[4G&5G專題-28]:架構-什麼是多天線技術與5G大規模天線陣列、波束賦形、高階空分複用?

目錄

第1章 多天線技術概述

1.1 LTE的多天線技術回顧

1.2 5G大規模天線陣列、波束賦形以及其動機

第2章 什麼是波束賦形

2.1 波束賦形與大規模天線陣列的關係

2.2 波束賦形的定義

2.3 常見的波束賦形相關的專業術語

第3章 Active Antenna有源天線

3.1 無源天線

3.2 大規模天線陣子的有源天線

3.3 5G的天線系統

第4章 波束賦形的基本原理

第5章 波束賦形的形成過程

5.1 決定波束形狀的因素有

5.2 單個全向天線的方向圖

5.3 單個半波陣子天線的方向圖

5.4 從120°扇區定向天線到波束

5.5 兩個全向天線相互干涉後的方向圖

5.6 單個全向天線+反射板的方向圖

5.7 帶反射板的海量的天線陣列

第6章 波束方向動態變化的原理

第7章 5G波束賦形的實現:相位的控制方法

7.1 模擬波速賦形:通過增加延時來控制載波信號的相位

7.2 數字波束賦形:通過IQ幅度調製來控制載波信號的相位

7.3 混合波束賦形:(高頻段)

第8章 高階空分複用(MAC層調度)

8.1 空分資源+時頻資源

8.1 單用戶SU-MIMO(提升單用戶的傳輸帶寬和數據速率)

8.2 多用戶MU-MIMO/多用戶波束賦形(提升系統的用戶數量)

9. 動態波束的管理

9.1 單波束動態掃描,波束的位置不是固定

9.2 如何通過波束廣播小區信號?

9.3 如何通過波束進行隨機接入

9.3 如何通過波束髮送數據

9.4 如何通過改變波束的方位動態追蹤處於連接狀態且移動的終端。

9.5 基於波束的服務


第1章 多天線技術概述

1.1 LTE的多天線技術回顧

LTE多天線技術,並非5G的引入的,早在4G LTE時代就引入了多天線技術,用於擴大覆蓋範圍和提升頻譜利用率以及空口數據傳輸速率。

LTE多天線技術源於兩個重要的動機:

(1)通過分佈式遠程拉遠天線提升信號的覆蓋範圍。

(2)通過多天線的空分複用的能力,在相同的頻譜帶寬的基礎上,提升頻譜利用率以及空口數據傳輸速率。這與在空中建設一層層高架橋的思想基本類似。

  • 層Layer:類似高架的概念,把空間邏輯上分成了N個層。
  • 邏輯天線端口:類似高價上的車道。邏輯端口的數量L必須要大於等於空間的層N(方程組的個數大於等於未知數的個數),通常情況下是N=L.
  • 流steam:類似與車流的概念,就是每個天線端口上傳輸的數據,即CPRI協議中的AxC天線數據。
  • 物理天線:發送物理信號的物理天線, 物理天線的數目M大於等天線端口L的數目,通常情況下M=L。

在閱讀本文之前,請先參考:LTE的多天線技術與多輸入多輸出MIMO相關的基礎概念,如下所示。

《圖解通信原理與案例分析-21:4G LTE多天線技術--天線端口、碼流、分集Diveristy、波束賦形BF、空分複用MIMO、空分多址》

https://blog.csdn.net/HiWangWenBing/article/details/110871535

本文是在這篇文章的基礎之上的進一步延伸。

 

