5G中的波束赋形
波束赋形(Beamforming)是一种提高接收信号的信噪比、消除不需要的干扰及将发射信号聚焦到特定位置的技术。波束赋形具有传感器阵列系统核心,广泛应用于5G、LTE和WLAN等MIMO无线通信系统。
5G与波束赋形鉴于中、高频频谱的应用,5G系统中采用了多种波束赋形技术,其中:包括数字波束赋形、模拟波束赋形、混合波束赋形、MIMO or MassMIMO、动态波束赋形、基于码本波束赋形和发声器的波束赋形。
波束赋形特点在5G系统中通过波束赋形将信号引导至特定用户或区域,在提高网络性能和效率方面发挥着至关重要的作用。5G中使用多种类型波束赋形技术来实现这一目标;其中:
数字波束赋形通过以下两步完成:
- 预编码:该技术涉及在发射机处使用多个天线元件来操纵每个天线信号的相位和幅度。通过这样做,传输的信号可以以相长干涉的方式组合到所需用户的位置,从而创建聚焦波束。
- 后合并:在接收端,将从多个天线接收到的信号进行合并,以最大化接收信号功率,从而提高接收数据的质量。
模拟波束赋形通过以下两步完成:
- **移相器:**利用射频链中的移相器来调整不同天线元件上的信号相位。这样,信号可以在特定方向上建设性地组合。
- 波束转向:通过改变移相器施加的相移,可以将波束转向不同的方向,而不需要复杂的数字处理。这对于固定波束特别有用。
混合波束赋形结合了数字波束赋形和模拟波束赋形的优点;先使用数字预编码,然后进行模拟波束赋形。这种方法可以提高波束转向的灵活性,同时降低数字处理的复杂性。
MIMO波束赋形多输入多输出的MIMO技术在发射器和接收器处利用多个天线来提高通信性能。MIMO中使用波束赋形将信号集中在所需方向,从而提高连接的整体吞吐量和可靠性。
Mass MIMO波束赋形在Mass MIMO中基站使用大量天线元件。这使得能够在多个维度(例如仰角和方位角)进行波束赋形,而且可通过高度聚焦的波束同时为多个用户提供服务。
动态波束赋形是根据用户的位置和移动实时调整波束方向;这样可确保移动中的用户在位置发生变化时继续接收最佳信号质量。
基于码本与预定义波束赋形模式可以根据用户的位置和信道条件进行选择;这样可减少波束赋形反馈相关的开销。
基于发声器波束赋形使用专用设备来实时测量信道特性。然后该信息用于调整波束赋形策略以实现最佳信号传输。
5G(NR)中这些类型波束赋形技术通过不同方式将信号能量集中在最需要的地方、减少干扰和提高整体系统性能;它们对于增强网络容量、覆盖范围和用户体验都至关重要。
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