20世纪90年代，Turbo码的出现使信息传输速率几乎已经达到了理论的上限，理论上性能提升的瓶颈似乎就近在眼前。就在那个时候，通过在发送端和接收端部署多根天线，MIMO技术在有限的时频资源内对空间域进行扩展，将信号处理的范围扩展到空间维度上，利用信道在空间中的自由度实现了频谱效率的成倍增长。

经过十几年的研究和发展，MIMO技术已经成为4G系统的核心技术之一，但受技术发展阶段及产业化精细程度限制，基站天线数目一直严格受限。伴随5G时代的到来，用户数目和每用户速率需求显著增加，对空间域进一步扩展的需求更加迫切，针对MIMO技术的深入研究因此备受关注，如何进一步扩展MIMO系统的性能成为热点研究方向。

大规模天线技术在提升系统频谱效率和用户体验速率方面的巨大潜力，使其在5G时代备受关注。虽然计算能力的提升以及空间波束赋型的提出都使得大规模天线技术的应用前景颇具诱惑力，但在如何推动大规模天线的实用化，满足大规模天线在灵活部署、易于运维等方面的实际需求方面，其仍然需要解决很多问题^[1，2]。

（1）三维信道建模

大规模天线技术的核心是通过对传播环境中空间自由度的进一步发掘，更有效地进行多用户传输。利用信道建模的方法，精确地还原出实际无线传播环境中丰富的空间自由度，是对大规模天线相关技术进行研究和应用的前提和基础。同时，需要设计优异的信道测量、量化和反馈方案，并兼顾性能精度与计算复杂度、开销占用的有效折中。

（2）传输方案

采用大规模天线技术可以增加天线数目，扩展传输的空间自由度，进而支持更多用户并行传输，从而使频谱利用率显著增加。大规模天线的传输方案设计将从两个方面来实现这一目标：一方面，降低传输过程中空间信道信息获取的代价并提高信道信息的利用效率；另一方面，采用可以降低计算复杂度的传输设计方案，实现传输效率与工程实现难度的平衡。(www.daowen.com)

（3）前端系统设计

考虑实际部署环境的要求，难以使用单一类型的大规模天线前端设备。针对室内/室外、集中式/分布式部署方式，需要在框架和具体的设计方法上对天线形态及前端各模块进行联合考虑、优化算法，使大规模天线系统能够通过多种方式灵活部署。

（4）部署、应用需求

大规模天线技术不仅将应用于宏覆盖、热点覆盖等传统应用场景，还可以用于无线回传、异构网络以及覆盖高层建筑物等场景，因此需要针对不同的应用需求设计相应的部署方案。除此之外，研究设计大规模天线技术与其他关键技术，如与超密集微基站、高频通信技术的联合组网方案，以满足实际部署、运维中更加灵活多样的需求，这也是推动大规模天线技术实际应用的关键问题。

本章从MIMO技术的技术原理、LTE中定义的MIMO技术以及未来大规模天线的挑战与研究现状等方面对大规模天线技术进行全面分析与探讨。