大规模 MIMO 能有效提高数据传输速率，加强链路的可靠性，并在满足更高 数据吞吐量需求的同时，使无线通信系统的服务质量(quality of service, QoS )显 著提高。大规模 MIMO 技术能够使频谱效率提高 10 至 100 倍，同时也能使能源 效率(energy effciency, EE)提升 1000 倍。

2。1。2 大规模 MIMO 无线通信基本特征

在基站涵盖区域内放置数十根到数百根以上的天线，天线数量是现有 MIMO 系统的 10 至 100 倍。这个情况下，基站天线数目远大于所服务的用户设备(User equipment, UE)数目；为了使系统空间自由度得到充分利用，基站在同一时刻， 同一个时频资源上，服务多个 UE。这些天线若是在一个基站上集中放置，那就 是集中式大规模 MIMO；如果是在多个节点上分布式放置，就称作分布式大规模 MIMO。

集中式和分布式各有各的优缺点。集中式大规模 MIMO 系统所有的天线集 中放置在一个地方，不占用多处位置，而分布式的弊端就在于占用多地安置天线。 所有天线集中在一处，满足数据汇总时对同步的要求。分布式大规模 MIMO 系 统的多个传输信道相对独立，信道之间的相关性较低，而集中式天线配置就会造 成信道之间相关性过强。分布式大规模 MIMO 系统通过天线的分布安置相比于 集中式能使覆盖范围更大。基站天线的布局也多式多样，有线阵、面阵和圆柱形 天线布局等。相比而言，圆柱形天线布局占用空间最少。

基站大规模天线提供了空间自由度，分布在小区内的多个用户能同时在同一 时频资源上与基站通信，复用了频谱资源，大幅度提高频谱利用率[18]。

2。1。3 大规模 MIMO 的主要技术

在频分双工 MIMO 系统中，用户设备先对下行信道进行估计，然后将估计出 的信道的量化码本的索引通过有限带宽的反馈链路反馈到基站，基站通过获得的 CSI(serial interference cancellation )计算下行链路的波束赋形向量，运用波束赋形 抑制干扰，提高系统的传输性能[19]。用于下行信道估计的导频开销和基站的天线 数成正比，同时，为了使用户设备能区分不同发射天线的不同信道，并有效地估 计信道，基站的各个发送天线的导频必须相互正交，因此当基站天线数目庞大时， 比如大规模 MIMO 的情况，FDD 系统将出现以下问题：

（1）导频数量太大，系统的时频资源有限，无法提供数目巨大的正交导频；

（2）对用户而言，待估计的信道数目大幅度增加，对用户设备而言是沉重的负 担，将迅速消耗用户设备的电量；

（3）用户设备估计出如此大量的信道并反馈到基站时，系统开销不足以满足过 多的反馈信息。

因此，一开始在研究大规模 MIMO 系统时，通常采用时分双工而非 FDD。 TDD 能很好地利用上行链路和下行链路的信道互易性，通过对上行信道估计来 获得下行信号传输的波束成形所需的 CSI。这样，基站天线数目的增大不会使用 户发送的导频数增加。同时，信道估计运算虽然复杂，但是只在基站上完成，对 用户不会产生影响。

2。1。4 优点

大规模 MIMO 技术是基于对基站所有天线发出的信号进行相位相干但处理

非常简单的技术。大规模 MIMO 系统的一些具体的优点如下：

⑴大规模 MIMO 能够显著提高容量 10 倍或更多，同时能够提升现有的辐射能效

100 倍。

容量的提升是来自大规模 MIMO 中的空分复用，能效能够提升的可能性在 于，有大量的天线后，能量可以集中发送到空间中很小的区域。大规模 MIMO 的整体谱效仍可比传统 MIMO 高出 10 余倍的原因是，许多终端在相同的时频资 源中同时被服务。当工作在 1 比特每维度每终端的区域，有足够的证据可以表明 符号间干扰可以被看作是附加的热噪声，因此 OFDM 可以被应用来对抗符号间 干扰。