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5G核心技术之波束赋形

日期: 2020-04-16
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5G核心技术之波束赋形

2019-04-08        来源:网络资料汇编        作者: Rocky lee


       波束赋形(Beamforming)又叫波束成型、空域滤波,是一种使用天线阵列定向发送和接收信号的信号处理技术,如图1所示。

 

5G核心技术之波束赋形

图1:波束赋形

       为了便于理解,我们做个类比:室内电灯发光(2D天线)和手电筒发光(3D天线整列)有何不同?电灯发光是全向辐射的,其能量利用率不高;而手电筒发光则是定向辐射的,能量更集中,可以照到的很远,如图2左侧所示。同理, 单元平板天线提供全向辐射,只有到达你手机的辐射才是有用的,其它方向的辐射都是浪费的,这种巨大的无用辐射还成为了其它手机的干扰;而天线阵列则提供定向辐射,不管手机在哪个方位,都会把针对这部手机的信号进行定向的辐射,提高能量的利用率,如图2右侧所示。  

5G核心技术之波束赋形

图2:光源系统类比图示

       波束赋形的原理是波的干涉,非常简单(高中知识)。波束赋形技术通过调整相位天线阵列的基本单元的参数,使得某些角度的信号获得相长干涉,而另一些角度的信号获得相消干涉,如图3所示。波束赋形既可以用于信号发射端,又可以用于信号接收端。

5G核心技术之波束赋形                         

图3:波的干涉示意图

       5G时代,由全向的信号覆盖变为了精准指向性服务,就要求天线阵列具备智能化的特点,否则手机就会存在较大的盲区。在基站上布设天线阵列,通过对射频信号相位的控制,使得相互作用后的电磁波的波瓣变得非常狭窄,并指向它所提供服务的手机,而且能跟据手机的移动而转变方向,采用闭环或半开环实施数据传输,如图4所示。

5G核心技术之波束赋形 

图4:智能化天线阵列示意图


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