1.2 5G大規模天線陣列、波束賦形以及其動機

既然,4G LTE已經引入了多天線技術,爲啥5G NR還需要5G大規模天線陣列呢?這需要從兩方面討論。

(1)LTE的多天線的侷限

  • 多天線的數量:常規的LTE的多天線,也就是做到了2T2R, 或4T4R,空間的複用也就提升了4層,即數據速率僅僅提升了4倍,與5G的少則64天線,多則幾百個天線相比,還有很大的提升空間。當然,5G引入的天線陣列,不是爲了增加MIMO的層數的,而是爲了用於波束賦形,就使得發送的電磁波信號的能量更加集中。
  • 多天線的物理空間:LTE工作在低頻段,電磁波的長度在釐米段,單根天線的長度還是多長,幾百個天線還是需要佔據很大的空間。
  • 多天線信號的能量:LTE的多天線MIMO發送的電磁波能量,基本上還是全向的,信號的能量在空間中浪費較大。
  • 天線技術的限制:LTE的多天線,基本上是無源天線,無法在天線上做方向上控制。

(2)5G新的業務和技術需求

  • 提升容量一種重要手段:5G eMBB 增強移動寬帶場景,峯值速率達到了20G, 除了採用更大的帶寬、更多的載波聚合等技術之外,增加相同頻譜下的空分複用也是其中一個重要的手段。

  • 提升頻率利用率的重要手段:低頻段頻譜耗盡,如何通過技術的手段在耗盡的頻譜上提升頻譜效率,是5G的一種重要的技術需求。

  • 5G工作在高頻段,空間的衰減比較嚴重,因此需要電磁波的能量更集中,提升信噪比,使得在同等的信號功率的情況下,在單個方向傳輸距離更遠。

(3)5G新的天線技術

  • 5G可以工作在高頻段,電磁波的長度在毫米段,單根天線陣子的尺寸以及他們之間的距離得到了極大的縮短,爲大規模天線陣列提供了物理基礎。
  • 5G的天線有無源天線向有源天線的演進,可以對天線發送的電磁波進行更多的控制,爲模擬波束賦形提供了技術基礎。

(4)標準的支持

  • 3GPP R13-16對超大規模天線陣列提出了明確的規範

(5)5G的高階空分複用:大規模天線陣列、波束賦形。

如果說,LTE多天線MIMO是高架橋的話,那麼5G的大規模天線陣列就是立體交通,在相同的頻譜資源的情況下,在空間假設了一個相互不影響立體交通網絡。

5G通過控制大規模天線陣列中每一路天線電磁波信號的相位和幅度,並利用電磁波在空間中的疊加和抵消的原理,在空間構建多個不同的電磁波波束。

因此5G的大規模天線陣列的重點是波束賦形 !!!

而2流或4流的MIMO在LTE已經解決。之所以不再進一步大規模增加MIMO的層數,主要原因是終端本身不支持超大規模的天線陣列,依然是1天線,2天線,4天線的配置,而超大規模的天線陣列主要發生在基站一側。

 

第2章 什麼是波束賦形

2.1 波束賦形與大規模天線陣列的關係

波束賦形的基礎是大規模天線陣列xMIMO, 沒有xMIMO無法實現波束賦形。

 

2.2 波束賦形的定義

波束賦形”這個概念可以拆分成“波束”和“賦形”這兩個詞來理解。

“波束”裏的波字可以認爲是電磁波,束字的本意是“捆綁”,因此波束的含義是捆綁在一起集中傳播的電磁波;而賦形可以簡單地理解爲“賦予一定的形狀”。

合起來,波束賦形的意思就是賦予空間能量一定形狀、集中傳播的電磁波。

其實,我們常見的光也是一種電磁波,燈泡作爲一個點光源,發出的光沒有方向性,只能不斷向四周耗散;

而手電筒則可以把光集中到一個方向發射,能量更爲聚焦,從而照得更遠

無線基站也是同理,如下圖所示,如果天線的信號全向發射的話,這幾個手機只能收到有限的信號,大部分能量都空間浪費掉了。

而如果能通過波束賦形把信號聚焦成幾個波束,專門指向各個手機發射的話,承載信號的電磁能量就能傳播地更遠,而且手機收到的信號也就會更強。

波束賦形是5G通信空口技術的關鍵的技術之一。

 

2.3 常見的波束賦形相關的專業術語

(1)MIMO:多輸入多輸出

(2)Massive MIMO

就是天線數目龐大的MIMO, 多達64個天線通道,上百個天線陣子(天線陣子的數量》=天線數據流通道)

