大规模MIMO技术专利综述

鲁卉+吴晗

（国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心 湖北 武汉 430070）

摘 要：本文主要基于大规模MIMO技术的相关专利申请数据，对大规模MIMO技术在全球的专利分布情况进行分析，总结了大规模MIMO技术的专利申请趋势，主要申请人分布，并得出COMP的各技术分支的热点所在。

关键词：5G 大规模MIMO 天线 阵列 多用户

1.前言

随着4G进入规模商用阶段，5G研发也已拉开帷幕，在全球业界的共同努力下，5G愿景与关键能力需求已基本明确，总体目标是在2020年启动商用。5G关键技术着眼于三个方面：利用大规模天线技术提升系统的频谱效率；采用毫米波频谱扩展系统的带宽；部署多层密集网络提升系统区域频谱复用度。本文聚焦大规模天线技术的演进，从专利的角度进行统计和分析，并在此基础给出后续的技术走向。

2.专利技术发展

2.1全球专利分析

通过对全球大规模MIMO技术的专利申请进行统计与分析，笔者整理出大规模MIMO技术的全球专利申请历年分布、申请区域分布以及主要申请人分布情况。

从图1中可以看出大规模MIMO在2010年才有专利申请，这与2010年Marzetta提出大规模天线通信技术的时期相吻合。大规模MIMO从2010年开始出现少量申请，从2013至2014年申请量开始增长，而且我们有理由相信，2015年之后这种增长趋势将加大。大规模MIMO直接通过增加基站端的天线数就可以使得系统容量增加，而不需要缩小小区的规模，使对大规模MIMO技术的研究在5G中被重点关注，所以相应的专利申请趋势也必然是爆发式上升。

图2显示了大规模MIMO在全球不同国家的专利申请量。中国、美国、韩国的申请量各占了37%、33%、12%，中国和美国占了申请量的半数以上。中国由于中兴、华为等通信设备厂家的快速崛起，在该领域获得较高的申请量，而美国拥有以高通为代表的公司，拥有强大的研究实力。拥有以通信业务为主的LG和三星公司的韩国其申请量排在第三位，其在4G至5G的发展也显示较好的发展趋势。

从图3可看出，大规模MIMO领域还处于起步阶段，国内大学申请占了很大比例。由此可见，大规模MIMO的学术研究正在如火如荼的锦绣中，而企业中，则韩国的LG、三星处于领先位置，表明韩国对5G通信技术的研究处于蓬勃发展阶段。

2.2面向5G的大规模MIMO专利申请演进

针对大规模MIMO的在信道估计、预编码/波束成形、导频等领域的申请情况进行分析，得到了其演进情况，具体如图4所示：

大规模MIMO的概念在2010年被提出，2010年申请的专利CN101867402中还没有提到massive MIMO的概念，文中分析了收发天线阵列各位32个单元天线的单用户MIMO系统，研究了在该天线数量下，MIMO系统天线阵列的自适应优化效率。这初步具有了大规模MIMO的思想。

2011年三星申请了US2013163457，大规模MIMO系統中进行信道估计的方法，还申请了专利US2013163544，根据信道反馈信息进行预编码。

2012年，企业申请居多，且存在2011年申请的同族申请，其中存在3D MIMO的研究，如CN103684657，是关于3D MIMO中预编码的研究；同时还有预编码及信道状态信息确保系统的传输性能。

而从2013年开始，高校申请量增大，如CN103297111，清华大学的申请，研究大规模MIMO上行多用户的信号检测；东南大学的CN103298124，研究大规模MIMO系统中的导频分配方法；同时企业也有部分申请，如美国博通公司的申请US2014307814，关于预编码的研究。

2014年至2015年，申请量开始变大，大学申请侧重于复杂算法的研究，如华中科技大学的申请CN104009947，公开了一种大规模MIMO TDD无线系统下的导频信号发送和信道估计方法；企业申请注重于实际工业应用，如三星的申请US2015256244，公开了通过信道反馈信息进行码本选择的方法，即预编码。

在各个分支领域高校与企业都有研究，但高校申请注重从技术角度出发，研究信道估计，预编码/波束成形中的算法；而企业则更注重从工业角度考虑，研究天线阵列（如3D MIMO）、根据反馈信息实现系统传输的有效性等。

3技术演进及发展预测

在大规模MIMO中，信道估计、预编码/波束成形仍将是研究重点，新的问题导频污染产生，这也将是研究的重难点；而天线数量的增加，大的天线阵列的研究也会越来越多。

参考文献

[1] IMT-2020， 5G概念白皮书，2015年12月

[2] IMT-2020， 5G无线技术架构白皮书，2015年5月

[3] 赵龙，大规模天线通信系统性能研究，博士研究生学位论文，2015年4月endprint