大规模天线的基本原理

　　（1）当基站侧天线数远大于用户天线数时，基站到各个用户的信道将趋于正交。

　　（2）用户间干扰将趋于消失，而巨大的阵列增益将能够有效地提升每个用户的信噪比，从而能够在相同的时频资源共同调度更多用户。

　　具体来说，大规模MIMO技术依赖于基站侧所有天线的相位相干和计算简化的信号处理。相比4G系统MIMO，5G大规模MIMO可以提升至少10倍的信道容量，同时可以提高近100倍的辐射能量效率。容量的提升得益于大规模MIMO的高效空分复用。由于采用了大量的天线阵元，辐射能量根据波的相干叠加特性，高度集中在一个空间内的很小区域，使得辐射能量效率大幅提升。通过对发射信号的“赋形”，基站端可以确保所有的波前端叠加后共同辐射到期望终端，而不是无目的（随机）地辐射到其它地方。如图1所示，大规模MIMO提供了更强的定向能力和赋形能力，这种能力既能增加了系统容量，又能增强小区覆盖和网络的抗干扰能。

　　

　　在大规模MIMO系统中，基站配置大量的天线数目通常有几十、几百甚至几千根，是现有MIMO系统天线数目的1~2个数量级以上，而基站所服务的用户设备（User　Equipment，UE）数目远少于基站天线数目；基站利用同一个时频资源同时服务若干个UE，充分发掘系统的空间自由度。从而增强了基站同时接收和发送多路不同信号的能力，大大提高了频谱利用率、数据传输的稳定性和可靠性。图2所示，大规模MIMO天线在空间形成很多通道，如果对这些空间信道进行科学合理的处理与应用，就可以利用相同的时频资源同时传输多路甚至上百路的数据，从而极大的提高了小区吞吐量和资源利用率。

　　

　　大规模MIMO天线信道容量的本质就等效于多个正交并行子信道，因此大规模MIMO天线主要就是对空间信道进行分析处理。根据信道处理得到大规模MIMO天线容量：

　　

　　大规模MIMO天线空间信道经过信道处理信号处理后，分别会得到如图4所示的大规模MIMO天线的阵列增益、抗衰落的分集增益、抗干扰的赋形增益和提升容量的空间复用增益。