 

(3)Multiple User MIMO多用戶MIMO:

同一組天線,服務與多個用戶,不同的用戶使用不同的波束

 

(4)User specific beamforming用戶特定的波速賦形:

非波速賦形的信號,是全方位的發送電磁波信號,導致電磁波的能量比較發散,不集中,而用戶特定的波速賦形是指,基站發送的電磁波,不再是360°均勻分佈,而是根據用戶的位置和方位,聚合電磁波的能量,向終端用戶的方向集中發送電磁波波束。

(5)Grid of beamforming(GOB)柵格形波速賦形

不是全方位發送電磁波,也不是按照用戶的方位發送電磁波波束,而是按照確定的固定方位發送電磁波波束,這些方位就是所謂的“柵格”

 

(6)Digital beamforming數字波束賦形

波束賦形是在DAC之前的數字信號處理,就完成了對每一路載波信號的相位和幅度的加權控制。

其技術基礎是IQ調製,IQ調製就是通過控制兩路正交載波的幅度來控制調製後載波的幅度和相位的。

因此數字波束賦形主要發生在RRU的數字處理部分。

優點:靈活

缺點:

(7)Analog beamforming模擬波束賦

波束賦形是在DAC之後的模擬信號處理,完成對每一路載波信號的相位和幅度的加權控制。

其技術基礎是IQ調製,IQ調製就是通過控制兩路正交載波的幅度來控制調製後載波的幅度和相位的。

因此數字波束賦形主要發生在RRU的射頻處理部分,包括RFIC或RFIC前端。

優點:簡單,適合毫米波的波束賦形的場合。

缺點:不靈活

(8)Hybird beamforming混合波束賦

同時使用模擬波束賦形和數字波束賦形技術實現第信號波速的控制。

 

(9)3D beamforming立體波束賦

是指信號的波束方向變化,不僅僅現有水平和垂直方向 ,可以在空間的任何方向變化。

 

第3章 Active Antenna有源天線

3.1 無源天線

無源天線(passive antenna)是指不帶任何有源器件的天線。 

無源天線:是一個金屬體,是平常看到很普通的各種天線。

3.2 大規模天線陣子的有源天線

有源天線內部集成了接收天線模塊、低噪聲放大模塊、電源供給模塊等其他功能。有源天線中甚至可以集成RFIC的功能。

 

3.3 5G的天線系統

 

第4章 波束賦形的基本原理

波束賦形的物理學原理,其實就是波的干涉現象。百度百科上定義如下:

頻率相同的兩列波疊加,使某些區域的振動加強,某些區域的振動減弱,而且振動加強的區域和振動減弱的區域相互隔開。

 

可以看出,有的地方水波增強,有的地方則減弱,並且增強和減弱的地方間隔分佈,在最中間的狹窄區域最爲明顯。

如果波峯和波峯,或者波谷和波谷相遇,則能量相加,波峯更高,波谷更深。這種情況叫做相長干涉

反之,如果波峯和波谷相遇,兩者則相互抵消,震動歸於靜寂。這種情況叫做相消干涉

如果把這個現象抽象一下,可以得到電磁波的干涉:

兩個饋源正中間的地方由於相長干涉,能量最強,可以認爲形成了一個定向的波束,也叫做主瓣;

兩邊則由於相消干涉能量抵消,形成了零陷,再往兩邊又是相長干涉,但弱於最中間,因此稱作旁瓣。

如果我們能繼續增強正中央主瓣的能量,使其寬度更窄,並抑制兩邊的旁瓣,就可以得到乾淨利落的波束了。

因此,形成波束的關鍵是:多個(N>=2)同源的信號源發出的電磁波之間相互干涉,才能形成波束。

 

