陽(yáng) 析，金 石

（東南大學(xué)移動(dòng)通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京210096）

1 引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)種類的日漸豐富，智能終端數(shù)量的持續(xù)爆炸式增長(zhǎng)，人們對(duì)移動(dòng)通信數(shù)據(jù)傳輸速率以及服務(wù)質(zhì)量的需求不斷提高。為適應(yīng)寬帶信息服務(wù)向移動(dòng)終端延展的需要，移動(dòng)通信系統(tǒng)要求能夠支持高達(dá)每秒數(shù)百兆甚至吉比特的高速分組數(shù)據(jù)傳輸，在無(wú)線資源日趨緊張的情況下，采用多天線發(fā)送和多天線接收（multiple-input multiple-output，MIMO）的無(wú)線傳輸技術(shù)，可以充分挖掘利用空間無(wú)線資源，提高頻譜利用率和功率效率，因而MIMO無(wú)線傳輸技術(shù)成為3GPP LTE（3rd Generation Partnership Project long term evolution，第三代合作伙伴計(jì)劃長(zhǎng)期演進(jìn)）的關(guān)鍵技術(shù)[1]。此后，為進(jìn)一步提高頻譜效率，改善小區(qū)邊緣性能，提升系統(tǒng)容量，3GPP組織在2011年3月發(fā)布的R10版本即LTEAdvanced（以下簡(jiǎn)稱LTE-A）中引入了載波聚合和更先進(jìn)的天線技術(shù)，系統(tǒng)在基站側(cè)最多可支持8個(gè)天線端口用于數(shù)據(jù)的傳輸[2]。

然而，LTE系統(tǒng)的可達(dá)頻譜效率和小區(qū)邊緣頻譜效率仍然較低，并不能滿足迅猛發(fā)展的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)與業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求，由此，對(duì)5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究應(yīng)運(yùn)而生。其中，最早由Marzetta提出的采用大規(guī)模天線陣列的大規(guī)模MIMO無(wú)線傳輸技術(shù)成為5G無(wú)線通信的研究熱點(diǎn)[3]。大規(guī)模MIMO（又名massive MIMO,large-scale antenna system,very large MIMO）是利用基站側(cè)配置的大規(guī)模天線陣列服務(wù)小區(qū)中若干用戶的MIMO系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)[3～6]的研究表明：當(dāng)天線數(shù)目趨于無(wú)窮大時(shí)，大規(guī)模MIMO能夠有效提高空間分辨率，削弱快衰落、非相關(guān)噪聲的影響，使空間資源能夠進(jìn)一步劃分，可以采用空分多址（space division multiple access,SDMA）的復(fù)用方式，增加同時(shí)調(diào)度與服務(wù)的用戶個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)多用戶（multiple user,MU）傳輸，提高系統(tǒng)容量。

通過在基站側(cè)配置大規(guī)模天線陣列，且基站側(cè)天線數(shù)遠(yuǎn)多于同時(shí)服務(wù)的用戶天線數(shù)，相比于傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)，大規(guī)模MIMO系統(tǒng)可獲得以下增益。

·更高的數(shù)據(jù)傳輸速率：一般來說，在傳播環(huán)境良好的情況下，配置的天線數(shù)越多，可同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流數(shù)越多，可同時(shí)服務(wù)的用戶數(shù)也越多，由于基站側(cè)配置了大規(guī)模天線陣列，因而可以支持傳輸更多的數(shù)據(jù)流和服務(wù)更多的用戶，獲得更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。

·更高的可靠性：由于基站側(cè)配置了大規(guī)模天線陣列，天線的有效孔徑增大，可以接收到更多從周圍環(huán)境中折射或散射過來的徑，從而增加了接收信號(hào)的分集度，通信的可靠性得到加強(qiáng)。

