大規模MIMO和MIMO區別?

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這兩個區別是？百度半天沒找到說的清楚的，導師讓畢設做大規模MIMO方面的研究，我沒找到合適的題，自己鑽研LTE 里MIMO預編碼均衡方面了，會不會跑題了。我是這方面的菜鳥，一無所知，從零開始學的，謝謝各位大牛。我選的這個題不知道合適不

題主確實跑題了。如樓上所說，隨著天線數趨於無窮，矩陣特徵值會趨於特定的經驗分布，從而給分析研究帶來很大的便利。

給題主一個鏈接，裡面是關於大規模MIMO論文的匯總。

Very large MIMO, Massive MIMO, Large-scale antenna systems

個人覺得下面這幾篇文章有必要好好讀讀

F. Rusek, D. Persson, B. K. Lau, E. G. Larsson, T. L. Marzetta, O. Edfors, and F. Tufvesson, Scaling up MIMO: Opportunities and Challenges with Very Large Arrays, IEEE Signal Proces. Mag., vol. 30, no. 1, pp. 40-46, Jan. 2013.
T. L. Marzetta, Noncooperative Cellular Wireless with Unlimited Numbers of Base Station Antennas, IEEE Trans. Wireless Communications, vol. 9, no. 11, pp. 3590-3600, Nov. 2010.

以及這篇演講

ICC 2013 tutorial on Massive MIMO by Erik G. Larsson and Fredrik Tufvesson, part I and part II.

相信題主鑽研之後，會對massive MIMO有初步認識和了解的。

我從2013年開始關注大規模MIMO，當時在百度上搜索「大規模MIMO」時，幾乎搜不到具體的內容，最長的一個內容是小木蟲上的一個回答：

一個人問：「大規模MIMO還有可研究的嗎？」

答：「單獨把Massive MIMO（或者large scale MIMO）作為博士課題似乎有些懸，已經研究了好些時間了。可以多往5G通信這個方向靠一下。現在5G才剛開始，絕大部分內容還在討論中~」

這個回答霸佔百度前排很久，直到近兩年才多了一些關於大規模MIMO的內容，不知道這個回答誤導過多少初學者…估計回答者是將大規模MIMO誤認為了傳統的MIMO。

題主所提的問題曾經也困擾了我很久，「大規模MIMO區別於MIMO的本質是什麼」「某個方法為什麼說是大規模MIMO系統中的方法，難道不能用於MIMO系統嗎」等等。後來通過閱讀大量文獻慢慢找到了答案，這個回答也許不全面，但是希望能給初學者提供一點幫助。

--大規模MIMO的提出

大規模MIMO（massive MIMO, large-scale MIMO），顧名思義就是將傳統MIMO的天線數增加，現有文獻的模擬大多採用100-256根天線，現有的原型機一般採用128根天線。關於天線數目增加後系統性能的討論其實很早就開始了，比如如下這篇文章：

Tomas L. Marzetta (Bell Labs, New Jersey) --How much training is required for multiuser MIMO?, in Fortieth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, Paci_c Grove, CA, USA, 2006.

但是，直到2010年才得到更多人的關注，所以一般認為大規模MIMO是於2010年由貝爾實驗室的T. L. Marzetta提出：

T. L. Marzetta, 「Non-cooperative cellular wireless with unlimited numbers of base station antennas,」 IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 9, no. 11, pp. 3590-3600, Nov. 2010.

大規模MIMO發展至今，已經得到了很多關注，如下網站簡單介紹了大規模MIMO並根據研究點的不同對大規模MIMO的文獻進行了分類，可以直觀的看到大規模MIMO中的研究點以及各個研究點中的代表性文獻，值得收藏和學習：