第5章 波束賦形的形成過程

5.1 決定波束形狀的因素有

(1)單個天線陣子的波形

(2)天線陣子的個數

(3)天線陣子之間的距離

(4)天線陣子上每個信號的相位差

(5)天線反饋面到天線的距離

大規模天線陣列其實並不是什麼新鮮的技術,也不是什麼高端的發明,不過是單天線信號的組合和疊加,是通過增加硬件資源去換取容量的提升,是用資源換容量的策略。

當然,在組合多個天線的過程中,會有一些巧妙的技巧和算法以及相應的應用,但本質上其實不是什麼技術上的突破。

下面就從單個天線陣子的波形開始,闡述波束形成的過程以及各種影響因素對波束的影響。

 

5.2 單個全向天線的方向圖

全向天線,即在水平方向圖上表現爲360°都均勻輻射,也就是平常所說的無方向性

一般情況下波瓣寬度越小,增益越大。全向天線在通信系統中一般應用距離近,覆蓋範圍大,價格便宜。增益一般在9dB以下。

下圖所示爲全向天線的信號輻射圖。

全向天線和定向天線的區別

 

一般情況下,大多數單天線,都是使用全向天線。或者沒有相關性的多天線,其能量在空間的分佈也是這樣的方向圖。

 

5.3 單個半波陣子天線的方向圖

(1)水平方向的方向圖

(2)垂直方向的方向圖

 

 

5.4 從120°扇區定向天線到波束

扇區空分:三個天線,每個天線負責120°的空間,與波束賦形不同的是,相鄰的扇區,載波頻率是不相同的,而波束賦形,不同的波束,載波頻率是相同的!!!

波束賦形使得電磁波傳播的能量更加集中於有UE終端的方向,而不是四處發散。

 

5.5 兩個全向天線相互干涉後的方向圖

(1)天線距離爲0.1波長

兩個天線離的非常近,爲0.1波長時,近似一個天線,因此方向圖近似全向天線。

 

(2)天線距離爲0.5波長

當天線的距離增加到半波長時,兩個天線的電磁波發生相互干涉,能量不再是360°均勻分佈的方向圖,而是能量形成了8字型分佈的方向圖,有了一定的聚合。

 

(3)天線距離爲1個波長

當天線的距離增加到1個全波長時,兩個天線的電磁波發生相互干涉,形成了主瓣與旁瓣能量分佈,開始有部分發散。

 

(4)天線爲1.5波長

當天線的距離增加到1個半全波長時,兩個天線的電磁波發生相互干涉,主瓣的能量進一步的發散到旁瓣,形成了菊花型分佈的方向圖。

(5)天線距離超過5個波長,兩個電磁波互不相干,方向圖又接近全向天線的方向圖。

全向天線和定向天線的區別

 

5.6 單個全向天線+反射板的方向圖

(1)反射板原理

通過反射板,把360°的全向方向圖轉變成180°的方向圖。

 

(2)當反射板到天線陣子的距離爲波長時

此時,反射波等效爲天線陣子距離爲一個波長的另一個天線陣子。

方向圖圖下圖所示。

與兩個距離爲一個波長的兩個天線陣子的區別是

(1)此時的方向圖時180°,而不是360°,因爲反射板把能量反射回來。

(2)利用了單天線的自身的發送信號,節省了能量

 

(3)更多的天線通過反射板形成的方向圖

 

5.7 帶反射板的海量的天線陣列

如果天線內部排布着一系列的電磁波源,稱作振子,或者天線單元。這些天線單元利用干涉原理來形成定向的波束,那麼波束與天線陣子的個數有什麼關係呢?

(1)天線陣列波束的數學模型

波束是n個相位不同的電磁波的疊加。

 

(2)4天線個數的疊加效果

天線數目越多,能量越集中在中間。

 

(3)32天線的疊加效果

天線數目越多,能量越集中在中間。

 

(4)天線陣子的距離波束增益的影響

在同樣個數的天線陣子情況下,半波長的間距時,波束的增益最大。

 

