beamforming波束赋形解析
Beamforming技术
Beamforming是发射端对数据先加权再发送，形成窄的发射波束，将能量对准目标用户，从而提高目标用户的解调信噪比，这对改善小区边缘用户吞吐率特别有效。
Beamforming可以获得阵列增益、分集增益和复用增益。
Beamforming 通常有两大类实现方式：MIMO Beamforming和DOA Beamforming。
MIMO Beamforming（简称MIMO-BF）技术。
利用信道信息对发射数据进行加权，形成波束的一种波束赋形方法。
MIMO-BF技术又可分为开环和闭环两种模式。
开环Beamforming技术利用上行信道信息，对发射信号进行加权，不需要接收端反馈信道信息给发射端，发射端通过上行信道自行估计得到。
开环Beamforming技术对覆盖和吞吐量的提升都有比较明显的效果。
但是，由于需要利用上行信号估计下行发送权值，处理时延大，因此适用于低速场景。
另外，开环Beamforming技术利用了上下行信道的互易特性，故系统实现时需要对各个收发通路进行校正。
闭环Beamforming技术需要终端反馈信道信息如码本（Codebook）给发射端，利用反馈信息对发射信号进行加权。
同样由于受反馈时延的影响，闭环Beamforming技术也只在低速场景有较好的性能。
另外，由于受反馈精度的影响，闭环Beamforming技术总体上比开环的性能要略差，但系统实现相对简单，不需要对天线收发通道进行校正。
根据业界情况，目前TDD系统只使用开环Beamforming技术，而闭环Beamforming技术则应用于FDD系统。
DOA Beamforming（简称DOA-BF）技术。
通过估计信号的到达角（DOA：Direction of Arrinal），利用DOA信息生成发射权值，使发射波束主瓣对准最佳路径方向的一种波束赋形方法。
与MIMO-BF相比，DOA-BF有以下特点：1）DOA-BF技术要求天线阵列间距小（通常小于一个载波波长），在多径丰富的场合分集效果比较差，在非直视径（NLOS：Non Line of Sight）场合，由于DOA估计不准也会使性能下降。
massive mimo-波束管理的具体步骤
“
波束管理（Beam Management）是移动通信系统中波束赋形（Beamforming）的策略和过程，用于实现最佳的信号覆盖和干扰抑制。
在Massive MIMO系统中，波束管理尤为重要。
以下是Massive MIMO系统中波束管理的具体步骤：
1.扫描（Scanning）：在预定义的时间间隔内，发送参考信号（Reference
Signal）的波束会在不同的空间方向上轮发，以寻找最优的波束传输方向。
2.测量（Measurement）：UE（用户设备）接收到参考信号后，会测量并
选择接收质量最好的波束。
3.报告（Reporting）：UE将波束测量结果上报给基站（gNB）。
4.指示（Indication）：基站根据UE上报的测量结果，指示UE选择指定的
波束。
5.失败恢复（Failure Recovery）：如果发现新的更优的波束，基站会进行波
束失败恢复流程，重新配置并使用新的波束。
在上述步骤中，波束扫描是基站针对终端的不同位置在不同方位、倾角的多个窄带波束中选择最优波束进行发射，以达到增强下行覆盖、减少干扰的效果。
nr小区下行调度功能参数
nr小区下行调度功能参数"NR" 指的是5G移动通信标准中的新无线接入技术（New Radio）。
在5G NR小区中，下行调度功能参数涉及到无线资源的分配和调度，以确保高效的数据传输。
以下是一些与NR 小区下行调度功能相关的典型参数：1. 带宽（Bandwidth）：下行带宽是指分配给NR 小区的频谱范围，以确定可用的频谱资源。
带宽通常以赫兹（Hz）为单位。
2. 调制方式和编码率（Modulation and Coding Scheme，MCS）：这些参数影响了数据的调制方式和纠错编码率，以确保在有限的频谱资源下实现最佳的数据传输速率和可靠性。
3. 传输块大小（Transport Block Size）：传输块大小指的是每个调度的传输块中携带的比特数。
这个参数与数据传输的效率直接相关。
4. 调度周期（Scheduling Periodicity）：调度周期定义了调度信息的传送间隔，即调度指示的更新频率。
较短的调度周期可能会提高系统的灵活性，但会引入更多的控制开销。
5. 调度信息类型：包括控制信息、用户数据和共享信道等。
调度信息的类型对小区的运行方式和性能有重要影响。
6. 资源网格（Resource Grid）：它是频域和时域上的资源分配矩阵，描述了在物理层上如何分配资源。
这与下行调度直接相关。
7. 波束赋形（Beamforming）：这是一个涉及天线和波束的技术，通过优化信号方向性来提高信号质量。
波束赋形与下行调度功能共同协作，以优化信道质量。
8. 调度优先级（Scheduling Priority）：当小区中有多个用户需要服务时，调度优先级可用于确定哪些用户将首先得到服务。
9. 最大传输功率（Maximum Transmit Power）：定义了小区可用于下行传输的最大功率水平，以确保在覆盖范围内提供足够的信号强度。
这些参数的设置和调整通常需要根据网络的实际需求、负载情况以及物理环境等因素进行优化。
第四章 波束形成(Beamforming)
1 x1 (t ) αZ (t ) jφ x (t ) αZ (t )e jφ 2 = αZ (t ) e = Z (t ) = M M M j ( M 1)φ j ( M 1)φ e xM (t ) αZ (t )e = αZ (t )a (θ ) (4.1.6)
a (θ i ) = [1, e
j
2π
λ
d sin(θ i )
,L, e
j
2π
λ
d ( M 1) sin(θ i )
]T
S ( k ) = [ s1 ( k ), s2 ( k ),L, s p ( k )]T
n(k ) = [n1 (k ), n2 (k ),L , nM (k )]T
阵列信号的二阶统计量,阵列协方差矩阵(均值为零)
[
]
(4.1.1)
基带信号Z(t)是接收信号的复包络, 通过对S(t) 解调得到. 阵元接收信号时,各阵元对同一信号有时间延迟.
