试论5G通信中的大规模MIMO技术

试论5G通信中的大规模MIMO技术

刘子谦

中睿通信规划设计有限公司广东省广州市510630

摘要：社会的进一步发展，促使各种尖端技术进一步创新，为了满足人们日益增长的网络需求，5G通信技术被发明，并且已经在我国部分城市中进行试验性应用。基于此，本文立足于通信技术角度，分析了5G通信应用到的MIMO技术，以及MIMO技术内部的相关技术。希望本文以下内容的论述可以促进我国通信事业进一步发展。

关键词：信道估计；天线技术；MIMO技术

引言

通信技术的发展历程可以从“G”时代的发展阶段进行分析，最早期接触到的是2G，随后出现了3G以及4G，在4G时代下各种类型移动通信设备，让网络接入数量进一步增加，为了解决此种问题，5G通信中融合了MIMO技术，并且取得了良好的效果。因此，对5G通信中的大规模MIMO技术研究有着鲜明的现实意义。

一、MIMO的概念和发展历程

1.1MIMO的概念

MIMO其实是一种特殊的数学模型，此类模型在实际建设过程中，主要是应用天线进行信号的接收与传递，在应用过程中可以进一步降低误码率，并且对于能量效率的提升也有显著的作用。

1.2MIMO的发展历程

MIMO在近几年的发展过程中，取得了极大的进步，通过分析其具体应用情况，可以将其发展历程总结为以下几阶段：①单用户MIMO技术。这种类型的技术应用，大致可以认为是一种点对点的通信方式，在信息的发射端以及用户之间会应用多条天线实现信息传递，但是此种传输方式存在一定限制，用户与用户之间的干扰较为强烈，这在极大程度上降低了用户体验，并不适合多用户发展背景。②多用户MIMO技术。此类技术在实际发展过程中增加了一个中间连接点，此连接点就是基站。基站在实际应用过程中可以同时服务多个终端以及用户。但是此种技术应用中，区域内的干扰较为剧烈。③大规模MIMO技术。大规模MIMO无线通信在基站的有效区域内配备数百十根以上天线，这些天线以大规模阵列的形式集中放置。大规模MIMO技术通过增加基站天线数在多小区中对多个单天线用户进行传输，充分利用无线资源，显著提高频谱效率，是现在发展移动无线通信的重要技术。

二、大规模MIMO技术分析

2.1信道估计

对于MIMO技术而言，在实际发挥作用过程中，需要信道估计的帮助才能完成针对性检测、自适应传输以及信号均衡等内容。可以说信道估计是MIMO技术的基础所在，也是先决条件。立足于现阶段的通信网络应用基本情况而言，无论是噪音干扰，或者是人流方向等因素，都存在十分鲜明的随机性，这就导致网络信号的干扰存在不确定性。在5G通信背景下，为了解决以上类型的问题，就需要对MIMO技术当中的信道估计进行合理规划，让技术应用可以更加贴合实际，发挥技术具有的最大优势。

现阶段，MIMO技术当中的信道估计技术应用情况较为乐观，内部很多组成部分都可以与信道技术相互融合，常见的几种类型有：①导频应用背景下的信道估计。此种信道估计的相关计算原理主要是应用导频信号实现，应用过程中，会将导频信号融合到传输信号当中，然后应用冗余的计算方法对信道进行科学、合理、准确的估计。此种应用方法具有计简便、计算过程容易实现等特点，在现阶段的时变信道中应用较为广泛。但是此种方法在实际计算过程中涉及到的导频信号数量十分巨大，所以在信号传递过程中，无法有效的避免导频污染。②盲信道估计。此种类型的算法作用原理主要是依托于网路信号所具有的具体特性进行信道估计，在发挥作用时并没有应用到导频，这样就可以降低导频污染的影响。但是此种类型的计算方法无法实现复杂内容的计算，所以很难在实际工程中进行广泛应用。③半盲信道估计。此种类型的信道估计计算方法，是建立在以上两种技术基础之上的一种，可以很好的结合以上两者优点，并且还可以减少相应的缺点。

2.2信道模型与系统性能分析

想要进一步完成无线通信传输系统的创新设计，就需要从信道模型以及相关的系统性能角度进行分析，因为二者是实现无线通信传输的基础所在。立足于MIMO技术考虑，为了达到增强信道空间面积以及信道分辨效率，可以采取增加天线数量的方法来实现。虽然此种方法较为直接，设计成本以及施工成本都在可控范围内，但是仍然需要注意，现阶段通信领域对于MIMO技术的定义为IID，也就是将原有信道类型规定为独立同分布信道，并且需要在此基础之上进行研究。此种研究方法其实是一种理想状态，经过多次试验测试以及分析最终得出，MIMO技术信道不能与IID信道进行“等号”连接，并且如果将大量的信道信息全部集中在一个固定的范围内，将会对信号的分析以及传输造成明显影响。这就要求MIMO技术的应用应该集合实际应用环境，通过合理的测量与分析建立信道模型。

2.3天线技术

当大规模类型的MIMO技术在进行应用时，为了达到某种特定的传递目的，会在一个基站当中设置几十条或者是上百条的天线，因此对于MIMO技术而言，天线的配置工作十分重要，不同的配置方法，最终所形成的模型也不相同。通常情况下，天线的配置方式主要有以下两种类型：一种是集中式配置方法，简单的来说就是将所有的天线，全部集中在一个基站当中的配置形式。另一种是分布式配置方法，所谓的分布式配置方法其实就是将所应用的天线，按照事先规定的连接方法，连接在多个不同节点之上。通过对以上两种配置方法的具体应用形式进行分析可以发现，二者共同点在于都是应用诸多的天线实现对空间无线资源的挖掘，最终提升通信系统的传递效率以及质量。

如果在一个空间当中，布置大量的天线，则信息处理的实际需求以及计算需求都会逐渐降低，同时系统内部的线性编码设备以及相关的检测设备，将会在此种工作环境当中达到最优工作状态，并且信号干扰以及基站密度也会随之降低，进一步完善了通信空间资源的合理、科学、高效应用。

2.4多用户传输技术

就目前MIMO技术的应用情况而言，因为技术内容并不是足够完善，所以对于用户端以及基站中的信息而言，无法抓捕到信息传输的瞬时状态，现阶段应用到的MIMO系统，其内部设定的传输方案，是bell实验室最初提出的一种初级处理方案。简单的来说就是应用TDD系统或者是链路正交导频技术实现信道参数的计算以及上下行链路互易性。但是通过多次试验研究发现，此种方法存在一定的局限性，无法保证进信息传递过程中的鲁棒性。产生此种问题的原因在于，单个用户在日常使用过程中只会安装一条天线，此种情况下，频谱效率会逐渐降低。此外，MIMO技术还会面临预编码传输以及FDD系统适用性等问题，所以MIMO技术的应用仍然需要不断完善。

三、结论

综上所述，5G时代已经悄然而来，相信在不久之后，5G通信就可以在人们的生产以及生活中发挥更加重要的作用，而大规模MIMO技术作为其中的重要组成部分，可以说为5G通信打开了新时代大门，但是需要注意，MIMO技术的应用仍然处于初级阶段，应该通过合理的试验与研究进一步完善技术应用。

参考文献

[1]贺广龙,梁万园,黄开莉,刘曾怡.3DMIMO技术在TD-LTE商用网络中的应用比较研究[J].电信工程技术与标准化,2018,31(08):88-91.

[2]庞玥.5G通信中增强物理层安全毫米波通信技术与大规模MIMO技术的分析[J].中国新通信,2018,20(08):11-12.