·更高的功率利用率和更少的干擾：大規(guī)模天線陣列的使用可以增強(qiáng)系統(tǒng)的空間分辨力，當(dāng)基站側(cè)探知目標(biāo)用戶的大致位置方位時(shí)，可以更具有指向性地發(fā)送信號(hào)，使得在節(jié)省發(fā)送信號(hào)功率的同時(shí)減少對(duì)其他用戶的干擾。

由上文可知，大規(guī)模MIMO技術(shù)成為下一代無(wú)線通信系統(tǒng)最有潛力的無(wú)線傳輸技術(shù)之一，在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)下的傳輸方案也被研究者們先后提出，以期最大地獲取由大規(guī)模天線陣列所帶來的系統(tǒng)性能增益。此外，由于在基站側(cè)引入大規(guī)模天線陣列，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的硬件復(fù)雜度與計(jì)算復(fù)雜度急劇上升，如何實(shí)現(xiàn)大規(guī)模MIMO的原型驗(yàn)證系統(tǒng)也是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的問題。

2 大規(guī)模MIMO系統(tǒng)傳輸方案

蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)的傳輸方案決定了系統(tǒng)最終能達(dá)到的最優(yōu)性能。在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，由于基站側(cè)配置了大規(guī)模天線陣列，信道狀態(tài)信息（CSI）的獲取成為影響大規(guī)模MIMO系統(tǒng)傳輸方案性能的核心問題。在頻分雙工（FDD）系統(tǒng)中，傳統(tǒng)傳輸方案為利用下行鏈路的導(dǎo)頻訓(xùn)練和用戶終端反饋來獲取發(fā)送端信道狀態(tài)信息（CSIT）；在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，基站側(cè)下行發(fā)送的天線數(shù)巨大，若使用正交導(dǎo)頻，由于導(dǎo)頻長(zhǎng)度與發(fā)射天線數(shù)成正比，下行導(dǎo)頻的開銷將不可接受，同時(shí)，用戶側(cè)CSIT的反饋量也將是巨大的；在時(shí)分雙工（TDD）系統(tǒng)中，利用信道的互易性，先進(jìn)行上行導(dǎo)頻訓(xùn)練，而后根據(jù)信道互易性，基站獲得下行鏈路的信道信息，導(dǎo)頻開銷與所有用戶的總天線數(shù)成正比，當(dāng)用戶數(shù)較多、用戶端配置多天線時(shí)，導(dǎo)頻開銷依然很大。因而傳統(tǒng)的傳輸方案并不適用于大規(guī)模MIMO系統(tǒng)。為此，研究者們先后提出了在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)下的聯(lián)合空分復(fù)用 （joint spatial division and multiplexing，JSDM）傳輸方案[7]和大規(guī)模多波束空分多址(massive beam-spatial division multiple access，MB-SDMA)傳輸方案[8]，分別利用信道二階統(tǒng)計(jì)信息對(duì)用戶進(jìn)行分組并將信號(hào)轉(zhuǎn)換到波束域中進(jìn)行空分多址方式的傳輸，在匹配大規(guī)模MIMO系統(tǒng)信道特性的同時(shí)，解決由大規(guī)模天線陣列引入的導(dǎo)頻瓶頸問題。本節(jié)將分別對(duì)JSDM傳輸方案和MB-SDMA傳輸方案進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

2.1 JSDM傳輸方案

簡(jiǎn)單來說，JSDM傳輸方案就是利用在相鄰或相近位置的用戶往往具有相同（或相似）信道相關(guān)陣的事實(shí)，依據(jù)各用戶信道相關(guān)陣的相似性，采用固定量化或傳統(tǒng)聚類的方法對(duì)用戶進(jìn)行合理的分組，使得在同一分組中的用戶終端具有相似的信道相關(guān)陣即地理位置鄰近，而不同分組中的用戶在AOA（angle of arrival，到達(dá)角）維度上充分間隔開，然后在組內(nèi)采用適當(dāng)?shù)挠脩粽{(diào)度算法有效地挑選出調(diào)度的用戶集合進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在充分挖掘空間維度的同時(shí)降低每組用戶有效信道的維數(shù)[7～10]。