(5)二維的橫向水平波束

下圖是2個天線陣子、4個天線陣子、8個天線陣子、16個天線陣子形成的電磁波的波束。

由上圖可以看出,縱向排列天線單元越多,最中間的可集中的能量也就越多,波束也就越窄。

但這只是一個垂直截面而已,其實完整的波束在空間是三維的,水平和垂直的寬度可能截然不同。

下圖是一個天線的振子排列,以及輻射能量三維分佈圖。

可以看出,如果天線振子的排布方式爲縱向,橫向的數量很少,那麼其發射的電磁波的波束在垂直方向的能量集中,而水平方向的角度還是比較寬的,像一個薄薄的大餅。

這種傳統的天線水平方向的輻射角度多爲60度,進行大面積的地面信號覆蓋是一把好手,但要垂直覆蓋高樓就有些力不從心了,稱作“波束賦形”還是不夠格。

 

(6)二維的縱橫波束

如果我們把這些天線單元的排布改成矩形,電磁波輻射能量將在最中央形成一個很粗的主瓣,周邊是一圈的旁瓣,這就有點波束賦形的意思了。

 

(7)三維的空間單流單波束的數學模型

通過控制單天線陣子的延時Wi,來控制生產多個不同波速的目的。

 

(8)三維的空間單流單波束

爲了讓波束更窄能量更集中,天線單元還需要更多更密,水平和垂直兩個維度也都要兼顧,原本的天線就變成了大規模天線陣列,如下圖所示:

這下,生成的波束就就清晰多了,這就是用大規模天線陣列來支持波束賦形

天線越多,單個波束的主瓣的聚合度就越高,旁瓣的能量發散就越少。

 

(9)三維的空間單流多波束

天線的數目越多,可以同時構建的波束就越多。
 

(10)三維的空間多流多波束

把天線陣子進行分組,每一組分別對應到不同的MIMO流上。

天線的分組的組數越多,可以同時構建MIMO流就越多。

考慮到終端能力的限制,通常爲1流、2流,4流,最多8流。

多用戶MU-MIMO就是基於多流多波束的一種應用。

 

第6章 波束方向動態變化的原理

上述波速還有問題,那就是這個最大波束位於正中央,且其傳播方向和天線陣列垂直,這是固定不變的。

然而,手機是一直隨着用戶移動的,所在的位置完全不確定,主波束雖然有形,但照射不到手機上也是白搭,怎麼辦?

能不能讓波束偏移一定的角度,對準手機來發射呢?

(1) 電磁波信號的相長干涉

首先我們看看上圖中,主波束的形成過程:多列波的相位相同,也就是波峯和波谷在同一時間是對齊的,則它們到達手機時,就可以相長干涉,信號通過疊加得以增強。

 

(2)天線陣列接收面臨的問題

如果手機和天線陣列有一定的夾角,則各列波到達手機時,相位難以對齊,可能是波峯和波谷相遇,也可能是在其他相位進行疊加,難以達到相長干涉,信號疊加的效果。

這可咋辦?總不能通過旋轉物理天線,來讓波束跟隨手機吧?

 

(3)通過不同信號間的相位差來控制波束

其實,週期性是波最大的特點,不同的相位總是週期性的出現,錯過了這個波峯,還有下一個波峯要來,因此相位是可以調整的。

通過調整不同天線單元發射信號的振幅和相位(權值),即使它們的傳播路徑各不相同,只要在到達手機的時候相位相同,就可以達到信號疊加增強的結果,在不移動物理天線的情況下相當於天線陣列把發送信號對準了手機。

下圖是一個示例,可以看出:通過調製天線陣列中各路發射信號的相位,讓波束偏移了θ度,從而可以精確對準手機發射信號。

 

第7章 5G波束賦形的實現:相位的控制方法

由此可見,波束賦形的關鍵在於天線單元相位的管控,也就是天線權值的處理。

根據波束賦形處理位置和方式的不同,可分爲:(1)數字波束賦形,(2)模擬波束賦形,(3)以及混合波束賦形這三種。

 

7.1 模擬波速賦:通過增加延時來控制載波信號的相位

所謂模擬波束賦形,就是通過處理射頻信號權值,通過移相器來完成天線相位的調整,處理的位置相對靠近物理天線。

模擬波束賦形的處理流程如下圖所示:

