文献综述
无线通信技术的现状和发展背景：
从20世纪70年代末商用的第一代移动通信系统开始，移动通信系统已走过了近四十年的历史，从当初的大哥大到如今第五代移动通信系统（5G，5th Generation）即将来临，其速度令人惊异。而在整个通信发展的进程中，通信的需求与技术的发展是相互促进相互依存的关系。先进技术提供便利使得人与人之间联系更加紧密，伴随着产生更高层次的需求，反过来更高的需求推动了技术的进一步发展。从移动通信来看，最开始传输语音、文字，到高质量的音频、图像等基本数据业务，再到高清视频和高速的互联网业务，移动通信数据量的需求正按照“指数”速度上升，移动通信也经历了以下几个过程：第一代移动通信系统（模拟语音）、第二代移动通信系统（数字语音和低速数据）、第三代移动通信系统（移动多媒体）、第四代移动通信系统（宽带化、高速率）、第五代移动通信系统（千兆网络，人工智能）。5G移动通信技术相对于4G将有不少突破与优势，同时其核心技术——毫米波大规模MIMO技术的研究在其中占据着举足轻重的地位，它能够大幅度地提高系统的容量，同时能降低能耗，是目前5G关键技术研究的重要组成部分。在大规模MIMO系统中预编码技术能够提高容量、降低误码率和简化接收机的复杂度，对5G系统性能起着至关重要的作用。
MIMO技术的现状和发展背景：
MIMO技术主要是指发射端与接收端在使用的过程中存在多个发射天线与接收天线，并且形成多进单出与单进多出的基本方式。从本质上而言，MIMO技术在一定程度上为系统提供空间复用以及空间分集。这样就可以提高信息的容量与信息的可靠性，从根本上降低信道出现代码错误。MIMO技术作为一种增强通信系统的技术，在无线通信领域的早期其带来的作用便得到了认可。传统通信系统的发送端与接收端通常只使用一个天线端口，这类天线系统也称之为单输入单输出(Single Input Single Output, SISO)系统，后续发展出现了多输入单输出(Multiple Input Single Output, MISO)，单输入多输入(Single Input Multiple Output, SIMO)天线。第三代移动通信系统发展要求更好的服务质量、更高的频谱利用率，之前的天线系统为了达到要求需要不断提高发射功率，增加信道编码的冗余度，很明显不符合移动通信系统不断发展的要求。20世纪90年代中期发明的MIMO技术为现代无线通信开辟了一个全新的领域，对于高速数据接入业务，提供了一个极大提高系统频谱效率的手段，它在无线链路两端均采用多大线，分别同时接收与发送，能够充分开发空间资源，在无需增加频谱资源和发送功率的情况下，成倍地提升通信系统的容量与可靠性。传统SISO系统根据发射机或接收机端装备的多路天线，可以分为多输入单输出、单输入多输入及多输入多输出。对于MIMO 系统收发侧装备天线数目越多，传输信道的空间自由度越高，系统能够获得复用增益，数据传输的可靠性也增强。但是伴随着天线数增多，MIMO系统在收发两侧需要付出更多的硬件消耗（比如射频电路）以及信号处理过程中更多的能量消耗。尽管MIMO系统相比于传统单天线系统能够获得更高的系统容量以及提高通信的稳定性，但是对于终端间的干扰抑制处理会伴随天线数的增加，其复杂度显著上升，同时并不能满足系统容量成倍增加的需求。2010年底，贝尔实验室科学家Thomas L. Marzetta分析了大规模MIMO(Massive MIMO)的概念，提出了大规模MIMIO技术。针对数量众多的天线，有以下两种配置方式：一方面，这些天线可以集中地配置在一个基站上，形成集中式的大规模MIMO；另一方面，这些天线可以分布式地配置在多个基站上，形成分布式的大规模MIMO。研究表明MIMO主要有三种传输技术：发射分集的空时编码，空间复用，波束成型技术。也总结了大规模MIMO的优势有以下几点：
(1) 与现有MIMO技术相比，大规模MIMO的空间分辨率有了显著提升，同时其能充分利用空间维度资源；
(2) 大规模MIMO在基站密度以及带宽均不增加的条件下，可以明显提高频谱效率，从而能够在同一时频资源上利用其空间自由度使得网络中的多个用户可以与基站同时进行通信；
(3) 大规模MIMO能够将波束限制在很小的范围内，使得干扰显著降低；
(4) 大规模MIMO可以大幅度减小基站的发射功率，从而提升功率效率；
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