4G和5G移動通信系統中的波束成形技術:如何“形成”波束
現在,您會問我們“如何形成波束?”。如果您想以一種清晰明瞭的方式來理解這種機制,則需要轉向枯燥乏味的數學知識中。我們將在後面的文章(基本概念:陣列天線)中研究這種數學知識解釋方式,但是在學習枯燥的數學知識之前,讓我們對波束形成的原理有一些直觀的瞭解。
形成波束(Beamforming)的最簡單方法是將多個天線排列成陣列。對齊這些天線天線元件的方法有很多,但是最簡單的方法之一就是沿一條線對齊天線,如以下示例所示。您應該在此處看到的直觀想法是:當在天線陣列中放置更多天線單元時,您將獲得更清晰的波束。
注意:此示例圖是由Matlab PhaseArrayAntenna工具箱創建的。
更多的天線單元可以形成更窄的波束
將天線單元排列成陣列形式的另一種方法是將天線單元排列在二維正方形中,如以下示例所示。您應該在此處看到的直觀想法是,在天線陣列中放置更多天線單元時,您將獲得更窄的波束。
正方形天線陣列:天線單元越多形成的波束就越窄
正方形天線陣列:單元數越多波束越窄
現在讓我們考慮另一種二維天線陣列,天線陣列的形狀不是正方形,如下所示。您可以得到的直覺是,波束沿有更多天線單元數的方向軸壓縮得更窄。
波束沿有更多天線單元數的方向軸壓縮得更窄
注意:此示例圖是由Matlab PhaseArrayAntenna工具箱創建的。
波束成形技術
有幾種不同的方法可以實現波束成形。以下是最常用的幾種技術:
1、開關陣列天線:這是一種通過從天線系統的陣列中有選擇地打開/關閉天線來改變波束方向圖(輻射形式)的技術。
2、基於DSP的相位處理:這是一種通過改變通過每個天線的信號的相位來改變波束方向圖(輻射形式)的技術。使用DSP,您可以不同地更改每個天線端口的信號相位,以形成最適合一個或多個特定UE的特定波束方向圖。
3、通過預編碼進行波束成形:這是一種通過應用特定的預編碼矩陣來更改波束方向圖(輻射形式)的技術。這是LTE中使用的技術。在LTE中,以下傳輸模式隱式或顯式地實現“ BeamForming(波束成形)”。
TM 6-使用單個傳輸層的閉環空間複用。
TM 7-波束成形(天線端口5)
TM 8-雙層波束成形(天線端口7和8)