https://massivemimo.eu/

--大規模MIMO區別於MIMO的獨特之處

說到大規模MIMO最常想到的就是 T. L. Marzetta在2010年那篇文獻中指出的：「by increasing the number of antennas at the base station, we can average out the effects of fading, thermal noise and intra-cell interference.」即通過增加基站端的天線，可以平均掉衰落、雜訊、小區內干擾等，在分析方法上體現為大數定理、中心極限定理的應用，這樣帶來的一個好處是：大規模MIMO系統的信號處理方法不需要再採用複雜的非線性設計來避免上述提到的干擾，而只需要簡單的線性設計即可實現較好的系統性能。比如在預編碼方法研究方面（預編碼/波束成形在Martin JIANG的回答中有詳細的介紹）：傳統的MIMO系統中一般研究非線性預編碼方案，比如DPC（dirty-paper coding，臟紙），而大規模MIMO中一般採用線性預編碼，比如MRT（最大比發送）、ZF（迫零）、MMSE（最小均方誤差）。DPC這類演算法的複雜度較高，隨著基站天線數量的增加，若採用非線性預編碼會導致基站的計算複雜度激增，顯然DPC這類方法不再適用於大規模MIMO。此外，Lund University做了一些實際的測量（見文獻「Linear pre-coding performance in measured very-large MIMO channels」），實驗結果表明，在大規模MIMO系統中，採用低複雜度的線性預編碼即可實現DPC預編碼的98%的性能。

由此可見，天線數量的增加直接導致了信號處理方法的不同。引發了新的問題和挑戰：

1、信道測量和建模。

Trigger：天線數增加後信道特性會如何變化，相關性、信道衰落特性等都需要測量和研究，而信道建模是理論研究的基礎，如果信道模型是錯的話，很多研究將失去意義。

2、導頻設計以及降低導頻污染研究。

Trigger：天線數目增加後，雜訊、小區內干擾等非相關因素都會隨之消失，而導頻污染會成為限制大規模MIMO性能的唯一因素。如何分配導頻、如何分配導頻功率來降低導頻污染等問題變得更為重要。

3、FDD模式下，下行信道估計、信號反饋、兩階段預編碼等研究。

Trigger：下行信道估計的導頻符號開銷正比於基站天線數目（需大於等於天線數），然而相干時間內可發送的數據符號數目有限（比如200），導頻開銷過大會嚴重降低有用數據符號的發送，同理，用戶估計出信道後，將信道狀態信息反饋給基站亦需要較大開銷，導致低頻譜效率。

4、降低硬體開銷的混合預編碼結構和方法研究。

Trigger：傳統的信號處理方法需要每根天線對應一個射頻鏈路，然而射頻鏈路非常昂貴，隨著天線數增加，硬體和能量開銷都會隨之增大，所以如果設計和研究降低射頻鏈路的預編碼方案非常重要。

5、低精度硬體和非完美硬體下的信號處理研究。

Trigger：該問題仍然是由天線數增加導致硬體開銷大的問題引發的，為了降低硬體的成本，通常會採用不完美的硬體（低成本、低精度硬體），在這種情況下如何進行信號處理，以及如何彌補硬體的不足。

6、其他利用空間自由度、統計信道狀態信息、波束選擇、天線選擇等系列研究。

7、……（待補充）

那麼下面簡要回答下最初提到的兩個問題：1、大規模MIMO與MIMO的區別：天線數顯著增加，導致信道的空間特性，信號的處理方法等方面均發生明顯變化，引發了新的問題和挑戰。2、MIMO與大規模MIMO中的方法是否可以通用：MIMO中的信號處理方法原則上可以直接用到大規模MIMO中，但是天線數增加後，MIMO的方法可能會表現出不同的效果，此外，MIMO中的方法會存在複雜度高的問題，通常不適用於大規模MIMO。而大規模MIMO的方法往往利用到了大規模MIMO新的特性，通常不適用於MIMO。

關鍵在於你的研究內容有沒有體現大規模相對於小規模帶來的特有性質。當天線規模趨向於無窮大時，一些隨機性會變得穩定，一些項會由於n-&>inf而可以被忽略，會出現矩陣特徵值的分布固定、雜訊可以忽略等等各種性質。只有用到了這些性質，使得大規模MIMO和普通MIMO有不同之處，這個研究才有意義。

