首先要搞清楚
Massive MIMO是個什麼鬼呢？這個可以先望文生義下，Massive MIMO就是一套使用了大數量天線的天線陣列系統。也稱為大規模MIMO（Large Scale MIMO，Very Large MIMO，Hyper MIMO，Full-Dimension MIMO 和ARGOS）。
那麼這個Large Scale MIMO需要使用多少天線呢？
回答這個就比較困難了，因為根據接收機算法(equalizer design)的設計不同會有不同的答案。比如使用最簡的接收機設計(the most primitive) ，我們可能需要300個以上的天線，如果認為這個數字太大的話就可以通過使用一些智能一點的接收機(equalizer)算法。
在一些能夠稱為Massive MIMO的原型系統中，天線數量可以是64，256，隨著更多的原型出現這個數字也是越來越多種多樣。根據R1-163132 section 2.5的描述，5G採用的方案是下行256，上行32個天線的配置。
在傳統的使用normal MIMO的LTE系統中，最多的天線配置是8x2 或者4x4 （2015.3），而在2016年4月定義了8x8。
Massive MIMO 能夠將信號能量的發送和接收集中在極小的區域範圍。這將為提高吞吐量和能量效率提供幫助。特別是在調度大量的成百上千用戶終端設備時候效果更為明顯。
Massive MIMO最初是在TDD系統中設計的，也可以在FDD中實現。另外Massive MIMO帶來的好處還包括能夠擴展使用low-power部件，降低延遲，簡化MAC層過程以及為增強對抗干擾的強壯性帶來支持。
那麼為什麼5G將使用Massive MIMO呢？
為5G選擇Massive MIMO是因為沒有別的技術可選。因為在5G中將使用非常高的頻段（毫米波頻段）。高頻段就意味著單一天線的尺寸將非常小，接收能量的區域也就非常小。在高頻上為了克服接收機端接受區域小的缺陷，就需要採用大量的傳送天線。這是5G採用Massive MIMO的最主要的原因。但當一旦採用了Massive MIMO技術後，卻發現了它能帶來很多好處。
比如設想如下場景：一個發射天線和一個接收天線各自安放在相距R的位置上。
假設發射天線功率是Ptx，那麼接收信號的功率是多少呢？進一步假設是在理想環境下，接收功率可以用如下公式表示，這個和我們在學校裡學習的平方反比定律非常相似，即接收功率按照到發射天線的距離的平方比例而下降。據個例子來說如果距離是兩倍距離遠，那麼接收的功率就會下降4倍。
這樣聽起來非常簡單吧，這個理想的公式並不包括任何關於頻率或者接收天線增益等相關的參數。也就是意味著接收到的信號功率不受信號所使用的頻率或者接收機端所使用的天線的增益的影響。但是我們知道從無線通信的原理來說這肯定不是真實情況。在實際情況中，接收信號功率是受所使用的頻率和接收天線增益影響的。如果我們在數學模型中加入了頻率（波長）和接收機天線增益，那麼這個數學模型的公式就會變成下面這個樣子了. 根據這個公式接收機功率和波長的平方成比例的，比如我們假定天線增益不變，頻率增加了2倍（即波長縮短了2倍），那麼接收功率就會降低4倍。
在5G裡將使用很高的頻率，也就是使用非常短的波長的信號。那麼也就意味著接收信號功率將會比當前使用的頻率的信號低很多。比如當前通信系統使用2Ghz頻率，而在5G中可能會使用到20GHz了，那麼20GHz的波長比2GHz波長短10倍，這就意味著20GHz接收機端所接收到的信號功率比2GHz的接收機接收到的功率低100倍！
實際上，在實際網絡環境的情況可能更為複雜，因為不僅僅接收機天線的增益有影響，發射天線也是一個重要因素，如果我們把發射機天線增益也加入公式的話，公式的樣子就會變成下面這個樣子了：
如果在高頻環境下克服這類接收機功率減小太多的困難呢？或者說，如果提升高頻環境中接收端的功率呢？。
從數學上來說是很簡單，可以通過設置下面的參數來提升接收機功率Rtx：
i) 提升發射機功率Ptx (Transmiter Power)
ii) 縮短髮射機天線和接收機天線的距離。
iii) 提高使用頻率的波長（就是儘量使用低頻信號了）
iv) 提高接收機天線增益
v) 提高發射機天線增益
而在實際網絡環境中，上述這些條件是不可能全部使用的：
選項 i) 可以一定程度上提升發射功率，但是不能任意提升。設備有規格要求，組網環境也會有所限制。
選項 ii) 這個不能作為解決方案使用，因為這個距離是網絡規劃的結果，很多站點客觀上是不可改變的。
選項iii) 不能作為解決方案，一旦標準化組織和運營商分配了頻率就只能使用這些頻率而不能擅自改變。
選項 iv) 和選項v) 也許是可行的，但是也不太可能無休止的提升天線增益。
那麼我們如何提升天線增益呢？首先想到的是可以通過天線產品的設計來提升，比如天線的形狀，物理材質等。但是通過天線設計提升的增益部分是不可能彌補使用不斷提高的頻率而降低的接收端功率降低的程度。所以在這個情況下，僅有的解決方案將是增加使用天線的數量，使用Massive MIMO的動力由此就很明顯了，基本思路如下所示：
如果提高了接收機的接收功率之外， Massive MIMO還帶來了其他幾個潛在的好處：
Massive MIMO 能夠將容量提升10倍以上，同時提高發射的功率效率100倍。
Massive MIMO 能夠使用廉價，低功耗的器件。
Massive MIMO 能夠顯著地縮短空中接口的延遲 (本身具有強對抗衰落的特性)
Massive MIMO 能夠簡化multiple-access layer
Massive MIMO 能夠針對抵抗人為製造的干擾和故意的抑制提升強壯性。
3GPP R1-136362 中也很好的總結了一個關於使用Massive MIMO的動機和麵臨的挑戰的列表，通過採用Massive MIMO 就可以應用高增益的可調整的波束整形來提高覆蓋，降低系統內干擾(因為波束寬度會變得比較窄)。
更多天線方案的空間
Spatial Focuswith More Antenna應用Massive MIMO可以使天線陣列傳輸的大多數的能量集中在非常窄的區域，這就意味著通過使用更多的天線就可以使波束寬度變得窄一些。下面的圖示體現了波束寬度隨著天線數量的增加而變窄的情況。這個影響有正面的，同時也有負面的。好處是不同用戶的波束beam之間的干擾要小一些，這是因為每個波束都面向非常小的區域，而不利的地方是必須使用非常尖端的算法來找到用戶的精確位置並指導波束指向該用戶。
此圖作的一個假設是：在2天線陣列和4天線陣列方案中，每個天線發送相同的功率，這樣就能在4天線這列方案中看到高些的峰值功率，而實際上隨著天線數的增加每個天線的功率會降低，也就是說不能通過增加天線陣列中的天線數來提高發射的總功率。
下面是另一個例子（2維天線陣列），可以看到隨著天線數量的增加，波束逐漸變窄。
Ok，Massive MIMO本身還是有很多更深入的詳細的內容，感興趣的話可從下面兩個地方獲取進一步的文檔來學習：
Massive MIMO參考資料：
1．Massive MIMO blog, www.massive-mimo.net"。
2．3GPPTSG-RAN WG1 #85 R1-165362 : Multi-Antenna Architectures andImplementation issues in NR
