大规模天线

过去，我们使用的手机，无论是最早的“大哥大”，还是上一代的功能机，都会有一个天线突出来。但是，我们发现，在后来的智能手机上，天线越来越小，甚至从手机的外表上看已经找不到了。

是因为通信网络越来越好，手机就不需要天线了吗？

其实不是，天线无论如何都是需要的，我们现在看不到它，主要原因是，无线通信使用的频段越来越高，电磁波的波长相应地越来越短。而根据天线的特点，天线的长度是波长的1/10～1/4。所以，现在的天线长度就短到可以直接设计在手机的机体里面，而且一部手机还可以设计很多根天线。

美国莱斯大学研究出一款大规模天线阵列原型机（见图3-3），它是由64个小天线组成的天线阵列，这很好地展示了大规模天线系统内部构造。

图3-3大规模天线阵列原型机

这就是5G网络中的关键技术之一，名为Massive MIMO。Massive MIMO技术是通过大规模天线阵列以及波束赋形技术对每个用户分配专用的电波。举个例子，传统的单天线通信就如同电灯，可以照亮整个房间，但是很难将光线会聚到一个点上。而Massive MIMO利用波束赋形技术就如同手电筒，光亮可以智慧地会聚到目标位置上（见图3-4）。而且还可以根据目标的数目来构造“手电筒”的数目。

图3-4 波束赋形技术如同手电筒

要想提升无线网速，主要的办法就是采用多天线技术，也就是说，在基站和终端侧采用多个天线，组成MIMO系统。MIMO系统被描述为M×N，其中M是发射天线的数量，N是接收天线的数量（比如4×2MIMO）。

Massive MIMO其实就是在基站侧安装了几十根天线，实现大量天线同时发送数据，多根天线再同时接收数据的功能。这样一来，相比于传统通信方式，Massive MIMO可以在相同的频段资源上服务更多用户，从而提升无线通信系统的频段使用效率。

另外，发射天线和接收天线数量很大的时候，该系统可以降低上下行发射功率，可以有效提高功率效率。

目前，5G主要采用的是64×64MIMO。这样一来，我们在前面几章中提到的一些应用场景痛点就可以解决了。比如，大型赛事、演唱会、商场、交通枢纽等用户密度高的区域，人们打电话、发微信有时候信号不好，这就是由于信息号范围内用户过多造成的。而利用Massive MIMO技术就可以同时满足大量人群的通信需求。在5G时代，如果你在演唱会现场，就再也不用担心发不出去图片或者视频了。