文 献 综 述
一、MIMO技术与大规模MIMO系统简介
1.1 MIMO技术简介
在过去的30多年里，无线通信成为电信领域发展最快的技术。然而，匮乏的频谱资源成为制约无线通信技术发展的一个主要因素。根据香农（Shannon）公式，通信系统的数据传输速率与其传输带宽成正比。因此，在频谱资源匮乏的条件下，必须提高频谱资源的利用率，才能有效提高通信系统的数据传输速率。这种需求促使了多输入多输出（Multiple Input Multiple Output, MIMO）技术的提出。
MIMO 技术是指发射端与接收端都采用多个天线，利用无线信道多径传播特性，同时结合先进的信号处理技术实现的一种综合技术。MIMO技术可以对具有丰富散射环境的信道进行积极的利用，实现系统收发的空间复用或者分集，从而大幅提高无线通信链路容量或质量。一般来讲，根据采用的技术特征，MIMO技术可以分为三类。第一类MIMO应用方案主要利用空间分集技术，分为接收分集和发射分集。接收分集利用最佳合成准则将接收到的多个信号合并，利用获得的分集增益提高接收端的信噪比，它适合于SIMO信道模型。发射分集则是在发射端对多副发射天线上的信号进行相应处理，使得接收端利用一定的组合方案就能获得分集增益，它适合于MISO信道模型。此类MIMO 应用方案以延迟分集和空时编码（Space-Time Coding，STC）为代表。第二类MIMO应用方案主要利用了空间复用技术，利用空间多路传输相互独立的数据，以提高系统总的传输速率。这类MIMO应用方案以BLAST系统为代表，但这类MIMO应用方案往往达不到完整的空间分集，所以不适合对传输可靠性有很高要求的应用中。第三类MIMO应用方案主要利用发射信道的状态信息，使得发射信号能量集中在接收方向，从而达到获取容量增益的目的，这类技术又称为波束赋形。
1.2 MIMO技术研究现状
20世纪70年代，A. R. Kaye 与 D. A. George（1970），Branderburg与Wyner[1]（1974）和 W.van Etten（1975，1976）等人最早提出多输入多输出的想法。论文[1]中分析了带有高斯白噪声的多输入多输出线性信道的信道容量问题。此后，贝尔实验室的 Jack Winters 和 Jack Salz相继发表了多篇关于波束赋形应用的论文[2]。1991 年，Array Comm公司的研究人员Richard Roy和Bjorn Ottersten首次提出了空分多址（SDMA）的多用户MIMO概念。1993年，Arogyaswami Paulraj和Thomas Kailath 提出了使用MIMO达到空间多路复用的概念。他们的专利[3]着重于将一个高比特速率的数据流分割成为几个低比特速率的数据流。然而，奠定MIMO理论在现代通信理论中的地位的工作却由Greg Raleigh，Gerard J.Foschini和Emre Telatar这三人于1996年完成。他们在论文中提出了新的利用MIMO技术的方法，即在发射端多天线协同工作以达到有效提升信道容量的目的[4,5]。在Foschini等人的论文指导下，贝尔实验室于1998年首次提出了一个基于“垂直贝尔实验室分层空时算法”（V-BLAST）的MIMO实验系统，它主要是利用空间多路复用技术来提升MIMO通信系统的性能[6]。从Foschini发表论文以来，MIMO理论研究已经成为无线通信领域的重要研究课题。大量MIMO研究论文的发表，极大地丰富和发展了MIMO理论体系，为MIMO理论的应用提供了理论指导和技术条件。MIMO系统具备利用多径信号的能力，但是对于宽带无线通信中的频率选择性衰落问题，却没有很好的效果。正交频分复用（OFDM）技术，在选择合适的载波带宽和采用纠错编码（ECC）的情况下，可以很好的解决频率选择性衰落问题。因此，将二者结合起来，即MIMO-OFDM 技术[7]，已经成为宽带无线通信中MIMO应用的研究热点。
1.3 大规模MIMO系统简介
大规模MIMO是利用基站侧配置的大规模天线阵列服务小区中若干用户的MIMO系统。文献[8]和[9]的研究表明：当天线数目趋于无穷大时，大规模MIMO能够有效提高空间分辨率，削弱快衰落、非相关噪声的影响，使空间资源能够进一步划分，可以采用空分多址的复用方式，增加同时调度与服务的用户个数，实现多用户传输，提高系统容量。
大规模MIMO系统的优点主要体现在以下几个方面：
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