5G 通信系統(tǒng) massive MIMO-FBMC 技術(shù)綜述
摘要
為了應(yīng)對(duì)第五代移動(dòng)通信（5G）中更高數(shù)據(jù)率和更低時(shí)延的需求，大規(guī)模MIMO （massive multiple-input multiple-output）技術(shù)已經(jīng)被提出并被廣泛研究。大規(guī)模MIMO技術(shù)能大幅度地提升多用戶網(wǎng)絡(luò)的容量。而在5G中的帶寬研究方面，特別是針對(duì)碎片頻譜和頻譜靈活性問(wèn)題，現(xiàn)有的正交頻分多址（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）技術(shù)不可能應(yīng)對(duì)未來(lái)的挑戰(zhàn)，新的波形方案需要被設(shè)計(jì)出來(lái)。基于此，F(xiàn)BMC（filter bank multicarrier）技術(shù)由于具有比OFDM低得多的帶外頻譜泄露而被受到重視，并已被標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)組IMT-2020列為5G物理層的主要備選方案之一。

 本文首先回顧了5G中波形設(shè)計(jì)方案（主要是FBMC調(diào)制）和大規(guī)模多天線系統(tǒng)（即massive MIMO）的現(xiàn)有工作和主要挑戰(zhàn)。然后，簡(jiǎn)要介紹了基于Massive MIMO的FBMC系統(tǒng)中的自均衡性質(zhì)，該性質(zhì)可以用于減少系統(tǒng)所需的子載波數(shù)目。同時(shí)，F(xiàn)BMC中的盲信道跟蹤性質(zhì)可以用于消除massive MIMO系統(tǒng)中的導(dǎo)頻污染問(wèn)題。盡管如此，如何將FBMC技術(shù)應(yīng)用于massive MIMO系統(tǒng)中的誤碼率、計(jì)算復(fù)雜度、線性需求等方面仍然不明確，未來(lái)更多的研究工作需要在massive MIMO-FBMC方面展開(kāi)來(lái)。
關(guān)鍵詞：大規(guī)模MIMO；FBMC；自均衡；導(dǎo)頻污染；盲均衡

目錄
摘要......................................................................................... I
Abstract.....................................................................................II
1 引言........................................................................................1
2 技術(shù)背景簡(jiǎn)介................................................................................3
2.1 massive MIMO 技術(shù).........................................................................3
2.1.1 Massive MIMO 的引入.................................................................... 3
2.1.2 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)MIMO............................................................................. 4
2.1.3 多用戶MIMO(MU-MIMO).....................................................................6
2.2 FBMC 技術(shù).................................................................................7
3 massive MIMO-FBMC 的結(jié)合問(wèn)題............................................................... 10
3.1 信道均衡問(wèn)題..............................................................................10
3.2 導(dǎo)頻污染問(wèn)題..............................................................................11
4 結(jié)語(yǔ)........................................................................................13

參考文獻(xiàn)......................................................................................14

1 引言
Massive MIMO（又稱large scale MIMO）技術(shù)，是指基站端采用大規(guī)模天線陣列，天線數(shù)超過(guò)十根甚至上百根，并且在同一時(shí)頻資源內(nèi)服務(wù)多個(gè)用戶的多天線技術(shù)，該技術(shù)由貝爾實(shí)驗(yàn)室的 Marzetta 于 2010 年首次提出，目前已成為 5G無(wú)線通信領(lǐng)域最具潛力的研究方向之一[1,2]。與傳統(tǒng)的 MIMO 相比，Massive MIMO 不同之處主要在于，天線趨于很多（無(wú)窮）時(shí)信道之間趨于正交，這使得系統(tǒng)的很多性能都只與大尺度相關(guān)，與小尺度無(wú)關(guān)。特別是在TDD 大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，基站可以通過(guò)反向鏈路的導(dǎo)頻序列來(lái)估計(jì)出下行鏈路的信道狀態(tài)信息
（CSI），無(wú)需基站間協(xié)作，僅采用簡(jiǎn)單的預(yù)處理即可降低小區(qū)間和用戶間干擾，并且非相關(guān)的加性噪聲和快衰落隨著天線數(shù)的無(wú)限增加而消失[3]。

Marzetta 等人在研究 massive MIMO 時(shí)，均使用 OFDM 技術(shù)將移動(dòng)用戶和基站多天線之間的頻率選擇性信道變成一系列的平坦衰落信道。傳統(tǒng)的 OFDM 雖然能達(dá)到很小的復(fù)雜度和非常高的帶寬效率，但在應(yīng)用到更復(fù)雜的動(dòng)態(tài)或多用戶網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，卻存在難以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格同步（移動(dòng)環(huán)境下的多普勒效應(yīng)）和非連續(xù)頻帶
的傳輸（譜泄漏嚴(yán)重）兩大主要問(wèn)題，而濾波器組多載波（Filter Bank Multicarrier， FBMC）技術(shù)通過(guò)使用時(shí)頻聚焦性良好的濾波器解決了上述問(wèn)題[4]。與OFDM 技術(shù)不同，F(xiàn)BMC 中：

1）原型濾波器的沖擊響應(yīng)和頻率響應(yīng)可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，各載波之間不再必須是正交的，不需要插入循環(huán)前綴，從而獲得了更高的帶寬效率；

2）能實(shí)現(xiàn)各子載波帶寬設(shè)置、各子載波之間的交疊程度的靈活控制，從而可靈活控制相鄰子載波之間的干擾，并且便于使用一些零散的頻譜資源；

3）各子載波之間不需要同步，同步、信道估計(jì)、檢測(cè)等可在各子載波上單獨(dú)進(jìn)行處理，因此尤其適合于難以實(shí)現(xiàn)各用戶之間嚴(yán)格同步的上行鏈路。
FBMC 作為 OFDM 的備選技術(shù)之一，已被證明能很好的適用于認(rèn)知無(wú)線電通信、雙色散信道通信、數(shù)字用戶線（DSLs）和電力線通信（PLC）[5]，具有較強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿�，但關(guān)于將 FBMC 作為 Massive MIMO 系統(tǒng)調(diào)制方案的研究才剛剛開(kāi)始[6]。本文主要對(duì) massive MIMO-FBMC 現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行調(diào)研，旨在為未來(lái)massive MIMO-FBMC 的研究提供思路。

2 技術(shù)背景簡(jiǎn)介
2.1 massive MIMO 技術(shù)
大規(guī)模 MIMO 技術(shù)是指基站端采用大規(guī)模天線陣列，天線數(shù)超過(guò)十根甚至上百根，并且在同一時(shí)頻資源內(nèi)服務(wù)多個(gè)用戶的多天線技術(shù)。與傳統(tǒng)的 MIMO相比，大規(guī)模 MIMO 不同之處主要在于，天線趨于很多（無(wú)窮）時(shí)信道之間趨于正交，這使得系統(tǒng)的很多性能都只與大尺度相關(guān)，與小尺度無(wú)關(guān)。并且，在TDD 大規(guī)模MIMO 系統(tǒng)中，基站可以通過(guò)反向鏈路的導(dǎo)頻序列來(lái)估計(jì)出下行鏈路的信道狀態(tài)信息（CSI），無(wú)需基站間協(xié)作，僅采用簡(jiǎn)單的預(yù)處理即可降低小區(qū)間和用戶間干擾。同時(shí)，非相關(guān)的加性噪聲和快衰落隨著天線數(shù)的無(wú)限增加而消失。
......

5G通信系統(tǒng)中massive-MIMO-FBMC技術(shù)的結(jié)合概述.pdf