大规模MIMO无线通信关键技术的分析

陈思远

南京贝龙通信科技有限公司，江苏 南京210000

大规模MIMO无线通信关键技术的分析

陈思远

南京贝龙通信科技有限公司，江苏 南京210000

MIMO无线通信技术是无线通信领域中的一种新型通信技术。多输入多输出的大规模MIMO无线通信技术可以在提高天宫频谱效率、改善传输性能的基础上，打破传统蜂窝网络的局限性。基于此，主要从大规模MIMO技术的优势入手，对大规模MIMO无线通信中的关键技术进行了分析。

大规模MIMO无线通信技术；多用户传输；信道模型；信道状态信息

引言

随着无线通信技术的不断发展，我国国内移动通信技术已经取得了较为突出的技术成就。在通信模式呈现出多样化特征的现代社会，移动通信频谱效率提升问题已经成为了学术界关注的重要问题。大规模MIMO无线通信技术的研发，已经解决了MIMO技术在实际应用中所面临的一些技术瓶颈。移动5G研究工作的开展，已经让MIMO技术的重要性得到了关注。大规模MIMO无线通信技术研究工作的开展，可以有效促进我国移动通信技术的发展进步。

1 大规模MIMO无线通信技术的优势

相比于传统的MIMO无线通信技术，大规模MIMO无线通信技术构建的是一种新型蜂窝网络架构。这一技术的优势主要表现在以下方面：第一，大规模MIMO无线通信技术可以通过增加、合并天线孔径的方式提升能量的传输效率；第二，借助基站端所配备的低功率天线阵列，大规模MIMO无线通信技术可以发挥出改变小区域覆盖模式的作用[1]。这一措施可以在提升系统性能的基础上，增加系统的系统容量和频谱效率。如果大规模MIMO无线通信天线的数量大于用户的数量，人们可以借助预编码机制解决影响通信系统稳定性的噪声问题、干扰问题和误差问题。系统中的TDD系统信道所表现出的互异性特征可以有效降低导频开销，进而让大规模MIMO无线通信实现简化多址接入层的目标。

2 大规模MIMO无线通信关键技术的内容

2.1 多用户传输技术

从大规模MIMO无线通信技术的发展现状来看，多用户传输技术在与之相关的通信系统的建设、发展过程中发挥着重要的作用。多用户空间无限资源传输、共享问题是大规模MIMO无线通信项目建设过程中所面临的突出问题。多用户上、下通信系统的设计优化问题是用户端与基站侧获取信道状态信息能力的主要影响因素。用户端与基站侧获取信道状态信息的能力事关多媒体技术在MIMO无线通信中的应用效果，因而大规模MIMO无线通信系统用户端与基站侧获取信道状态信息能力的提升，就成为了优化上下行通信系统设计，构建多用户空间资源共享体系的重要措施。

通过分析已经建成的大规模MIMO无线通信系统，我们可以发现，用户端、基站侧所获取的瞬时信道状态信息并不是完整的瞬时信道状态信息。基于贝尔实验室研究方案的信道方案是大规模MIMO无线通信系统中常用的信道方案。这种方案与TDD系统的上下信道互易性特征之间存在着一定的联系。TDD系统上下行信道互异性特点与上行链路正交导频特征之间的融合，可以让基站侧更好地在多用户上下行传输信道参数估计值的获取过程中发挥自身作用。从通信系统的实际情况来看，在基于贝尔实验室的MIMO信道传输方案的实施过程中，相关人员需要将基站侧所获取的参数估计值看作真实值，并以此为根据，处理多用户上行信息接收工作和下行预编码传输业务。

从这一技术的应用效果来看，虽然基站侧的信道状态信息获取能力得到了强化，但是如果用户数量过少，这一系统的频谱效率仍然会出现运行效率低下的问题。多用户上下行业务处理的复杂性是影响大规模MIMO无线通信技术的实效性的主要因素。

2.2 系统性能与信道模型分析技术

系统性能与信道模型分析技术是大规模MIMO无线通信技术中的核心要素。在大规模MIMO无线通信技术应用于移动通信领域以后，它可以增强基站测配置大规模阵列天线和MIMO传输信道的空间分辨率。相比于传统的MIMO无线通信技术，大规模MIMO无线传输信道中存在的一些新特点还需要人们进行深入研究。根据一些学者的研究结果，大规模MIMO信道是一种特殊化的HD信道。但是在笔者看来，大规模MIMO无线信道的信道能量主要集中于有限的空间方向之中，因而大规模无线传输信道并不能满足HD假设。

在固定化的信道模型和发射功率下，大规模MIMO无线通信技术可以精确反映信道所支持的最大传输速率。针对一些具有空间相关性的大规模MIMO信道，相关人员可以借助各个用户之间的统计信道信息，借助多个基站之间联合实施的导频调度，降低导频污染所带来的不利影响。针对上、下行链路中存在的高维矩阵求逆运算，相关人员需要强化大规模MIMO无线传输的无线共享性和鲁棒性特征。

2.3 信道状态信息获取技术

信号检测和信号的自适应传输是大规模MIMO无线通信技术中的基础要素。它对大规模MIMO的通信传输性能有着至关重要的影响。以基于贝尔实验室研究的TDD无线通信方案为例。如果区域用户布设的是单个天线，他们可以通过向基站发送导频信号的方式，确定上行链路的信道参数。在一般情况下，准用户数量的不断增加，会让大规模MIMO系统在导频开销中耗费大量的视频资源。视频资源耗费量过大的问题会给这一系统的未来发展带来不利影响。基于导频受限环境下的大规模信道信息获取技术研究工作的开展，是促进大规模无线通信技术发展创新的有效措施[2]。

从基于贝尔实验室的传输方案的分析结果来看，这一技术应用了TDD的信道互异特征。在最近一段时期，一些学者已经在TDD信道领域取得了一定的研究成果，例如南加州大学的研究人员在大量试验基础上，构建基于联合空分复用技术的传输技术系统。在这一技术应用于移动通信领域以后，相关人员首先需要完成基站侧用户分组工作，进而通过信道估计分析减少信道中的信息。这一技术的出现，可以为大规模MIMO无线通信技术的理论创新提供一定的理论支持。

3 结论

大规模MIMO无线通信技术是MIMO无线技术的发展趋势。多用户传输技术、系统性能与信道模型分析技术以及信号状态信息获取技术是无线通信系统中的大规模MIMO技术中的关键要素。基于导频受限环境下的大规模信道信息获取技术研究工作的开展，是促进大规模无线通信技术发展创新的有效措施。联合空分复用技术的传输技术系统的出现，也可以促进大规模MIMO无线通信技术的创新发展。

[1]赖炎坤.无线通信系统中的大规模MIMO关键理论及技术研究[J].科技展望，2017，27（1）：18.

[2]刘俊辉.大规模MIMO无线通信关键技术研究[J].通讯世界，2016（12）：77-78.

Analysis of Key Technologies of Large Scale MIMO Wireless Communication

Chen Siyuan
Nanjing Belong Communication Technology Co., Ltd., Jiangsu Nanjing 210000

MIMO wireless communication technology is a new type of communication technology in the field of wireless communication. Multi-input and multi-output large-scale MIMO wireless communication technology can break the limitations of traditional cellular network on the basis of spectral efficiency and improved transmission performance.Based on this, starting from the advantages of large-scale MIMO technology, the key technologies of large-scale MIMO wireless communication are analyzed.

large-scale MIMO wireless communication technology; multi-user transmission; channel model; channel state information

TN919.3

A

1009-6434（2017）7-0063-02