Sτ ( t ) = S ( t τ ) = Re Z ( t τ ) e
延迟信号的复包络为:
[
j 2 π f cτ
e
j 2πf c t
]
(4.1.2)
Z τ ( t ) = Z ( t τ ) e j 2πf cτ
H = E{[s1(k)a(θ1) +L+ sp (k)a(θp )][s1H (k)aH (θ1) +L+ sp (k)aH (θp )]} H
s1(k) +L+ sp (k) s1(k) +L+ sp (k) M M = E{s } j ( M1)p j ( M1) p s1(k)e j(M1)1 +L+ sp (k)e s1(k)e j(M1)1 +L+ sp (k)e x1(k) H = E{ M [x1(k),L, xp (k)] } xp (k)
波束成形方向向量公式
波束成形方向向量公式
波束成形（Beamforming）是一种通过控制信号传输方向来实现信号
传输和接收效果优化的技术。
它主要应用于无线通信领域，包括无线通信
系统、雷达和声纳等领域。
波束成形的目标是使波束在特定方向上的信号
能量最大化，以实现更好的通信效果。
其中w是波束成形的权重向量，a是传输数组的天线元素，d是天线
元素之间的间距，k是波数，θ是待成形的波束的方向。
波束成形方向向量公式基于波束的干涉原理和天线组成的线阵。
干涉
原理是指在线阵的各个天线元素上，由于它们与目标之间的距离不同，接
收到的信号的相位差也不同，通过调整权重向量中各个元素的相位和幅度，可以使来自目标方向上的信号的相位差最小，从而实现波束方向的调整。
波束成形的目标是最大化波束方向上的信号能量。
在实际应用中，波
束成形需要通过优化算法来确定权重向量w，使得波束能够在目标方向上
最大化。
常见的优化算法包括最小均方误差（Minimum Mean Square Error，MMSE）法、最小方差无偏估计（Minimum Variance Unbiased Estimation，MVUE）法等。
在无线通信系统中，波束成形方向向量公式的应用可以显著提高信号
传输的效率和质量。
例如，在当前的5G通信系统中，由于波束成形技术
的应用，可以实现更高的传输速率和更大的覆盖范围。
总之，波束成形方向向量公式是一种数学表示形式，用于描述通过调
整天线元素的幅度和相位来实现波束在特定方向上的最大化的方法。
它是
现代通信领域中波束成形技术的理论基础，并在无线通信系统中发挥着重
要的作用。
5G(NR)与波束赋形(Beamforming)
5G(NR)与波束赋形(BeamfOrming)#5G#波束斌形波束赋形技术在4G(1TE)网络中已被广泛应用,其主要用于提高网络小区性能。
波束斌形对于5G(NR)蜂窝通信中更加重要,它可以帮助在更高频率范围(如厘米波和毫米波中)部署5G网络;因为在这些频率范围内要实现完整的小区覆盖，必须补偿高频信号的高路径损耗。
5G(NR)网络中动态波束控制也非常重要;终端设备(UE)由于移动,其他物体(如汽车甚至人体)都会阻挡无线电波的传播影响信号传输。
下面这些例子都会影响无线通信：•固定无线接入场景中,家庭客户端设备(CPE)连接到室外5G基站(BS)。
在这种场景下波束扫描可确定使用的最佳波束。
•道路上行驶的车辆连接网络时,波束(BF)也需要动态变换(或切换)。
波束赋形对波束赋形(Beamforming)支持是5G(NR)无线网络一项基本能力,这将影响物理层和更高层资源分配和使用；这是由于无线网络基于两个基本物理资源:同步(SS/PBCH)块和信道状态信息参考信号(CSI-RS)O波束赋形(BF)基本原理是在天线阵列中使用大量天线(振子)；每个天线都可以通过移相器和衰减器进行控制；天线(振子)长度通常是无线信号波长的一半，通过调整每个天线相位以控制波束发射方向。
优化后在上行(U1)中发送相同的方向上发送(下行)波束，这意味着天线及其控制逻辑必须能够测量信号的“到达角”。
