Massive MIMO天线技术面临的挑战

发布人:红松小e 发布时间:2020-08-19 14:06:02

Massive MIMO的优势都是显而易见的, Massive MIMO具有众多非常突出的特性,尤其是在提高系统容量、降低功耗及提髙系统可靠性方面。然而,以上这些优点不能兼而有之, Massive MIMO也存在一些比较突出的问题,如对信道信息有效的测量及估计依赖较多等。具体来说, Massive MIMO面临的挑战可以分为以下3个方面。

Massive MIMO天线技术面临的挑战

 

(1)信道的互易性问题
 

Massive MIMO通信系统对于信道互易性的依赖很强。信道互易性指的是基站和用户终端之间信道的测量结果符合可逆的原则。一般而言,这种设定在于基站那端具有优良的数据处理能力,而终端则一般不具备这种能力。在基站侧进行信道估计的时候,基站和用户会提前约定发射的符号,这便是导频符号,基站端通过导频符号采用一定准则估计出信道状态信息。上下行信道的互易性粗看起来似乎是一合乎情理的设定,然而,在基站侧和用户端,天线阵子的工作情况不同会导致上行性链路不能完全保证一致。在某些情况下,信道的互易性可能会遭到很严重的破坏当信道的互易性不能完全保证的时候,对信道进行上下行的校准就变得尤为重要了。
 

(2)导频污染问题
 

Massive MIMO系统中信道估计往往依赖对导频信号的估计,每个用户终端都需要—组特定的导频序列,用户之间的导频序列最好正交以保证用户之间不会造成千扰,这样基站在接收来自服务用户的导频信号时,即使同时接收到了来自其他小区用户的导频序列,由于所有用户都采用不同的导频序列,所以依然可以很好地解析出期望的用户信息。然而,这种情况很难在实际系统中岀现,一般来说,信道时延扩展决定了相干时间长度,导频序列的个数不能超过相干时间长度。在实际的多小区多用户系统中,每个小区都有大量的用户终端,但是正交性的导频序列个数有限,不能保证本小区及邻小区用户都采用不同的导频序列。在基站端天线数目很大的时候,基站端能够服务的用户数更多,需要估计的信道信息更多,这意味着需要更多的导频序列来进行信道估计,这无疑加重了导频污染的情况。在导频序列不足的情况下,不可避免的一种情况是本小区的某个用户和邻小区的某个用户会采用同导频序列,在基站段进行信道估计时将会经受额外的邻小区导频千扰,这种问题为导频污染问题。具体地说,接收端试图解调出某个用户终端发岀的导频信号时,同时也接收到了其他小区某用户终端采用同一导频序列的导频信号,信道估计的误差将会增大。导频污染的示意如图所示。

导污染示意图

 

从图中可以看出,基站端进行导频估计的时候,基站端期望接收的信号是来自用户的导频信号,但是不可避免地接收到了邻小区其他用户的导频信息,而由于导频序列有限,邻小区用户很可能使用了与该用户一样的导频序列。采用导频的信道估计质量受到严重影响。信道估计由于有导频污染问题,使用估计岀的信道进行下行波束赋形信号传输时,将会对使用同一导频序列的用户终端产生直接的干扰,由于信道的互易性,上行的信号传输也会有类似的干扰问题。需要特别指出的是,这种导频污染产生的干扰会随着基站端天线的增加而增加。另外,即使采用了不同的导频序列,如果导频序列之间的相关性较高的话,干扰问题仍然存在。
 

(3)无线传播及信道响应正交性问题
 

Massive MIMO系统在很大程度上依赖良好的无线传播环境,基站天线与多个用户终端之间的信道响应要有足够的区分度以保证信道响应之间近似具有正交性。
 

在硏究一个实际的 Massive MIMO系统的性能时,信道测量是—个不可缺失的过程,且信道测量必须基于天线阵子,这点与常规MMO系统有几点不同。首先, Massive MIMO系统的天线足够多,其最大的可能间距也会较大,这会导致不同的天线阵子对应的大尺度衰落会有所不同。再者,不同天线阵子对应的小尺度衰落统计特性也可能不同。常规MIMO系统当然也有这些问题,然而在 Massive MIMO系统中,这种问题更加突出。

红松