MIMO可以分為SU-MIMO (Single-User MIMO) 和MU-MIMO (Multi-User MIMO), Massive MIMO是MU-MIMO的升級，關於大規模天線，我們在科技蜘蛛 - 知乎專欄發表了一篇科普性的介紹文章

5G黑科技之大規模天線陣列: 讓1分鐘下載一部高清電影成為可能，介紹其背景，原理，優勢，挑戰和現狀，這裡把一些節選內容添過來希望對你所有幫助。

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波束成形

理解大規模天線首先需要了解波束成形技術。傳統通信方式是基站與手機間單天線到單天線的電磁波傳播，而在波束成形技術中，基站端擁有多根天線，可以自動調節各個天線發射信號的相位，使其在手機接收點形成電磁波的疊加，從而達到提高接收信號強度的目的。

從基站方面看，這種利用數字信號處理產生的疊加效果就如同完成了基站端虛擬天線方向圖的構造，因此稱為」波束成形」 (Beamforming)。通過這一技術，發射能量可以彙集到用戶所在位置，而不向其他方向擴散，並且基站可以通過監測用戶的信號，對其進行實時跟蹤，使最佳發射方向跟隨用戶的移動，保證在任何時候手機接收點的電磁波信號都處於疊加狀態。

打個比方，傳統通信就像燈泡，照亮整個房間，而波速成形就像手電筒，光亮可以智能地彙集到目標位置上。

普通全向天線，覆蓋所有區域

波速成形後的天線，將能量集中到一個方向

在實際應用中，多天線的基站也可以同時瞄準多個用戶，構造朝向多個目標客戶的不同波束，並有效減小各個波束之間的干擾。這種多用戶的波束成形在空間上有效地分離了不同用戶間的電磁波，是大規模天線的基礎所在。

大規模天線陣列

大規模天線陣列正是基於多用戶波束成形的原理，在基站端布置幾百根天線，對幾十個目標接收機調製各自的波束，通過空間信號隔離，在同一頻率資源上同時傳輸幾十條信號。這種對空間資源的充分挖掘，可以有效利用寶貴而稀缺的頻帶資源，並且成幾十倍地提升網路容量。

讀者可以從下圖中美國萊斯大學的大規模天線陣列原型機中看到由64個小天線組成的天線陣列，這很好地展示了大規模天線系統的雛形。

美國萊斯大學 Argos 大規模天線陣列原型機

大規模天線陣列為何能動搖通信底層？

大規模天線並不只是簡單地擴增天線數量，因為量變可以引起質變。依據大數定理和中心極限定理，樣本數趨向於無窮，均值趨向於期望值，而獨立隨機變數的均值分布趨向於正態分布。隨機變數趨於穩定，這正是」大」的美。

在單天線對單天線的傳輸系統中，由於環境的複雜性，電磁波在空氣中經過多條路徑傳播後在接收點可能相位相反，互相削弱，此時信道很有可能陷於很強的衰落，影響用戶接收到的信號質量。而當基站天線數量增多時，相對於用戶的幾百根天線就擁有了幾百個信道，他們相互獨立，同時陷入衰落的概率便大大減小，這對於通信系統而言變得簡單而易於處理。

大規模天線有哪些好處? 第一，當然是大幅度提高網路容量。第二，因為有一堆天線同時發力，由波速成形形成的信號疊加增益將使得每根天線只需以小功率發射信號，從而避免使用昂貴的大動態範圍功率放大器，減少了硬體成本。第三，大數定律造就的平坦衰落信道使得低延時通信成為可能。傳統通信系統為了對抗信道的深度衰落，需要使用信道編碼和交織器，將由深度衰落引起的連續突發錯誤分散到各個不同的時間段上 (交織器的目的即將不同時間段的信號揉雜, 從而分散某一短時間內的連續錯誤)，而這種揉雜過程導致接收機需完整接受所有數據才能獲得信息，造成時延。在大規模天線下，得益於大數定理而產生的衰落消失，信道變得良好，對抗深度衰弱的過程可以大大簡化，因此時延也可以大幅降低。

