互联网与移动通信网的深度融合，催生了广大移动用户对数据业务近乎无止境的需求，同时令原本为通信而生的移动网络逐步向传媒的方向演进。虽然4G网络的逐步建成，网络规模趋于稳定，但频率资源紧缺、能源的巨大消耗以及网络的优化问题却不容忽视。世界各国在推动4G产业化的同时，已开始着眼于新一代无线移动通信技术的研究，力求使移动通信系统性能和产业规模产生新的飞跃，5G概念呼之欲出。根据我国IMT-2020（5G）推进组的定义，5G需要具备比4G 更高的性能，支持0.1～1 Gbit/s 的用户体验速率，每平方千米一百万的连接数密度，毫秒级的端到端时延，每平方千米数十Tbit/s的流量密度，500 km/h以上的移动性和数十Gbit/s的峰值速率。在关键技术方面，超密集组网、大规模MIMO、非正交传输、高频段通信、C-RAN、SDN/NFV、内容分发网络（CDN）等均被认为是5G的潜在关键技术。就空中接口而言，大规模MIMO系统通过使用空间复用和减轻干扰，是解决无线数据服务指数增长问题的最重要的技术之一。而阵列天线是大规模MIMO的必要条件，天线的设计方案及对于大规模MIMO系统的实现十分重要，甚至直接影响到5G系统的性能指标。

1 大规模MIMO 研究进展

作为5G移动通信系统的核心技术之一，大规模MIMO的研究与标准化进程与5G同步进行，吸引着全球范围内政府机构、研究组织、运营商和设备厂商的持续关注和投入。

国际方面，2012年，ITU、3GPP开始组织全球业界开展5G标准化前期研究。同年，欧洲推动METIS计划发展5G，并于2014年成立5GPPP，联合ICT行业、中小企业和欧盟委员会合作推动欧洲的5G技术研究和产业发展。美国在5G发展上主要由芯片商高通和运营商Verizon 主导，与思科、诺基亚、三星等设备厂商合作，计划2016年进行5G外场测试，2017年开展5G试商用。

国内方面，2013年，中国成立IMT-2020（5G）推进组，2014 年发布5G 愿景与需求白皮书，宣布2016—2018年分3个阶段进行：5G关键技术试验、5G技术方案验证和5G系统验证。其中计划从2017年开始开展5G外场试验，基于3.5 GHz频谱，设备内置128/256单元大规模密集阵列。同时，在5G高频段方面，推进组开始了关于毫米波和大规模MIMO的标准化进程，包括高频段通信技术专题组和大规模天线技术专题组。

标准化进展方面，在3GPP中大规模MIMO的标准化进程分阶段展开。

阶段1：三维信道模型标准化，于2013年9月启动研究，为后续的3D-MIMO 和大规模MIMO 研究做准备，已于2014年9月完成。

阶段2：3D-MIMO的标准化，已立项研究，包括更多的天线端口数（16~32个）、3D-MIMO的设计方案及性能评估等，已在R13版本中引入。

阶段3：大规模MIMO标准化，在阶段2的基础上进一步增加天线数量（如128、256个），实现10个或更多用户的多用户传输。大规模MIMO标准化的具体间点与5G系统标准化的整体计划息息相关，预计在R14/15版本开展研究，并在2019年前完成。样机试验方面，爱立信于2014年推出5G原型机，同年7月，在15 GHz频谱上实现了5 Gbit/s的吞吐率。

2015年2月，实现了5G、LTE双连接和5G多点连接，随后在6月又实现了一台5G移动设备同时连接到多个5G蜂窝基站，实现多点连接。2016年，爱立信使用波束赋形技术以及MU-MIMO和大规模MIMO等技术测试5G性能，峰值下行速度超过了25 Gbit/s。华为携手中国移动在2014年9月完成全球首次Massive MIMO多天线解决方案应用于TD-LTE网络的演示。2015年10月，华为在成都开展了5G空口新技术的外场验证，基于MU-MIMO技术，在6 GHz以下频段宏蜂窝组网场景支持同时接入24 个UE 终端，在100MHz带宽下，单小区平均下行吞吐量达到1.34Gbit/s，峰值下行吞吐量达到3.6 Gbit/s。2016年5月，中国联通与华为开展了5G实验室以及外场联合测试，聚焦在6 GHz以下C频段3.5 GHz MassiveMIMO技术，实现了5 Gbit/s以上的单用户峰值速率，多用户峰值速率达到10 Gbit/s 以上。

从目前的进展来看，5G的商用时间预计在2019—2020 年，LTE FDD 及TD-LTE 两大4G 制式最终将统一，宏站覆盖场景的基站天线形态将采用规模密集阵列，其内部的辐射部分、幅相耦合网络、TR组件部分将通过分层设计实现。

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2 MIMO 系统技术原理

3 大规模MIMO 天线设计

4 大规模MIMO 天线对5G 系统的影响

5 总结及展望

浅析大规模MIMO天线设计及对5G系统的影响.pdf