massive MiMo天線陣列研究方向屬於天線還是通信範疇？這個方向前景如何？波束成型又是什麼意思？

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1.massive MiMo天線陣列研究方向屬於天線範疇還是通信範疇？與我們通常說得Mimo技術一樣嗎？2.研究的內容主要是什麼呢？3.這個方向前景如何？4.從事這個方向的研究，需要哪些方面的基礎知識？5經常聽到波束成型這個詞，不太懂，能解釋一下嗎？

這個方面我比較外行，我是做Massive MIMO中符號檢測和預編碼的，而且我只關注理論研究，工程實踐方面一竅不通，就我所知道簡單回答一下~~~

我覺得既屬於天線範疇亦屬於通信範疇。Massive MIMO，顧名思義就是基站部署大規模的天線，一般天線數目在上百根甚至上千根。同時，由於基站天線之間的距離要大於半波長，那麼這麼大規模的天線如果採用簡單的線性部署，天線陣列會排的非常長，所以如何部署天線陣列便是一個非常重要的問題，這裡要考慮天線陣列的面積、天線的覆蓋範圍、天線的硬體配置等。

此外，Massive MIMO天線陣列的不同排列會的引發天線耦合、相雜訊等問題，使得massive MIMO中信號處理變得複雜。以上黑體文字都是該方向的研究內容。

至於該方向的前景我也不太清楚，需要具備的基礎知識：無線通信基礎、隨機矩陣理論、微積分等。

Massive MIMO 主要研究點在於信號處理，因此屬於通信，天線設計也是重要部分，但嚴格的說天線也屬於通信範疇。Massive MIMO是多用戶MIMO的升級版本，需要很多隨機矩陣的知識。關於主要研究內容，前景，波束成形等，我們在科技蜘蛛 - 知乎專欄發布了科普性文章 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，希望對你有幫助。現將部分內容搬運至此，更多信息請參看鏈接文章。

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。

1.可能兩者都算吧，可以當做智能天線來研究，比如3D-MIMO之類的話，天線數應該可以算作massive的數量，也可以當做通信範疇來研究，即massive MIMO下信道符合什麼樣的特性，甚至可以當做網路來研究，即massive MIMO下的MAC協議怎麼設計，談範疇一般都有些空。通常所說的MIMO與massive MIMO相比，天線數較為少（比如2~6根天線，不過也沒有文檔什麼明確規定其天線數差距是多少），其區別參考 @王瑋的回答「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。」還是比較恰當的。還有參考一些別人寫的，比如理論上大規模MIMO系統發現在基站天線數趨近於無窮時，嚴重影響通信系統性能的熱雜訊和不相干的小區間干擾將可以被忽略不計，而且最簡單的波束成型將會變成最優。

2. @邱雙已經列出來一些可以研究的內容，實際上還是建議多看看別人的論文，比如Home這個網址（FP7 Project MAMMOET下的一個網頁），列舉出了大量的Massive MIMO的研究結果，可以參詳下，曾經有讀過一些比如，3D-MIMO，如何一次性反饋信道信息，user-selection之類，不過讀的不是很透徹。

3.使用前景應該比較好，感覺之所以考慮毫米波中，就存在有意降低天線尺寸這個因素在內，從而可以在原有的面積內，添加多根天線。不過對於工作而言，不知道，這些應該偏科研。

4.矩陣論，以及我一直沒有翻的那本隨機矩陣論。。。貌似還是偏矩陣論多一些

5.【PS：這一塊我理解也不深，僅僅寫寫個人的粗淺的理解，肯定有不對的地方，還請見諒】。

從直觀上理解，波束成型是一種智能天線技術，除了用定向天線可以完成，也可以通過預編碼技術來完成（即數據發送之前經過預編碼矩陣處理，這裡預編碼應該不是嚴格意義上的信道編碼），波束可以理解成天線直接覆蓋的面積（即把電磁波想像成一個激光束，輻射一片區域），如果波束對的越准（即對準對方天線），那麼信號就越好，從而信道容量就越大。按照《通信新讀》中所述，在SIMO里達到最大信道容量合併的方式稱為MRC，而在MISO里達到最大信道容量的方式稱為最佳波束成型（beamforming）。
由於在802.11ac中已經引入了beamforming的工作場景，如下圖

AP可以同時向電腦和手機發送信號，且沒有衝突發生，這裡就是beamforming技術，即藍色區域就是波束。在這種工作場景驅動下，beamforming目前除了最大化接收方功率之外，實際上感覺現在更趨向於最小化干擾，即包含Interface null和interface alignment技術，比如在openRF論文中的下圖

該圖所描繪就是一個null場景下的結果，其中波束是通過讓AP-1發送的信號對Bob的干擾變成0（通過預編碼矩陣和處理來完成），alignment的方法也是類似，即這一類的方法是通過最小化干擾也達到beamforming的。

massive mimo與beamforming的解釋詳見

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

我覺得和天線強相關

不同的天線陣列間距的設計，會影響整體性能

見我對這個的解釋：5G 通信（第五代移動通信）中的關鍵技術是什麼？其中關於Massive MIMO和Beamforming相關的要點如下：

當前的4G基站有十幾個天線埠用於處理所有移動流量：八個埠給發射天線八個埠給接受天線。而5G基站則具有幾百個天線埠，即在單一天線陣列上有更多天線。這意味著一個基站能夠同時向更多用戶發送和接受信號，從而增加移動網路的容量22倍或更多。這個技術稱為大規模MIMO（Massive MIMO。MIMO就是多輸入多輸出）。MIMO原先是兩個或以上發射機和接收機同時發射和接受數據。大規模MIMO將此概念提升到新的高度——在一個陣列上實現幾十個天線。但安裝如此多天線也會在信號交匯時引起更多的干擾。這就是為何5G基站必須使用波束成型（beamforming）技術。

波束成型技術將信號傳送給特定的用戶，減少附近其他用戶的干擾。在大規模MIMO基站上信號處理演算法規划出最佳的路徑到達用戶，通過規劃信號傳播和抵達時間，波束成型允許多用戶和天線在天線陣列上同時交換更多的信息。而對毫米波來說，波束成型則應對另一組問題：信號會被物體阻擋並且會在長距離上衰減。波束成型將信號聚焦傳輸給指定的用戶方向而不是同時傳輸給不同的方向的用戶。