JSDM傳輸方案如圖1所示。

圖1 JSDM傳輸方案示意

JSDM傳輸方案根據(jù)是否需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的有效信道進(jìn)行估計(jì)與整體反饋，又可分為聯(lián)合小組處理（joint group processing，JPG）方案和獨(dú)立分組處理（per-group processing，PGP）方案。由于JPG方案所需的反饋量與計(jì)算復(fù)雜度較大，因此本文更多地關(guān)注PGP方案。JSDM傳輸方案包含兩個(gè)階段的預(yù)編碼，表示為：

其中，B∈CM×b是預(yù)波束成形矩陣，用于匹配信道相關(guān)陣中獲取的方向信息，僅依賴于信道的二階統(tǒng)計(jì)量，P∈Cb×S是多用戶MIMO預(yù)編碼矩陣，取決于經(jīng)過預(yù)波束成形矩陣B后的等效信道矩陣，M為基站側(cè)天線數(shù)，S為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流數(shù)，b為可優(yōu)化參數(shù)，且滿足b＞S。假設(shè)小區(qū)基站側(cè)配置M根天線，小區(qū)中共有K個(gè)單天線用戶，其下行傳輸信道模型為：

其中，x∈CM是基站側(cè)發(fā)送信號(hào)，y∈CK是K個(gè)用戶接收到的信號(hào)，z～CN(0,IK)為高斯白噪聲，hk∈CM為第k個(gè)用戶的上行信道向量。設(shè)第gk個(gè)用戶的信道向量為hgk，Hg=[hg1…h(huán)gkg]為第g個(gè)小組的信道矩陣，Bg表示第g個(gè)小組的M×bg維預(yù)波束成形矩陣，H=[H1…HG]為整個(gè)系統(tǒng)的信道矩陣，劬BHH為經(jīng)過預(yù)波束成形矩陣B后的等效信道矩陣，因而經(jīng)過兩級(jí)預(yù)編碼后的下行傳輸信道模型可寫為：

其中：

在PGP方案中，多用戶MIMO預(yù)編碼矩陣采用塊對(duì)角矩陣，即P=diag(P1,…,Pg)，其中Pg∈Cbg×Sg，所以式（3）可簡(jiǎn)化為：

進(jìn)一步對(duì)分組和預(yù)波束成形矩陣進(jìn)行設(shè)計(jì)，采取特征根波束成形和塊對(duì)角化的方法，使得對(duì)所有的g′≠g，有式（6）成立：

式（6）即精確對(duì)角化，則yg≈HgHPgsg，從而不同用戶組之間的干擾可被消除，同時(shí)等效信道的維數(shù)也被降低。此時(shí)在第g個(gè)小組中，Pg可采用等效信道的正則迫零（regularized zero-forcing，RZF）預(yù)編碼矩陣。其傳輸流程大致如下。

（1）確定相似性度量準(zhǔn)則：根據(jù)信道的二階統(tǒng)計(jì)量定義用戶與小組之間的相似性度量值。

（2）用戶分組：依據(jù)定義的度量準(zhǔn)則對(duì)不同的用戶進(jìn)行分組，使得每個(gè)組內(nèi)的用戶具有相同的特征子空間（稱為小組特征空間），而不同小組的特征空間不重疊或正交。

（3）組內(nèi)調(diào)度：在組內(nèi)進(jìn)行用戶調(diào)度，調(diào)度出的可同時(shí)進(jìn)行傳輸?shù)挠脩粼诮M內(nèi)進(jìn)行小規(guī)模的CSI反饋，基站側(cè)根據(jù)已知的信道信息利用特征根波束成形和塊對(duì)角化的方法獲得預(yù)波束成形矩陣Bg，進(jìn)而得到多用戶MIMO預(yù)編碼矩陣Pg。