模擬波束賦形的特點是基帶處理的邏輯天線端口的數量L遠小於天線單元的數量N,因此容量上受到限制,並且天線的賦形完全是靠硬件搭建的,還會受到器件精度的影響,使性能受到一定的制約。

(1)模擬波束賦型的輸入:L路邏輯天線端口的OFDM調製信號。

(2)邏輯天線端口到天線陣子的映射:一個邏輯天線端口的調製信號被映射到N多個物理的天線陣子上。多個邏輯天線端口的調製信號就被映射X=M*N個天線陣子上。

(3)模擬波束賦型的相位權重矩陣:每個天線陣子的相位權重。

每一路邏輯天線端口的調製信號的相位權重控制如下圖所示:

(4)模擬波束賦型的輸出:經過相位控制後的X=M*N路調製信號。

(5)波束的形成:在空間中形成不同的波束

  • 1路邏輯天線端口的信號可以分裂成N路天線陣子的信號。
  • 多個天線陣子的信號構成一個波束。
  • 一個波束包含多個天線陣子的信號。

 

7.2 數字波束賦:通過IQ幅度調製來控制載波信號的相位

數字波束賦形則在基帶模塊的時候就進行了天線權值的處理,基帶處理邏輯天線端口數(AxC的數據流)和物理的天線陣子單元的數量相等,因此需要爲每路天線陣子需要配置一套射頻鏈路

數字波束賦形優缺點:

優點:是賦形精度高,實現靈活,天線權值變換響應及時;

缺點:是基帶處理能力要求高,系統複雜,設備體積大,成本較高。

Sub6G頻段,作爲當前5G容量的主力軍,載波帶寬可達100MHz,一般採用採用數字波束賦形:

 

7.3 混合波束賦:(高頻段)

在毫米波mmWave頻段,由於頻譜資源非常充沛,一個5G載波的帶寬可達400MHz,如果單個AAU支持兩個載波的話,帶寬就達到了驚人的800MHz!

如果還要像Sub6G頻段的設備一樣支持數字波束賦形的話,對基帶處理能力要求太高,並且射頻部分功放的數量也要數倍增加,實現成本過高,功耗更是大得嚇人。

因此,業界將數字波束賦形和模擬波束賦形結合起來,使在模擬端可調幅調相的波束賦形,結合基帶的數字波束賦形,稱之爲混合波束賦形。

混合波束賦形數字和模擬融合了兩者的優點,基帶處理的通道數目明顯小於模擬天線單元的數量,複雜度大幅下降,成本降低,系統性能接近全數字波束賦形,非常適用於高頻系統。

 

這樣一來,毫米波頻段的設備基帶處理的通道數(MIMO AxC流)較少,一般爲4T4R,或8T8R,但天線單元衆多,可達512個,其容量的主要來源是超大帶寬和波束賦形。

每一個MIMO流,對應一組物理天線陣子,實施模擬波束賦型 。

多組的MIMO流,對應多組物理天線陣子,實施多組模擬波束賦型 ,得到多個不同流的波束。

 

第8章 高階空分複用(MAC層調度)

8.1 空分資源+時頻資源

頻分多址:按在子載波資源爲用戶分配資源。

時分多址:按照符號的時間爲用戶分配資源。

空分數據複用(增加單用戶容量):按照天線的層爲用戶分配資源

空分用戶多址(增加用戶數):按照空間的波束爲用戶分配資源。

空分多址:不同的用戶,可以通過不同波束來區分或承載。波束也就成了一種與子載波、時間、天線的層一樣,成爲了一種時頻資源。

MAC調度是如何確定或區分用戶的波束?

