5G大功臣——Massive MIMO

什么是Massive MIMO

4G中，时间和频率的利用已经很接近理论极限，5G的关键是如何利用空间维度再度提升网络质量。美国贝尔实验室研究人员研究发现，当小区基站天线数目趋于无穷大时，加性高斯白噪声和瑞利衰落等负面影响全都可以忽略不计，数据传输速率能得到极大提高。

Massive MIMO（大规模天线技术，亦称为Large Scale MIMO）孕育而生。Massive MIMO指的是发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，信号可以通过发射端与接收端的多个天线发送和接收，在不增加频谱资源和天线发送功率的情况下，提升系统信道容量和信号覆盖范围。

借助多天线下的分集和复用技术，能够有效提升信息传输可靠性和有效性。LTE 3GPP 36.213中引入了7种MIMO传输模式：

• 模式1：单天线端口传输

• 模式2：发射分集（对抗衰落）

• 模式3：开环空间复用（适用于高速移动环境）

• 模式4：闭环空间复用（提高峰值速率）

• 模式5：多用户MIMO（提高系统容量）

• 模式6：单层闭环空间复用（提升小区覆盖，抑制干扰）

• 模式7：单流波束赋形（提升小区覆盖，抑制干扰）

Massive MIMO的优点

香农定理C=W*Log2*（1+S/N），其中C为速率，W是链路的带宽，S是平均信号功率，N是平均噪声功率，S/N即为平时说的信噪比。我们从香农定理可以看出，在频谱资源（W）有限的情况下，发射功率/噪声由于法规/工艺/费用限制无法提升的情况下，只有通过空间成为提升性能的资源，其本质上也是变相提升了信号功率。

俗版：我通过各种渠道，向你身边的三姑六婆都传播同一个信息，也许每个人都有不同的曲解（噪音），最后三姑六婆们将信息都汇总到你这里，你将这些信息的共同点提取出来，合成了一个相对准确的共识信息，这是第一个好处；我通过各种渠道，向你身边的三姑六婆都传播不同的信息，每个人得到的信息都不是完整的，你将这些信息汇总后，合成了一个相对完整的信息，这是第二个好处。

延伸阅读：波束赋形

Massive MIMO无疑是一把双刃剑，提供更优质信号的同时，系统必须用非常复杂的算法来找到用户的准确位置，否则就不能精准地将波束对准这个用户。因此，波束管理和波束控制对Massive MIMO来说就非常重要。

波束赋形——通过信号预处理算法为波束安排最佳路由，它也可以在精准协调下将数据流经由障碍物反射路径发送到指定用户。