（4）開始上下行數(shù)據(jù)傳輸。

JSDM傳輸方案的主要思想為：在大規(guī)模MIMO場(chǎng)景下，利用信道的二階統(tǒng)計(jì)信息對(duì)用戶進(jìn)行分組，從而最大限度地挖掘空間維度，以盡可能地獲取大規(guī)模天線陣列所帶來的增益，但由于需要對(duì)小區(qū)內(nèi)所有用戶利用相似度量準(zhǔn)則進(jìn)行用戶分組和計(jì)算預(yù)波束成形矩陣以及多用戶MIMO預(yù)編碼矩陣，JSDM方案的計(jì)算復(fù)雜度較高，如何在不損失較多性能增益的情況下盡可能地降低計(jì)算復(fù)雜度是一個(gè)值得研究的課題。

2.2 MB-SDMA傳輸方案

MB-SDMA傳輸方案的核心思想是：通過將信號(hào)轉(zhuǎn)換到波束域，利用用戶波束域信道的稀疏性，采取相應(yīng)的用戶調(diào)度方法，使占用不同波束集合的用戶與基站同時(shí)進(jìn)行通信，每個(gè)波束集合只接收/發(fā)送單個(gè)用戶的信號(hào)，從而化繁為簡(jiǎn)，將多用戶MIMO傳輸鏈路分解為若干個(gè)單用戶MIMO信道鏈路，在降低計(jì)算復(fù)雜度的同時(shí)也減少了用戶間的干擾。MB-SDMA傳輸方案如圖2所示，基站依據(jù)獲取到的波束域信道統(tǒng)計(jì)信息，利用相應(yīng)的用戶調(diào)度算法調(diào)度出3個(gè)用戶，為每個(gè)用戶分配不同的波束集合使得多個(gè)用戶可在同一時(shí)頻資源上進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

圖2 MB-SDMA傳輸方案示意

在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，下行傳輸波束域信道定義為：

（1）獲得統(tǒng)計(jì)信道信息：各個(gè)用戶分別發(fā)送各自的上行探測(cè)信號(hào)，基站通過接收到的探測(cè)信號(hào)估計(jì)出各個(gè)用戶波束域統(tǒng)計(jì)信道信息。

（2）用戶調(diào)度：采用相應(yīng)的用戶調(diào)度準(zhǔn)則對(duì)各個(gè)用戶和各個(gè)波束進(jìn)行調(diào)度，在使不同用戶使用不同波束集合的原則上，可根據(jù)不同的系統(tǒng)目標(biāo)采取最大和速率準(zhǔn)則或比例公平準(zhǔn)則。

（3）分解為單用戶MIMO鏈路：通過用戶調(diào)度，不同用戶與基站不同的波束集合進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)將多用戶MIMO鏈路分解為多個(gè)單用戶MIMO鏈路為：

其中，skd,l為第k個(gè)用戶在第l個(gè)子載波上的波束域發(fā)射信號(hào)，ρkd,l為其發(fā)射功率，nk,l為高斯白噪聲，Bk為第k個(gè)波束集合。

（4）上下行鏈路傳輸：在上行鏈路中，基站估計(jì)瞬時(shí)信道信息以及干擾的相關(guān)陣，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行相干檢測(cè)；在下行鏈路中，用戶估計(jì)瞬時(shí)信道信息以及干擾的相關(guān)陣，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行相干檢測(cè)。

3 大規(guī)模MIMO系統(tǒng)原型驗(yàn)證平臺(tái)

在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，由于在基站側(cè)引入大規(guī)模天線陣列，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的硬件復(fù)雜度與計(jì)算復(fù)雜度隨著天線數(shù)的增加急劇上升，如何實(shí)現(xiàn)大規(guī)模MIMO的原型驗(yàn)證系統(tǒng)是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的問題。目前所知正在構(gòu)建的大規(guī)模MIMO的原型驗(yàn)證平臺(tái)主要有美國(guó)萊斯大學(xué)（Rice University）和Bell實(shí)驗(yàn)室合作搭建的Argos[11,12]以及瑞典隆德大學(xué)（Lund University）和美國(guó)國(guó)家儀器公司（National Instruments，NI）合作實(shí)現(xiàn)的LuMaMi[13]。

