较高的延时等问题. . . . . .,However,三、大规模MIMO的概念,2010年底，贝尔实验室科学家Thomas L.Marzetta研究了多小区、TDD (time division duplexing) 情况下, 各基站配置无限数量天线的极端情况的多用户MIMO 技术, 提出了大规模MIMO (Massive MIMO) 的概念，发现了一些与单小区、有限数量天线时的不同特征。 Massive MIMO技术指基站天线数目庞大，而用户终端采用单天线接收的通信方式，可作为目前移动通信系统的一种平滑的过渡方式，即不必
4、大面积更新用户的终端设备，通过对基站的改造，提高系统的频谱利用率。,Marzetta研究了一种时分双工(Time-Division Duplexing,TDD)的传输策略，在基站天线数趋近于无穷时，通常严重影响通信系统性能的热噪声和不相干的小区间干扰将可以被忽略不计，而且最简单的波束赋形，比如最大比合并接收机将会变成最优。 与以往干扰协调不同，Massive MIMO不再试图用协调不同的基站来进行合作传输的方法减小干扰，而是通过数量众多的天线来早增加有用信号的功率，从而增加信干比(SIR),以此来减少干扰的影响。,Massive MIMO，又称为large-scale MIMO。顾名思义，就是
5、在基站端安装几百根天线（128根、256根或者更多），从而实现几百个天线同时发数据。,四、大规模MIMO的研究方向,此处添加内容,天线集中配置的 Massive MIMO 主要应用场景,室外宏覆盖,高层覆盖,室内覆盖,在沿用现有的LTE系统MAC+PHY的结构下，Massive MIMO的物理层研究的方向主要包括：,四、大规模MIMO的研究方向,Massive MIMO的MAC研究 的方向主要包括：MU-MIMO配对算法、用户调度和资源分配策略。 此外，Massive MIMO还可以跟其他组网技术相结合，如LTE系统中的CoMP技术等。 综上所述，在5G中，Massive MIMO是非常关键的
6、技术，其核心问题的解决主要在PHY层和MAC层。,第一, 大规模MIMO 的空间分辨率与现有MIMO 相比显著增强, 能深度挖掘空间维度资源, 使得网络中的多个用户可以在同一时频资源上利用大规模MIMO 提供的空间自由度与基站同时进行通信, 从而在不需要增加基站密度和带宽的条件下大幅度提高频谱效率. 第二, 大规模MIMO 可将波束集中在很窄的范围内, 从而大幅度降低干扰. 第三, 当天线数量足够大时, 最简单的线性预编码和线性检测器趋于最优, 并且噪声和不相关干扰都可忽略不计. 第四, 可大幅降低发射功率, 从而提高功率效率.,五、大规模MIMO的优点,近两年针对大规模MIMO 技术的研究工
7、作主要集中在信道模型、容量和传输技术性能分析、预编码技术、信道估计与信号检测技术等方面 但还存在一些问题. . . . . .,六、大规模MIMO的缺陷,值得一提的是. . . . . .,七、大规模MIMO的展望,2014年9月，华为携手中国移动完成全球首次Massive MIMO多天线解决方案应用于TD-LTE网络的演示。,七、大规模MIMO的展望,2014年11月，中兴通讯联合中国移动完成了全球首个TD-LTE3D/MassiveMIMO基站的预商用测试。 近日新闻报道，2015年3月3日，在巴塞罗那举办GTI的2015年世界移动通信大会上，中兴通讯与中国移动联合展示了5G 3D/Mas
8、siveMIMO预商用基站，中兴通讯获得2014年度GTI“创新解决方案与应用大奖”。 3D/MassiveMIMO是5G的核心技术之一，将5G的3D/MassiveMIMO关键技术提前引入现网，可以帮助运营商在4G时代占据5G先机。,目前，学术界关于Massive MIMO 的研究才刚刚起步，仍有大量的与之相关的研究方向值得关注。 今后比较有潜力的研究方向包括：,1) 如何使用更少的天线数，而非无穷多的天线来获取更高的系统容量； 2) 如何将Massive MIMO 在FDD 系统的同时减少巨大的反馈开销； 3) 如何提出更复杂有效的预编码机制； 4) 如何减少导频污染。,七、大规模MIMO的展望,随着芯片计算速度的发展及并行计算的普及，世界各国学者都在对MIMO的理论、性能、算法和实现等各方面进行着广泛的研究，MIMO技术已成为通信技术发展中最为炙手可热的课题，也是值得大学生探究的问题！,谢谢！,End,
