對更好的移動寬帶體驗的需求的持續(xù)增長推動了無線通信技術的發(fā)展。5G作為新一代無線網(wǎng)絡的設想是實現(xiàn)顯著更快的數(shù)據(jù)速度、超低時延和數(shù)十億連接設備的目標。5G使用場景涵蓋了一系列情況，包括廣域覆蓋和熱點，每種情況都有其不同的需求。此外，還包括從低于6GHz到100GHz的新頻譜，以應對數(shù)據(jù)量爆炸性增長的挑戰(zhàn)。MIMO和協(xié)調多點（CoMP：coordinated multi-point）傳輸技術在LTE/LTE-A中發(fā)揮著重要作用。在5G NR時代，大規(guī)模MIMO對于滿足市場和移動通信社會對數(shù)據(jù)速率和頻譜效率的不斷增長的要求，尤其是針對更廣泛的頻譜和各種場景，具有持續(xù)重要的意義。此外，與LTE/LTE-A不同，當UE移動時，網(wǎng)絡側可以動態(tài)確定跟隨UE的最優(yōu)服務TRP集。大規(guī)模MIMO和多TRP協(xié)調的結合正成為解決TRP協(xié)調問題和改善NR中用戶體驗的關鍵技術。

NR eMBB的典型部署場景包括室內熱點、密集城市、農村、城區(qū)和高速。對于不同的場景，還確定了數(shù)據(jù)速率、頻譜效率和覆蓋率方面的KPI。使用大規(guī)模MIMO，性能提升和增強包括：

• 數(shù)據(jù)速率增強

在NR的典型情況下（即密集的城市、城區(qū)），通常需要非常高的區(qū)域業(yè)務容量。使用大量天線陣列實現(xiàn)大規(guī)模MIMO是一種能夠通過SU MIMO和MU MIMO的方式提高容量的技術。城區(qū)場景通常是豐富的分散環(huán)境，當在TRP和UE中部署大規(guī)模天線陣列時，SU MIMO的空域流數(shù)量可以增加。因此，可以提高SU MIMO吞吐量性能（即峰值數(shù)據(jù)速率和峰值頻譜效率）。

另一方面，由于密集場景中UE的密度非常高，因此增加MU MIMO維度有利于充分利用空間復用能力。然而，當UE密集分布時，在空域中區(qū)分UE并增加MU配對用戶的數(shù)量將是具有挑戰(zhàn)性的。大規(guī)模MIMO可以提高空域分辨率，因為較窄的波束為MU配對提供了更多的自由度。

• 覆蓋范圍增強

特別是當載波頻率增加時，覆蓋增強是非常需要的。初步鏈路預算分析表明，2GHz和4GHz之間在覆蓋范圍方面存在較大差距，例如，接收信號強度的差異約為26dB。大規(guī)模MIMO可以利用大規(guī)模天線陣列提供波束賦形增益來補償傳播損耗，以提高覆蓋率。

• 能源效率

幾十年來，在無線通信系統(tǒng)的設計中一直追求頻譜效率（SE：Spectral efficiency）。然而，運營商更注重能源效率，以降低運營成本。能量效率（EE：Energy efficiency）定義為總數(shù)據(jù)速率除以發(fā)射功率。

基于極低成本和低功率RF放大器的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)預計將更節(jié)能，因為由于陣列增益和多用戶復用增益大，發(fā)射功率可以顯著降低。對于配備M個天線的TRP，為了實現(xiàn)與單個天線系統(tǒng)相同的總速率，如果TRP完美CSI可用，則發(fā)射功率按比例降低至TRP所需功率的1/M。因此，從能量效率的角度來看，大規(guī)模MIMO系統(tǒng)是有益的。

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TRP處的大規(guī)模MIMO可設計為具有多達256個天線元件，以實現(xiàn)高波束賦形增益和復用增益。前者提高了信令/數(shù)據(jù)面覆蓋率，后者提高了數(shù)據(jù)吞吐量。對于數(shù)據(jù)面，大規(guī)模MIMO有兩個關鍵過程：一個是影響TRP可用空間維度程度的信道測量過程；另一個是確定從TRP到UE的數(shù)據(jù)傳輸能力的數(shù)據(jù)傳輸和解調過程。因此，與大規(guī)模MIMO尺寸相關的以下方面，如CSI測量的天線端口數(shù)、MU-MIMO的傳輸層總數(shù)和SU-MIMO傳輸層數(shù)，都是重要的規(guī)范方面。