3.1 Argos

Argos是一款用于大規(guī)模天線多用戶波束成形的原型驗(yàn)證系統(tǒng)，可同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶，它采取了層次式和模塊化的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)更具有可擴(kuò)展性。2012年Argos V1實(shí)現(xiàn)了在基站側(cè)配置64根天線，在室內(nèi)的環(huán)境下，可同時(shí)服務(wù)15個(gè)單天線用戶。2013年，Argos V2在Argos V1的基礎(chǔ)上將基站側(cè)天線擴(kuò)展到96根，可同時(shí)支持32個(gè)數(shù)據(jù)流的傳輸。

圖3 Argos平臺(tái)邏輯結(jié)構(gòu)

構(gòu)成Argos系統(tǒng)的主要組件有：WARP（wireless open access research platform，無(wú)線開放接入研究平臺(tái)）模塊、時(shí)鐘分發(fā)板、中央控制器、以太網(wǎng)交換機(jī)，其邏輯結(jié)構(gòu)[11]如圖3所示。每個(gè)WARP模塊由一塊母板和一塊子板組成，包含4個(gè)射頻端口與1塊FPGA（field-programmable gate array，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列），主要將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)或者將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；時(shí)鐘分發(fā)板的功能為實(shí)現(xiàn)各個(gè)組件之間的時(shí)鐘同步；中央控制器負(fù)責(zé)對(duì)基帶的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析；以太網(wǎng)交換機(jī)負(fù)責(zé)匯聚從各個(gè)射頻前端采集到的信號(hào)并轉(zhuǎn)發(fā)給中央控制器進(jìn)行基帶處理。

Argos的設(shè)計(jì)特點(diǎn)為：采用了層次式和模塊化的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性，例如若想增加基站側(cè)發(fā)送天線數(shù)，只需在Argos交換機(jī)處增加WARP模塊即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件的擴(kuò)展；Argos將整體的計(jì)算任務(wù)在多個(gè)模塊間進(jìn)行層次化分配，在下行傳輸中，利用改進(jìn)的波束成形算法將數(shù)據(jù)的波束成形加權(quán)計(jì)算在各個(gè)天線所屬的模塊本地進(jìn)行，將計(jì)算量均分到各個(gè)模塊從而減輕中央處理器的計(jì)算復(fù)雜度；為校正通道的一致性，Argos提出了一種通道校準(zhǔn)算法，通過采用內(nèi)部校正過程使CSI估計(jì)開銷與天線數(shù)目無(wú)關(guān)。

圖4 Argos V2實(shí)物

Argos V2實(shí)物如圖4所示。每個(gè)機(jī)柜放置12個(gè)WARP模塊，兩個(gè)機(jī)柜共放置24個(gè)WARP模塊、96根天線[12]。

3.2 LuMaMi

LuMaMi是由瑞典隆德大學(xué)的Ove Edfors教授和Fredrik Tufvesson教授與美國(guó)國(guó)家儀器公司合作，使用美國(guó)國(guó)家儀器公司的大規(guī)模MIMO應(yīng)用程序框架和硬件平臺(tái)開發(fā)出的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由SDR（software defined radio，軟件定義無(wú)線電）節(jié)點(diǎn)（USRP-RIO系列）、時(shí)鐘分發(fā)板、中央控制器和PXI Express機(jī)箱組成，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

