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[资料] 5G关键技术-Massive MIMO

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发表于 2021-8-27 15:04:12 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省深圳市
大规模MIMO(Massive MIMO)是下一代移动蜂窝网通信—5G中提高系统容量和频谱利用率的关键技术。它最早由美国贝尔实验室研究人员提出,研究发现,当小区的基站天线数目趋于无穷时,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。
在大规模MIMO系统中,基站配置大量的天线数目通常有几十、几百甚至几千根,是现有MIMO系统天线数目的1~2个数量级以上,而基站所服务的用户设备(User Equipment,UE)数目远少于基站天线数目;基站利用同一个时频资源同时服务若干个UE,充分发掘系统的空间自由度。从而增强了基站同时接收和发送多路不同信号的能力,大大提高了频谱利用率、数据传输的稳定性和可靠性。

优点
1.大规模MIMO系统的空间分辨率与现有MIMO系统相比显著提高,它能深度挖掘空间维度资源,使得基站覆盖范围内的多个用户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,提升频谱资源在多个用户之间的复用能力,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。
2.大规模MIMO系统可形成更窄的波束,集中辐射于更小的空间区域内,从而使基站与UE之间的射频传输链路上的能量效率更高,减少基站发射功率损耗,是构建未来高能效绿色宽带无线通信系统的重要技术。
3.大规模MIMO系统具有更好的鲁棒性能。由于天线数目远大于UE数目,系统具有很高的空间自由度,系统具有很强的抗干扰能力。当基站天线数目趋于无穷时,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。

Massive MIMO信道模型
无线信道根据其自身特点和研究需要,可以建模成多种模型。其中最经典的独立同分布(Independent and identically distributed, IID)信道。其中“独立”和“同分布”俩个名词都源自概率论。“独立”是说每条路径的传输成功与否,相互之间并不影响;而“同分布”表示概率分布相同,即成功率都是1/2。

关键技术
1.导频污染
理想情况下,TDD系统中上下行各个导频符号之间都是相互正交的,这样对于接收端接收到的相邻小区的干扰信号都可以利用正交性在解码时消除,然而在实际Massive MIMO系统中,相互正交的导频序列数目取决于信道延迟扩展及信道相干时间,并不能完全满足天线及用户数量增加带来的导频序列数目需求。用户数量的增加使相邻小区间不同用户采用非正交的(相同的)导频训练序列,从而导致基站端对信道估计的结果并非本地用户和基站间的信道, 而是被其他小区用户发送的训练序列所污染的估计,进而使得基站接收到的上行导频信息被严重污染。
当存在导频污染时,用户与各个小区基站之间的导频信号非正交,多个导频信号相互叠加,使得基站的信道估计将会产生误差。而信道估计的误差将会导致基站侧对传输信号的信号处理过程出现偏差,进而引入了小区间干扰并导致速率饱和效应, 导频污染成为限制Massive MIMO的关键问题。

2.信道估计
在移动通信系统中,信号传输的有效性依赖于信道状态信息(CSI)的准确性。然而,在Massive MIMO系统中,基站侧天线数以及小区内用户数目的增加,导致信道状态信息的获取及准确性成为关键性问题。
在现有的移动通信系统中,主要存在时分双工(TDD)和频分双工(FDD)两种双工模式。

3.FDD中CSI的获取
当系统采用FDD模式时,上下行所需要的CSI是不同的。基站侧进行的上行信道估计需要所有用户发送不同的导频序列,此时上行导频传输需要的资源与天线的数目无关。然而,下行信道获取CSI时,需要采用两阶段的传输过程:第一阶段,基站先向所有用户传输导频符号,第二阶段,用户向基站反馈估计到的全部或者部分的CSI,此时传输下行导频符号所需要的资源与基站侧天线数目成正比。当采用Massive MIMO系统,基站侧天线数目增加大大增加了CSI获取时占用的资源量。
在Massive MIMO系统中,系统所需的反馈信息量随着天线数目的增加成正比例增长,由此引发的系统反馈幵销增加以及反馈信息的准确性及时性降低已经成为FDD双工模式发展的瓶颈。因此,针对Massive MIMO系统FDD模式,最关键的问题,在于降低数据传输中反馈占用的资源量。

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发表于 2021-8-30 10:09:15 | 显示全部楼层 来自 广东省深圳市
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发表于 2021-9-1 00:05:27 | 显示全部楼层 来自 北京市
谢谢分享
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发表于 2021-10-21 10:51:45 | 显示全部楼层 来自 北京市
good good study, up up everyday.
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发表于 2022-10-24 00:28:50 | 显示全部楼层 来自 上海市
It's a very good learning opportunity. I want to learn more. Thanks for sharing and help.TKS.
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