8.1 單用戶SU-MIMO(提升單用戶的傳輸帶寬和數據速率)

在單用戶MIMO中,在MAC層調度用戶數據時,用戶的數據被分配上相同時頻資源(RB)的所有層上。

此時只有空分複用,複用是同一個用戶的數據。

沒有空分多址,即不“層”的相同的RB資源,不能分配給不同的用戶。

此時每個UE,必須接收到所有層的數據,才能解析出自己的數據。

 

8.2 多用戶MU-MIMO/多用戶波束賦形(提升系統的用戶數量

在多用戶MIMO中,在MAC層調度用戶數據時,無線資源,除了子載波、時間、還有空間的“層”

因此用戶的數據可以被分配在特定的MIMO層、特定的子載波和特定的時隙上,也就是說,用戶的數據,不需要被綁定到所有“層”上。

“層”與“層”之間不需要進行相干性的預編碼矩陣編碼,“層”與“層”之間是獨立的。但如果沒有相干性的預編碼矩陣編碼,“層”與“層”之間是有干擾的,因爲他們具有相同的頻率和時間。

爲了克服“層”與“層”之間,在沒有預編碼矩陣編碼時的干擾,需要在空間上把“層”與“層”之間的信號分開。

波束賦形正好可以達成這樣的目標,通過波束賦形:

(1)某一層的信號,可連接到一組天線陣子上,形成一個或多個波束,用於傳送給同一層上的不同用戶。如上圖所示。

(2)各個不同“層”的信號,各自聚合成各自獨立的波束,用於傳送給不同層上的不同用戶。

(3)某一個波束,只包含一個層的信號,因此多用戶MU-MIMO,是通過犧牲單用戶的“層”帶寬換取增加系統的用戶數的。

(4)多用戶MU-MIMO,需要波束賦形的技術支持。

 

因此,多用戶MU-MIMO比多用戶波束賦形更加準確,實際上,MAC層調度器的在分配無線資源時,可用的無線資源是:

RB (子載波+時間) + 天線的“層", 而不是波束。

MAC調度器,會把不同的用戶波束映射到天線的“層"上。

 

9. 動態波束的管理

9.1 單波束動態掃描,波束的位置不是固定

因爲基站並不知道終端到底在哪裏,因此不能固定波束的位置,需要採用動態掃描的方式更換波束的方位。

波速波束管理的核心是:波束的方位是動態變化的,無論是單個波束還是多個波束,其波束的方向與小區覆蓋範圍內UE的實時的分佈情況相關,而不是固定不變的!!!

終端除了知道自己屬於哪個小區,終端還需要知道屬於哪個波束。

因此除了LTE的小區間的切換,還有波束之間的切換!!!!

 

9.2 如何通過波束廣播小區信號?

在LTE系統中,沒有波速的情況下,小區的廣播信號是通過公共信道,在整個小區的覆蓋範圍內,全方位發送,並不是在某些特定波束或特定的方向上發送,小區內的所有用戶根據RE時頻資源的位置,就可以獲得小區的公共信道的信息,與波束無關。

在5G的單流的波束賦型中 ,全向的信號被組織成一個個的波束,小區公共信道也會同時出現在所有的波束上,不同的波束,其RE的時頻資源是相同的。

然而,在多流波束賦形中,不同的流被組成了不同的波束,流與流之間是相互獨立的,器RE的時頻資源也是獨立的。如果小區公共信道出現在波束上,就會導致廣播信道被複制多份。

其實,基站並不知道UE在哪個方位,因此,基站不會靜態的、在所有方位的波束上發送小區公共信號,而是在特定的波束上發送廣播小區公共信道,而特定的波束採用依次掃描的方式,覆蓋小區的覆蓋範圍!!!

9.3 如何通過波束進行隨機接入

  • 終端如何檢測基站掃描的波束?
  • 終端如何告訴基站?自己檢測到了哪個波束?以及檢測到的波束的質量如何?

9.3 如何通過波束髮送數據

9.4 如何通過改變波束的方位動態追蹤處於連接狀態且移動的終端。

9.5 基於波束的服務

  • 波束的檢測
  • 波束的切換
  • 波束的恢復

關於波速的管理,後續以單獨的文章再詳細闡述。


參考:

https://zhuanlan.zhihu.com/p/144971077

 

 

 

 

 

 

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