整個(gè)系統(tǒng)的框架由PXIe-1085機(jī)箱搭建而成，采用層次化設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)由USRP-RIO采集后經(jīng)PXIe-8262接口匯聚到各個(gè)子PXIe-1085機(jī)箱，每個(gè)子PXIe-1085機(jī)箱最多可連 接16個(gè)USRP-RIO即 構(gòu) 成32×32的MIMO，各 個(gè) 子PXIe-1085機(jī)箱再通過PXIe-8384和PXIe-8381匯聚到主PXIe-1085機(jī)箱，主PXIe-1085機(jī)箱上除配置PXIe-8135高性能嵌入式控制器外，還搭載了PXIe-7976的FPGA協(xié)處理器以用于提高數(shù)據(jù)的處理能力。此外，系統(tǒng)時(shí)鐘模塊采用的是PXIe-6674T，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的定時(shí)和多機(jī)箱同步。在此硬件架構(gòu)的基礎(chǔ)上，由瑞典隆德大學(xué)和美國(guó)國(guó)家儀器公司合作構(gòu)建的LuMaMi系統(tǒng)邏輯架構(gòu)[13]如圖6所示。

LuMaMi采用OFDM無(wú)線傳輸技術(shù)，系統(tǒng)帶寬為20 MHz，基站側(cè)最多可配置128根天線，可支持10個(gè)用戶同時(shí)傳輸。由于基站側(cè)配置天線數(shù)較多，系統(tǒng)帶寬較寬，假設(shè)采樣速率為30.72 MHz，ADC（analog to digital converter，模數(shù)轉(zhuǎn)換）的轉(zhuǎn)換精度為16 bit，一個(gè)射頻通道的數(shù)據(jù)吞吐量將為122.88 Mbit/s（包含I、Q兩路數(shù)據(jù)），128根天線的數(shù)據(jù)吞吐量為15.36 Gbit/s，若將數(shù)據(jù)集中傳輸?shù)交鶐нM(jìn)行處理，不僅系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸壓力較大，基帶的數(shù)據(jù)處理能力也會(huì)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因而LuMaMi考慮將整個(gè)系統(tǒng)劃分為8個(gè)子帶系統(tǒng)，每個(gè)子帶系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理1.5 MHz帶寬的數(shù)據(jù)。每個(gè)子帶系統(tǒng)又由8個(gè)模塊組成，分別是天線合并（antenna combiner）模 塊、帶 寬 拆 分（bandwidth splitter）模塊、信 道 估 計(jì) （channel estimation）模 塊、MIMO檢 測(cè)（MIMO detector）模 塊、接 收 校 正（rec calibration）模 塊、MIMO預(yù)編碼（MIMO precoder）模塊、帶寬合并（bandwidth combiner）模塊和天線拆分（antenna splitter）模塊。其中，天線合并模塊和天線拆分模塊分別負(fù)責(zé)匯聚來自各個(gè)天線的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)分發(fā)至各個(gè)物理天線，帶寬拆分模塊負(fù)責(zé)將該子系統(tǒng)中整帶寬的數(shù)據(jù)劃分成不同子帶并分配至其他子系統(tǒng)，帶寬合并模塊負(fù)責(zé)匯聚其他子系統(tǒng)傳輸過來的子帶的數(shù)據(jù)，MIMO檢測(cè)模塊和MIMO預(yù)編碼模塊則分別負(fù)責(zé)對(duì)該子系統(tǒng)所負(fù)責(zé)的子帶數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)譯碼和預(yù)編碼。

