在高频无线电波传播损耗不断增大的背景下，必须借助大规模阵列天线技术作为5G多天线解决方案的核心手段，通过自适应调整天线方向性来弥补损耗。这套系统把传统的宏蜂窝覆盖区域划分成了多个小蜂窝或者准宏蜂窝，其中宏蜂窝利用0.3至3 GHz的超高频（UHF）频段维持业务区域。与之配合的是更高频段的覆盖小区，如低超高频（SHF）频段3至6 GHz、高SHF频段6至30 GHz以及甚高频（EHF）频段30至300 GHz。系统为控制信号处理和用户数据处理建立了分离的连接链路，分别称为控制平面（C平面）和用户平面（U平面）。在这种结构中，宏蜂窝凭借UHF频段覆盖面积大的优势维持网络覆盖，而高频小区则通过更高的频段提升信号带宽，进而实现超高的数据传输速率。 把大规模阵列天线安装在平坦的阵列结构上时，若阵元间距设定为工作波长的一半（例如20 GHz时约为7.5毫米），能在约12平方厘米的面积内集成256个天线单元。随着频率提升波长缩短，相同区域内能容纳的单元数量会大幅增加。通过调控每个单元的信号幅度和相位，就能产生窄波束从而实现精确的方向控制。实验结果显示了3.5 GHz、10 GHz和20 GHz三个频段下的天线到达距离表现，即把相同功率的信号发射出去后波束最远能到达多远。当总发射功率固定在33分贝毫瓦时，随着频率升高到达距离逐渐缩短；但即便在20 GHz频段下，采用更大面积的天线时距离也不会锐减太多。相比之下，在10 GHz频段需要100个单元（10×10）就能达到约490米的射程；而在20 GHz频段下若想达到类似效果，则需要超过400个单元（20×20）。这一数据表明频率提高后不仅元器件数量增多成本上涨，还导致了性能与成本之间的矛盾成为5G多天线技术面临的一大难题。 基于大规模阵列天线的多输入多输出传输技术被称为“大规模MIMO”。它可以通过补偿传播损耗来扩大通信区域，也能通过复用多个用户来提升高频小区的系统容量。为了实现这些功能，需要在发射端进行预编码处理以避免用户之间以及数据流之间的干扰。为了完成高精度的预编码操作，基站需要了解无线传播信道的状态信息（CSI）。这就要求终端侧估计出CSI并反馈给基站，或者采用时分双工（TDD）模式下的信道互易性来获取信息。 下图展示了一种采用正交频分复用（OFDM）技术的典型大规模MIMO发射机配置图。这种配置需要为数模转换器（DAC）以及与天线单元数量相同的上变频器留出空间。同时基带处理电路还需执行逆快速傅里叶变换（IFFT）并附加循环前缀（CP），其数量完全与发射单元数目一致。在这种架构下就可以进行数字预编码处理以实现全数字大规模MIMO。然而要在SHF高频段和EHF波段实现这种方案却困难重重。因为所需的DAC和模数转换器价格昂贵、功耗巨大且难以实现高性能处理。 波束形成的目的是让无线电信号朝指定方向辐射或接收。为了降低成本并允许一定程度的性能降级，人们考虑在整个频带上统一进行波束形成操作。在这种情况下IFFT处理后的波束形成位置会有所变动。为了打造低成本的大规模MIMO发射机设计人员提出了一种混合波束形成方案，它将数字预编码与模拟波束形成相结合起来使用如图所示。在这种混合配置中只需处理一定数量的波束数L就能够减少IFFT的计算量。同时用射频电路中的可变移相器来代替部分数字波束形成过程以实现模拟波束控制从而降低了系统的整体复杂度。