超大规模MIMO技术研究报告（第二版）

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超大规模MIMO技术研究报告（第二版）

超大规模 MIMO 在大规模 MIMO 基础上的进一步演进。通过部署超大规模的天线阵列，应用新材料，引入新的工具，超大规模 MIMO 技术可以获得更高的频谱效率、更广更灵活的网络覆盖、更高的定位精度、更高的能量效率等。

随着天线和芯片集成度的不断提升，天线阵列的规模将持续增大。天线规模的进一步扩展将提供具有极高空间分辨率和处理增益的空间波束，提高网络的多用户复用能力和干扰抑制能力，从而成倍提高频谱效率。超大规模 MIMO 具备在三维空间内进行波束调整的能力，从而在提供地面覆盖之外，还可以提供非地面覆盖，如覆盖无人机、民航客机甚至低轨卫星等。随着新材料技术的发展，超大规模 MIMO 将与环境更好的融合，网络的覆盖和多用户容量等都可以大幅度提高。超大规模天线阵列具有极高的空间分辨能力，不仅可以在复杂的无线通信环境中提高定位精度，实现精准的三维定位，还可以获得目标的空间姿态信息，在依赖于高精度位置信息的应用中至关重要。

分布式超大规模 MIMO 技术将 MIMO 技术和分布式系统有机结合起来，利于构造超大规模的天线阵列，有望提供更高的空间分辨率和频谱效率。分布式超大规模 MIMO 网络架构趋近于无定形网络，传输方式也将由以网络为中心转变为以用户为中心，实现均匀一致的用户体验。此外，分布式超大规模 MIMO 可以拉近网络节点和用户间的距离，有效降低系统的能耗。实现分布式超大规模MIMO 首先要解决部署问题，即如何低成本、可实用的部署。其次要解决节点间信息实时交互和时频同步的问题。

由于超大的天线规模，超大规模 MIMO 的信道呈现出新的特点，即近场和非平稳特性，为更准确的评估超大规模 MIMO 系统性能，需要研究近场和非平稳特性下的超大规模 MIMO 信道建模。波束管理、发射端预处理和信道状态信息反馈等也因为天线规模的增加而变得更加挑战。利用高频段信道的稀疏特性以及终端的移动特性，波束管理的开销得以压缩。借鉴全息技术的原理，全息 MIMO提供了一种实现逼近空间受限 MIMO 容量极限的技术方案。信道状态信息获取方面则需要探索新型的反馈量，以缓解开销与精度之间的矛盾。

超大规模 MIMO 技术中引入人工智能技术将有助于充分发挥超大规模 MIMO 技术的潜力。在未来的通信系统中，超大规模 MIMO 有可能在多个环节实现智能化，如信道探测、波束管理、预处理、多用户检测与调度、信号处理与信道状态信息反馈等，从而使超大规模 MIMO 系统更加高效和智能。如何满足实时性要求以及获取训练数据是人工智能与超大规模 MIMO 结合需要解决的问题。超大规模 MIMO 系统期望将规模扩展到上千单元以便通过提升波束空间分辨能力和波束增益来进一步增强多用户 MIMO 能力、提高无线通信系统的频谱效率。仅仅通过增加通道数来实现超大规模 MIMO 系统的话，上千射频通道对系统的成本和功耗提出了巨大的挑战。降低超大规模阵列的成本和功耗可从应用新型材料、新构造方式和阵列优化等几个方面入手。智能超表面和平面透射阵列相控阵可有效降低功耗，但同时也带来了波束管理和信道状态信息获取上的技术挑战。稀疏化阵列技术通过对阵列的优化设计，减少天线单元数的同时实现高增益、高空间分辨率的波束辐射和扫描。阵列稀疏化之后，在均匀阵列假设下设计的码本将不再适用，需要研究适合任意阵列形态的码本。

超大规模MIMO技术在网络实际部署中面临的众多挑战之一是能耗及能效问题。面向6G网络，需要聚焦时、频、空等多个维度的节能方案，尽可能的降低超大规模 MIMO 系统的能耗，以助力超大规模 MIMO 系统的规模部署。此外，在研究节能方案的同时，也要关注相关方案对用户体验的影响，需要在用户体验和系统能耗之间找到合适、合理的平衡点。

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2024-3-19 14:51 上传

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