相比于Argos，由于LuMaMi有美國(guó)國(guó)家儀器公司的產(chǎn)品支持，開發(fā)更具備可復(fù)制性。首先，在硬件上，采用成熟的軟件無(wú)線電節(jié)點(diǎn)即USRP-RIO系列和PXIe機(jī)箱的LuMaMi，在硬件設(shè)備的連接與穩(wěn)定性方面更為可靠；其次，在軟件上，大規(guī)模MIMO應(yīng)用程序框架的開發(fā)也可在美國(guó)國(guó)家儀器公司提供的統(tǒng)一的軟件平臺(tái)——NI LabVIEW上進(jìn)行，從而有利于對(duì)整個(gè)原型驗(yàn)證平臺(tái)的設(shè)計(jì)布局和調(diào)試進(jìn)行控制。值得一提的是，在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，當(dāng)天線數(shù)量較多時(shí)，若將數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理會(huì)給系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理帶來較大壓力，因而Argos中提出的將波束成形加權(quán)計(jì)算在各個(gè)天線所屬的模塊本地進(jìn)行以及通過采用內(nèi)部校正過程校準(zhǔn)通道使CSI估計(jì)開銷與天線數(shù)目無(wú)關(guān)等處理方法，對(duì)于系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)很有借鑒意義。

4 結(jié)束語(yǔ)

大規(guī)模MIMO技術(shù)是下一代無(wú)線通信系統(tǒng)最有潛力的無(wú)線傳輸技術(shù)之一。本文主要介紹了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)下兩種傳輸方案，即JSDM傳輸方案和MB-SDMA傳輸方案，簡(jiǎn)要敘述了方案的原理和傳輸過程；此外，還對(duì)當(dāng)前幾種大規(guī)模MIMO的原型驗(yàn)證系統(tǒng)Argos和LuMaMi進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。大規(guī)模MIMO無(wú)線通信技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，但相關(guān)研究工作尚處在起步階段，還有大量課題需要進(jìn)行研究，如大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的導(dǎo)頻污染、射頻通道的一致性校準(zhǔn)、FDD下的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)方案等。

1 3rd Generation Partnership Project.TR 25.913-900.Requirements for Evolved UTRA(E-UTRA)and Evolved UTRAN(E-UTRAN),2009

2 3rd Generation Partnership Project.TR 36.912-900.Feasibility Study for Further aAdvancements for E-UTRA(LTE-Advanced),2011

3 Marzetta L T.Noncooperative cellular wireless with unlimited numbers of base station antennas.IEEE Transactions on Wireless Communications,2010,9(11):3590～3600

4 Rusek F,Persson D,Lau B K,et al.Scaling up MIMO:opportunities and challenges with very large arrays.Signal Processing Magazine,2013,30(1):40～60

5 Lu L,Li G Y,Swindlehurst L A,et al.An overview of massive MIMO:benefits and challenges.IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing,2014,8(5):742～758

6 Larsson G E,Edfors O,Tufvesson F,et al.Massive MIMO for next generation wireless systems.IEEE Communications Magazine,2014,52(2):186～195

7 Adhikary A,Nam J,Ahn J,et al.Joint spatial division and multiplexing-the large-scale array regime.IEEE Transactions on Information Theory,2013,59(10):6441～6463

8 Sun C,Gao X Q,Jin S,et al.Beam division multiple access transmission for massive MIMO.IEEE Transactions on Communications,revised

9 Nam J,Ahn J,Adhikary A,et al.Joint spatial division and multiplexing:realizing massive MIMO gains with limited channel state information.Proceedings of Information Sciences and Systems(CISS),Princeton,New Jersey,USA,2012:1～6

10 Nam J,Adhikary A,Ahn J,et al.Joint spatial division and multiplexing:opportunistic beamforming,user grouping and simplified downlink scheduling.IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing,2014,8(5):876～890

11 Shepard C,Yu H,Anand N,et al.Argos:practical many-antenna base stations.Proceedings of Annual International Conference on Mobile Computing & Networking,Istanbul,Turkey,2012,11(1):53～64

12 Shepard C,Yu H,Zhong L.ArgosV2:a flexible many-antenna research platform.Proceedings of Annual International Conference on Mobile Computing & Networking,Miami,USA,2013:163～166

13 Vieira J,Malkowsky S,Nieman K,et al.A flexible 100-antenna testbed for massive MIMO.Proceedings of IEEE Globecom 2014 Workshop-Massive MIMO:from Theory to Practice,Texas,USA,2014