虚拟实际、无人机、主动驾驶，在这些炫酷的热点技巧背后，都能看到5G移动通信体系的身影。本年春季，3GPP组织将5G部分空口标准化工作由研究阶段转入工作阶段。这意味着，经由多年的热切期盼，传说中的5G此次真的要来了!

5G基站可以支撑大年夜范围天线阵列，可设备的天线数量甚至可以达到1024根。要充分发挥这些大年夜范围天线阵列的潜力，5G的波束成形技巧(Beamforming)绝对必弗成少!今天我们就带大年夜家一路，接近这双助力5G通信起飞的同党。

波束成形技巧道理

在空间传播过程中，无线旌旗灯号的质量会出现衰减。这种被称之为“路损”(path-loss)的衰减现象会对通信体系产生巨大年夜的影响。特别是对于毫米波段的5G通信体系，高达几十dB的旌旗灯号衰减可能会导致体系无法正常工作。在这种情况下，波束成形技巧就可以大年夜显身手，有效对抗路损。

研究人员在良久之前就已发明：多天线通信可以进步无线旌旗灯号的传输质量。无线旌旗灯号在空间传播如同船在水中行驶，路损就相当于水对船产生的阻力;天线以必定功率发送无线旌旗灯号，如同船桨克服水阻推动船前行。

第一阶段为粗扫描，基站应用少量的宽敞束覆盖全部小区，并依次扫描各宽敞束对准的偏向。如上图所示，基站在此阶段应用了宽敞束tA和tB，且只为用户对准宽敞束，对准偏向精度不高，所建立的无线通信连接质量亦比较有限。

5G 体系采取beamforming技巧

传统基站的天线数量少，无线旌旗灯号传输质量就有限。这一点与独排或双桨的行船方法类似，因为桨少、人少、力量小而导致行船速度迟缓。5G基站则采取了大年夜范围天线阵列，不雅断将独排和双桨进级到龙舟，桨多人多，力量爆棚! 波束成形技巧经由过程调节各天线的相位使旌旗灯号进行有效叠加，产生更强的旌旗灯号增益来克服路损，大年夜而为5G无线旌旗灯号的传输质量供给了强有力的保障。如同龙首的鼓点引导龙舟浩瀚桨片密切合营，使得龙舟竞速，船行如箭，是不是猴塞雷?!

Beamforming技巧产生指向性波束

有趣的是，波束成形技巧会对无线旌旗灯号的能量产生聚焦，形成一个指向性波束(Beam)。平日波束越窄，旌旗灯号增益越大年夜。但副感化是，一旦波束的指向偏离用户，用户反而接收不到高质量的无线旌旗灯号，可谓是差之毫厘，谬以千里!是以，若何将波束快速对准用户便成为5G标准中波束治理 (Beam Management)技巧的重要内容

5G的波束治理技巧

波束治理技巧道理

采取波束成形技巧之后，5G基站必须应用多个不合指向的波束才能完全覆盖小区。如上图所示，基站应用了8个波束覆盖其办事的小区。鄙人行过程中，基站依次应用不合指向的波束发射无线旌旗灯号，该过程被称作波束扫描(Beam sweeping);与此同时，用户测量不合波束发射出的无线旌旗灯号(Beam measurement)，并向基站申报相干信息(Beam reporting);基站根据用户申报肯定对准该用户的最佳发射波束(Beam determination)。

更为复杂的是，用户也有天线阵列。这意味着，我们在波束对准的过程中既要推敲发射波束，也要推敲接收波束。为此，5G标准许可用户对发射波束变换不合的接收波束，并大年夜中选择最佳接收波束，由此产生一对最佳发射—接收波束。上图顶用户1和2所对应的最佳波束对分别为(t4，r3)和(t6，r2)。

此时，大年夜家可能会认为波束治理过程十分简单，但事实并非如斯。实际上，为包管最终获得足够的旌旗灯号增益，大年夜范围天线阵列所产生的波束平日须要变得很窄。付出的价值是，基站须要应用大年夜量的┞翻波束才能包管小区内随便率性偏向上的用户都能获得有效覆盖。在此情况下，遍历扫描全部窄波束来寻找最佳发射波束的策略显得费时辛苦，与5G所期望的用户体验不符。为快速对准波束，5G标准采取了分级扫描的策略，即竽暌股宽到窄扫描。

波束治理的分级扫描过程

结合方才出炉的5G标准在研究阶段的结不雅，以及移动通信的下行过程 (Downlink，即基站到用户的无线传输) ，我们来看一下波束治理的根本技巧道理。

第二阶段为细扫描，基站应用多个窄波束一一扫描已在第一阶段中被宽敞束覆盖的偏向。对单个用户而言，尽管此时的扫描波束蹦┞翻，但所需扫描典范围却已缩小，扫描次数便响应削减。如上图所示，在第一阶段宽敞束对准的基本上，基站只需持续细化扫描与各用户有关的4个窄波束，比如为用户1扫描波束t1-t4, 为用户2扫描波束t5-t8。此时，基站改良了对准每个用户的波束偏向的精度，所建立的无线通信连接质量获得进步。是以，在图示的两级波束治理过程中，基站只需为每位用户扫描6次，而无需对全部8个窄波束都进行扫描。

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本文标题：解析5G背后的核心技术：波束成形

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