陳思遠(yuǎn)

南京貝龍通信科技有限公司，江蘇 南京210000

大規(guī)模MIMO無線通信關(guān)鍵技術(shù)的分析

陳思遠(yuǎn)

南京貝龍通信科技有限公司，江蘇 南京210000

MIMO無線通信技術(shù)是無線通信領(lǐng)域中的一種新型通信技術(shù)。多輸入多輸出的大規(guī)模MIMO無線通信技術(shù)可以在提高天宮頻譜效率、改善傳輸性能的基礎(chǔ)上，打破傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的局限性。基于此，主要從大規(guī)模MIMO技術(shù)的優(yōu)勢入手，對大規(guī)模MIMO無線通信中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。

大規(guī)模MIMO無線通信技術(shù)；多用戶傳輸；信道模型；信道狀態(tài)信息

引言

隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，我國國內(nèi)移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)取得了較為突出的技術(shù)成就。在通信模式呈現(xiàn)出多樣化特征的現(xiàn)代社會，移動(dòng)通信頻譜效率提升問題已經(jīng)成為了學(xué)術(shù)界關(guān)注的重要問題。大規(guī)模MIMO無線通信技術(shù)的研發(fā)，已經(jīng)解決了MIMO技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中所面臨的一些技術(shù)瓶頸。移動(dòng)5G研究工作的開展，已經(jīng)讓MIMO技術(shù)的重要性得到了關(guān)注。大規(guī)模MIMO無線通信技術(shù)研究工作的開展，可以有效促進(jìn)我國移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步。

1 大規(guī)模MIMO無線通信技術(shù)的優(yōu)勢

相比于傳統(tǒng)的MIMO無線通信技術(shù)，大規(guī)模MIMO無線通信技術(shù)構(gòu)建的是一種新型蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這一技術(shù)的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下方面：第一，大規(guī)模MIMO無線通信技術(shù)可以通過增加、合并天線孔徑的方式提升能量的傳輸效率；第二，借助基站端所配備的低功率天線陣列，大規(guī)模MIMO無線通信技術(shù)可以發(fā)揮出改變小區(qū)域覆蓋模式的作用[1]。這一措施可以在提升系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，增加系統(tǒng)的系統(tǒng)容量和頻譜效率。如果大規(guī)模MIMO無線通信天線的數(shù)量大于用戶的數(shù)量，人們可以借助預(yù)編碼機(jī)制解決影響通信系統(tǒng)穩(wěn)定性的噪聲問題、干擾問題和誤差問題。系統(tǒng)中的TDD系統(tǒng)信道所表現(xiàn)出的互異性特征可以有效降低導(dǎo)頻開銷，進(jìn)而讓大規(guī)模MIMO無線通信實(shí)現(xiàn)簡化多址接入層的目標(biāo)。

2 大規(guī)模MIMO無線通信關(guān)鍵技術(shù)的內(nèi)容

2.1 多用戶傳輸技術(shù)

從大規(guī)模MIMO無線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，多用戶傳輸技術(shù)在與之相關(guān)的通信系統(tǒng)的建設(shè)、發(fā)展過程中發(fā)揮著重要的作用。多用戶空間無限資源傳輸、共享問題是大規(guī)模MIMO無線通信項(xiàng)目建設(shè)過程中所面臨的突出問題。多用戶上、下通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化問題是用戶端與基站側(cè)獲取信道狀態(tài)信息能力的主要影響因素。用戶端與基站側(cè)獲取信道狀態(tài)信息的能力事關(guān)多媒體技術(shù)在MIMO無線通信中的應(yīng)用效果，因而大規(guī)模MIMO無線通信系統(tǒng)用戶端與基站側(cè)獲取信道狀態(tài)信息能力的提升，就成為了優(yōu)化上下行通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，構(gòu)建多用戶空間資源共享體系的重要措施。

通過分析已經(jīng)建成的大規(guī)模MIMO無線通信系統(tǒng)，我們可以發(fā)現(xiàn)，用戶端、基站側(cè)所獲取的瞬時(shí)信道狀態(tài)信息并不是完整的瞬時(shí)信道狀態(tài)信息?；谪悹枌?shí)驗(yàn)室研究方案的信道方案是大規(guī)模MIMO無線通信系統(tǒng)中常用的信道方案。這種方案與TDD系統(tǒng)的上下信道互易性特征之間存在著一定的聯(lián)系。TDD系統(tǒng)上下行信道互異性特點(diǎn)與上行鏈路正交導(dǎo)頻特征之間的融合，可以讓基站側(cè)更好地在多用戶上下行傳輸信道參數(shù)估計(jì)值的獲取過程中發(fā)揮自身作用。從通信系統(tǒng)的實(shí)際情況來看，在基于貝爾實(shí)驗(yàn)室的MIMO信道傳輸方案的實(shí)施過程中，相關(guān)人員需要將基站側(cè)所獲取的參數(shù)估計(jì)值看作真實(shí)值，并以此為根據(jù)，處理多用戶上行信息接收工作和下行預(yù)編碼傳輸業(yè)務(wù)。