還期望增加UE接收天線數(shù)量以改善接收SINR和空間復用的程度。隨著硬件技術的發(fā)展，最小UE接收天線數(shù)為4的情況越來越流行。作為5G終端，在設計新的空口時應考慮更多的UE接收天線。在全數(shù)字波束賦形中，每個天線單元都需要一個不同的射頻鏈。然而，對于大規(guī)模MIMO，它將導致高昂的成本和功耗?；旌喜ㄊx形結構可以減少RF鏈的數(shù)量，以節(jié)省成本和功耗?；旌喜ㄊx形的總體架構包括使用移相器的模擬RF波束賦形和減小尺寸的基帶數(shù)字波束賦形。

模擬波束賦形需要波束切換操作的斜坡下降時間，在模擬波束切換時間期間，數(shù)據(jù)傳輸和接收不可用。幀結構設計應考慮到這一點：需要空CP或保護時間。這也將影響數(shù)據(jù)通道中的數(shù)據(jù)速率匹配。

為了充分利用大規(guī)模MIMO的空分復用增益和陣列增益，了解發(fā)射機的信道狀態(tài)信息至關重要。在TDD系統(tǒng)中，CSI可以通過使用sounding來利用信道互易性來獲得。在FDD系統(tǒng)中，CSI必須通過UE測量和報告獲得。與傳統(tǒng)的MIMO系統(tǒng)相比，由于信道尺寸巨大，在大規(guī)模MIMO中，信道捕獲問題更具挑戰(zhàn)性。

如LTE中所知，為了充分利用大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的空間自由度，CSI測量的天線端口數(shù)量應盡可能多。然而，僅僅增加天線端口的數(shù)量就需要相應的RS和CSI報告設計，從而導致高復雜性和開銷問題。因此，天線端口數(shù)量的選擇應考慮性能和復雜度/開銷之間的權衡，有效降低空間維數(shù)的傳輸策略需要進一步研究。為了支持適度數(shù)量的天線端口，波束賦形RS是大規(guī)模MIMO的一種自然演進路徑。此外，混合非預編碼和波束賦形RS可能是另一種有前途的方法，也是值得研究的。

CSI的準確度顯著影響了從大量天線中可以真正獲得多少好處。因此，碼本的設計應該考慮性能和反饋開銷。例如，可以采用基擴展的概念以具有魯棒的碼本設計。就碼本大小而言，毫無疑問，最好盡可能大，然而，存儲、搜索大規(guī)模碼本以及巨大的反饋開銷使其不可行。為了降低這些要求，可以考慮使用高級矢量量化方法來搜索最佳CSI量化。另一個值得研究的方面是干擾測量。為了實現(xiàn)比LTE更好的鏈路自適應，可以在5G中研究特定的UE行為和適當?shù)母蓴_測量參考信號。

分布式大規(guī)模MIMO的目標是獲得傳統(tǒng)分布式MIMO在更大范圍內的所有好處。作為一種分布式MIMO技術，CoMP被引入到LTE-A中，作為一種工具，用于提高高數(shù)據(jù)速率的覆蓋率、小區(qū)邊緣吞吐量，以及提高系統(tǒng)吞吐量。

對于Rel-11 下行CoMP，范圍[-0.5，2]內的定時偏移的UE性能要求目前是該范圍外傳輸點之間可行協(xié)調的限制因素。由于各種部署場景、信道狀態(tài)等，定時偏移很可能超出所需范圍。隨著UE接收能力的增強，這種限制可能會被放寬甚至不需要。通過這種靈活性，預計可以以協(xié)調的方式利用更多的分布式TP，并形成分布式大規(guī)模MIMO，共同帶來數(shù)據(jù)速率和系統(tǒng)吞吐量的巨大改善。

此外，在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，波束寬度變得更窄，從而提供更精細的波束賦形。在這種情況下，多點協(xié)調演變?yōu)橐环N波束定向協(xié)調。通過這種傳輸，小區(qū)中任何地方的UE，甚至對于那些小區(qū)邊緣UE，都可以由來自不同TP的多個定向波束來服務，并體驗無處不在的高數(shù)據(jù)速率。此外，波束間干擾將成為需要關注的一個重要問題，因為它會影響波束定向協(xié)調傳輸真正能夠實現(xiàn)的性能增益。因此，如何協(xié)調和調度大量的分布式波束以抑制波束間干擾是一個值得研究的問題。