值得一提的是，與大規模天線形成完美匹配的是5G的另一項關鍵技術--毫米波。毫米波擁有豐富的帶寬，可是衰減強烈，而大規模天線的波束成形正好補足了其短板。

正在解決的瓶頸問題

首先，想要發揮所有天線的潛力，基站端需要精確的信道信息，直觀理解即需事先知道不同目標客戶的位置。如何將與用戶間的這一信道信息精準地告訴每一根天線是一件很棘手的事情。傳統通信系統通過手機監測基站發送的導頻 (導頻，即基站和手機端共同知曉的一段序列)，估計其信道並反饋給基站的做法在大規模天線中並不可行，因為基站天線數量眾多，手機在向基站反饋時所需消耗的上行鏈路資源過於龐大。目前，最可行的方案是基於時分雙工(TDD)的上行和下行鏈路的信道對稱性，即通過手機向基站發送導頻，在基站端監測上行鏈路，基於信道對稱性，推斷基站到手機端的下行鏈路信息。

其次，為了獲得上行鏈路信息，手機終端需向基站發送導頻，可是導頻數量總是有限的，這樣不可避免地需要在不同小區復用，從而會導致導頻干擾。理論推導表明，導頻干擾是限制大規模天線一劍破天的最終屏障。

另外，很多大規模天線波束成形的演算法基於矩陣求逆運算，其複雜度隨天線數量和其同時服務的用戶數量上升而快速增加，導致硬體不能實時完成波束成形演算法。快速矩陣求逆演算法是攻克這一難題的一條途徑。

為了克服這些挑戰，世界頂尖的研究機構和各大設備商正加緊原型機的研發。除了上面提到的美國萊斯大學的Argos原型機外，還有三星毫米波大規模天線原型機、瑞典隆德大學LuMaMi原型機、歐洲電信研究院（Eurecom）Open Air Interface 大規模天線原型機、英國布里斯託大學原型機等。

更多信息請參考原文。。

MIMO的比較好自學的資料

EIT, 2015/2016 Ht1, EITN10 Multiple Antenna Systems, Schedule

Massive MIMO的就看

http://lup.lub.lu.se/luur/download?func=downloadFilerecordOId=2174140fileOId=5323005

http://www.commsys.isy.liu.se/vlm/icc_tutorial_P1.pdf

http://www.commsys.isy.liu.se/vlm/icc_tutorial_P2.pdf

massive mimo與beamforming的簡答詳見

http://www.slideshare.net/JiananChisyLiu/5gphylayer0-64743532?ref=https://www.linkedin.com/

題主三年後來回答吧，通信已死，特別是物理層。讀博還好，讀碩抓緊拉倒。

贊同@王瑋的回答，他提到的那些在大規模MIMO中出現的現象，在文獻中稱作信道硬化（channel hardening），這個現象往往會使問題變得簡單，例如某些容量的推導，大多是基於天線數趨近於無窮時得到的，其結果可以說是抓住了mimo容量的主要矛盾。相反，在天線數有限時，這些問題的精確求解往往是很複雜的。

另外，從大規模天線中得到的一些理論結果往往是有啟發性的，即使天線數沒那麼多，一些問題也往往遵循著相同的規律。

你們居然要自己找題好厲害

MIMO同時考慮了提升終端的容量，但是Massive MIMO主要提升小區的容量。

大規模MIMO 算是比較新的一個課題，屬於B4G 關鍵技術之一。我的畢業論文就是大規模MIMO研究啦，具體是做預編碼演算法的研究。感覺大規模MIMO還是比較前沿的課題，有很多新的研究點，主要集中在預編碼，信號檢測，導頻干擾，功率控制，信道建模，自適應調製演算法，只要找准方向，還是很容易出paper的。

有做大規模MIMO信號檢測的嗎？

MIMO是多輸入多輸出系統，大規模指的是基站端天線數目多達上百，而傳統的也就是6到十幾個天線

是本科生嗎？還在用百度搜索什麼是massive M.IMO

題主，我也做過這個坑爹的題目，做誤碼率檢測

LTE里的MIMO是最簡單的MIMO了...2x2, 4x2而已.