從這一技術(shù)的應(yīng)用效果來看，雖然基站側(cè)的信道狀態(tài)信息獲取能力得到了強(qiáng)化，但是如果用戶數(shù)量過少，這一系統(tǒng)的頻譜效率仍然會出現(xiàn)運(yùn)行效率低下的問題。多用戶上下行業(yè)務(wù)處理的復(fù)雜性是影響大規(guī)模MIMO無線通信技術(shù)的實(shí)效性的主要因素。

2.2 系統(tǒng)性能與信道模型分析技術(shù)

系統(tǒng)性能與信道模型分析技術(shù)是大規(guī)模MIMO無線通信技術(shù)中的核心要素。在大規(guī)模MIMO無線通信技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)通信領(lǐng)域以后，它可以增強(qiáng)基站測配置大規(guī)模陣列天線和MIMO傳輸信道的空間分辨率。相比于傳統(tǒng)的MIMO無線通信技術(shù)，大規(guī)模MIMO無線傳輸信道中存在的一些新特點(diǎn)還需要人們進(jìn)行深入研究。根據(jù)一些學(xué)者的研究結(jié)果，大規(guī)模MIMO信道是一種特殊化的HD信道。但是在筆者看來，大規(guī)模MIMO無線信道的信道能量主要集中于有限的空間方向之中，因而大規(guī)模無線傳輸信道并不能滿足HD假設(shè)。

在固定化的信道模型和發(fā)射功率下，大規(guī)模MIMO無線通信技術(shù)可以精確反映信道所支持的最大傳輸速率。針對一些具有空間相關(guān)性的大規(guī)模MIMO信道，相關(guān)人員可以借助各個(gè)用戶之間的統(tǒng)計(jì)信道信息，借助多個(gè)基站之間聯(lián)合實(shí)施的導(dǎo)頻調(diào)度，降低導(dǎo)頻污染所帶來的不利影響。針對上、下行鏈路中存在的高維矩陣求逆運(yùn)算，相關(guān)人員需要強(qiáng)化大規(guī)模MIMO無線傳輸?shù)臒o線共享性和魯棒性特征。

2.3 信道狀態(tài)信息獲取技術(shù)

信號檢測和信號的自適應(yīng)傳輸是大規(guī)模MIMO無線通信技術(shù)中的基礎(chǔ)要素。它對大規(guī)模MIMO的通信傳輸性能有著至關(guān)重要的影響。以基于貝爾實(shí)驗(yàn)室研究的TDD無線通信方案為例。如果區(qū)域用戶布設(shè)的是單個(gè)天線，他們可以通過向基站發(fā)送導(dǎo)頻信號的方式，確定上行鏈路的信道參數(shù)。在一般情況下，準(zhǔn)用戶數(shù)量的不斷增加，會讓大規(guī)模MIMO系統(tǒng)在導(dǎo)頻開銷中耗費(fèi)大量的視頻資源。視頻資源耗費(fèi)量過大的問題會給這一系統(tǒng)的未來發(fā)展帶來不利影響?；趯?dǎo)頻受限環(huán)境下的大規(guī)模信道信息獲取技術(shù)研究工作的開展，是促進(jìn)大規(guī)模無線通信技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新的有效措施[2]。

從基于貝爾實(shí)驗(yàn)室的傳輸方案的分析結(jié)果來看，這一技術(shù)應(yīng)用了TDD的信道互異特征。在最近一段時(shí)期，一些學(xué)者已經(jīng)在TDD信道領(lǐng)域取得了一定的研究成果，例如南加州大學(xué)的研究人員在大量試驗(yàn)基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于聯(lián)合空分復(fù)用技術(shù)的傳輸技術(shù)系統(tǒng)。在這一技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)通信領(lǐng)域以后，相關(guān)人員首先需要完成基站側(cè)用戶分組工作，進(jìn)而通過信道估計(jì)分析減少信道中的信息。這一技術(shù)的出現(xiàn)，可以為大規(guī)模MIMO無線通信技術(shù)的理論創(chuàng)新提供一定的理論支持。

3 結(jié)論

大規(guī)模MIMO無線通信技術(shù)是MIMO無線技術(shù)的發(fā)展趨勢。多用戶傳輸技術(shù)、系統(tǒng)性能與信道模型分析技術(shù)以及信號狀態(tài)信息獲取技術(shù)是無線通信系統(tǒng)中的大規(guī)模MIMO技術(shù)中的關(guān)鍵要素。基于導(dǎo)頻受限環(huán)境下的大規(guī)模信道信息獲取技術(shù)研究工作的開展，是促進(jìn)大規(guī)模無線通信技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新的有效措施。聯(lián)合空分復(fù)用技術(shù)的傳輸技術(shù)系統(tǒng)的出現(xiàn)，也可以促進(jìn)大規(guī)模MIMO無線通信技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。

[1]賴炎坤.無線通信系統(tǒng)中的大規(guī)模MIMO關(guān)鍵理論及技術(shù)研究[J].科技展望，2017，27（1）：18.

[2]劉俊輝.大規(guī)模MIMO無線通信關(guān)鍵技術(shù)研究[J].通訊世界，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