5G MM 那些事

时间：10-02 整理：3721RD 点击：

最近发现，好多地方挂上了MM...

有略施粉黛的...

也有素颜的...

此MM非彼MM，她叫Massive MIMO，简称MM。Massive MIMO作为5G的关键技术之一，在4.5G时代已先行。

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要了解MM，先从MIMO说起。

MIMO（Multiple-Input Multiple-Output），指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收。

与之相对应的概念有SISO、SIMO、MISO， SISO（Single Input Single Output）即单输入单输出系统，采用单根发射天线和单根接收天线。

它们区别就是：

SISO就是一个人说（发射天线），另一个听（接收天线）；

SIMO就是一个人说，几个人听；

MISO就是几个人说，一个人听；

MIMO就是几个人说，几个人听。

为啥无线通信中要采用MIMO技术呢？

假设老王向他女朋友求婚，说“嫁给我”，这是SISO...

如果两人在一个安静的餐厅相对而坐，距离很近，他女朋友一定能听得清清楚楚。

但是，如果老王选择求婚的地方是吵闹的酒吧呢？

老王的女朋友根本听不清楚老王在说啥。

还好，老王是干通信的，突然想起了MIMO原理，叫来几个兄弟帮他一起喊....

几个人同时在酒吧里高喊“嫁给我吧”，妹子终于听清了，老王求婚成功。

这就是MIMO的工作原理，采用空间复用和分集技术，在发射端部署多根天线，通过不同的路径传送相同的信号，然后在接收端对信号进行合并，从而在较差的无线环境下（高链路损耗和干扰）提升信噪比（SNR），提升系统容量和频谱效率。

老王和他的兄弟们就像是多根天线，酒吧就是一个复杂的无线环境。

既然多部署几根天线就能提升容量，那么在基站部署大量天线同时服务多个终端不是可进一步提升容量和效率？

2010年，贝尔实验室的Thomas L. Marzetta发表了一篇论文《Noncooperative Cellular Wireless with Unlimited Numbers of Base Station Antennas》。

在文中，Marzetta发现当基站天线数趋近于无穷时，采用简单的线性预编码就可以减小或者消除小区内干扰、小区间干扰、信道估计误差以及噪声的影响，从而达到最佳系统性能。

Massive MIMO这一概念就诞生了。掐指一算，MM今年才7岁。

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Marzetta提出的简单线性预编码非常重要，因为之前在多天线MIMO系统中，为了消除或减少干扰，通常采用非线性技术和复杂的预编码方案，这需要很高的计算复杂度，很难应用于实际。

Marzetta认为，在Massive MIMO系统中，常用的低复杂度线性信号检测和预编码技术是实用候选方案，例如最大比合并（MRC）、最大比发送（MRT）、迫零（ZF）、正则化迫零（RZF）、最小均方误差等。

自此，简单的线性信号处理算法成为研究热点。

在Massive MIMO中，CSI（Channel States Information，信道状态信息）很重要。

空间复用是指不同的天线发送信号，然后在接收端进行信号合并，因此，需要知道不同信道到达接收端的途中都经历了什么，也就是说系统得清楚每一根基站天线与终端之间的衰减、相移等情况，这些信息就是CSI。

关于CSI，有一个很有趣的比喻。我们把基站的天线想象成一个气球，而手机终端是一个录音器。现在，有个熊孩子在基站上用针戳破了气球，发出"啪"的一声，“啪”声会经过各种路径（建筑物反射和直接传播等）到达录音器，然后录音器就记录下声音，从而得到声音传播的衰减和延迟。

在Massive MIMO系统，基站多天线服务多个终端，系统处于“中心基站－分散终端”的工作模式，信号传输发生在基站和各个用户之间，各个终端之间无法通信，彼此之间的信道情况和发送信息一无所知，因此，基站需要收集所有终端的CSI（Channel States Information，信道状态信息）来进行预编码和调度，将用户信号进行有效分离，从而对抗用户间的干扰。

在FDD系统中，基站向终端发送导频信号，终端将CSI反馈给基站。