5G NR系統的模擬波束管理概述

• 隨着低頻段頻譜資源變得稀缺，毫米波頻段能夠提供更大帶寬，成爲了移動通信系統未來應用的重要頻段。毫米波由於波長較短，具有與傳統低頻段不同的傳播特性，例如更高的傳播損耗，反射和衍射性能差等。因此通常會採用更大規模的天線陣列，以形成增益更大的賦形波束，克服傳播損耗，確保系統覆蓋。
• 毫米波天線陣列，由於波長更短，天線陣子間距以及孔徑更小，可以讓更多的物理天線陣子集成在一個有限大小的二維天線陣列中；同時，毫米波天線陣列的尺寸有限，從硬件複雜度、成本開銷以及功耗等因素考慮，無法採用低頻段採用的數字波束賦形方式，而是採用模擬波束和數字端口相結合的混合波束賦形方式。
• 對於一個多天線陣列，其每根天線都有獨立的射頻鏈路通道，但共享同一個數字鏈路通道，需要每條射頻鏈路允許對所傳輸信號進行獨立的幅度和相位調整，所形成的波束主要通過在射頻通道的相位和幅度調整來實現，稱爲模擬波束賦形信號。而全數字波束賦形的天線陣列，每根天線都有獨立的數字鏈路通道，可以在基帶控制每路信號的幅度和相位。
• 模擬波束賦形有以下特點。
  • 對於模擬波束賦形，每根天線發送的信號一般通過移相器改變其相位。
  • 由於器件能力的限制，模擬波束賦形一般在整個帶寬上進行賦形，無法像數字波束賦形那樣針對部分子帶單獨進行賦形。因此，模擬波束賦形間通過時分（TDM）方式進行復用。
• 由於以上這些特點，模擬波束賦形的賦形靈活性要低於數字波束賦形。但由於模擬波束賦形的天線陣列所需要的數字鏈路數量要遠低於數字波束賦形的天線陣列所需要的數字鏈路數量，在天線數變得很多的情況下，模擬波束的天線陣列成本下降明顯。
• 混合波束賦形結構在數字波束賦形靈活性和模擬波束賦形的低複雜度之間做了平衡，具有支撐多個數據流和多個UE同時賦形的能力。同時，將複雜度也控制在合理範圍內，因此成爲毫米波中一種廣泛採用的傳輸方式。