如果信号来自天线前方某一方向,则所有元件将同时接收到信号的相位前沿。
如果角度为45度,天线将接收到信号的相位前随时间扩展。
通过测量到达相位前沿与天线之间的时间延迟,可以计算到达角。
为在同一方向发送信号，发送信号相位前沿应该以相同的时间扩展发送。
相移可以在数字域或模拟域中完成。
Λ∕2antennaAttenuatorPhaseshifter二一和老朗一起宇5G5G(NR)网络中波束赋形(BF)不仅在水平方向，而且在垂直方向上能够引导波束,这也被称为3DMIMO o为了能够做到这一点天线需要放在一个正方形中,既均匀方阵(UIIifOrmSquareA1Tay-USA)中。
5g 波束赋形
5G波束赋形1. 什么是5G波束赋形？5G波束赋形（5G beamforming）是指通过调整天线的辐射模式，使得无线信号在特定方向上更加集中和聚焦的技术。
它是5G通信系统中的一项重要技术，可以提高信号传输的效率和容量，降低干扰，并提供更稳定和高速的无线连接。
2. 5G波束赋形的原理和工作方式5G波束赋形的原理基于天线阵列的技术。
在传统的无线通信系统中，天线通常以全向性辐射信号，无法将信号聚焦在特定的方向上。
而5G波束赋形通过控制天线阵列中每个天线的相位和幅度，使得信号能够在特定方向上相干叠加，形成一个聚焦的波束。
具体而言，5G波束赋形包括两个主要步骤：波束发射和波束接收。
在波束发射方面，基站通过调整天线阵列的相位和幅度，将信号聚焦在特定的方向上。
这样，接收设备就可以更好地接收到来自基站的信号，提高了信号的接收质量和速率。
在波束接收方面，接收设备通过调整天线阵列的相位和幅度，将天线的接收灵敏度最大化。
这样，接收设备可以更好地接收到来自特定方向的信号，降低了来自其他方向的干扰。
3. 5G波束赋形的优势和应用5G波束赋形技术具有以下优势和应用：3.1 提高信号传输效率和容量通过将信号聚焦在特定方向上，5G波束赋形可以提高信号的传输效率和容量。
传统的无线通信系统中，信号会在多个方向上辐射，导致信号的衰减和干扰。
而5G 波束赋形可以将信号集中在用户所在的方向上，减少了信号的衰减和干扰，提高了信号的传输效率和容量。
3.2 降低干扰5G波束赋形可以通过将信号聚焦在特定方向上，降低来自其他方向的干扰。
在传统的无线通信系统中，由于信号在多个方向上辐射，可能会与其他设备的信号相互干扰。
而5G波束赋形可以将信号聚焦在特定方向上，减少了与其他设备的干扰，提高了通信的可靠性和稳定性。
3.3 支持大规模多用户通信由于5G波束赋形可以将信号聚焦在特定方向上，因此可以支持大规模多用户通信。
传统的无线通信系统中，由于信号在多个方向上辐射，可能会导致频谱资源的浪费和用户之间的干扰。
波束形成综述
波束形成综述
波束形成（Beamforming）是指利用合理的信号处理技术，在接收端
或发射端对信号进行处理，以产生方向性强、能量集中的波束。
波束形成
技术在通信、雷达、声学和医学等领域中都有广泛的应用。
波束形成技术的主要应用方法是基于方向性传输函数和波束成形算法。
其中，方向性传输函数是波束成形中最重要的参数之一，它表征了传导线
路在不同方向上的响应。
波束成形算法则是通过对该参数进行处理，实现
波束形成的过程。
波束形成技术有很多种实现方式，主要包括模拟波束形成和数字波束
形成。
模拟波束形成是使用外部硬件或模拟电路来生成波束，而数字波束
形成是利用数字信号处理技术进行实现。
总体而言，波束形成技术有很多的优势，包括增强信号的信噪比、降
低信道干扰、提高传输速率和延长传输距离等。
因此，在许多实际应用中，波束形成技术已被广泛应用，并在不断地发展和创新中。
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宽带、传输速率高
60GHz特点
60GHz无线通信网络具有带宽大、允许的最大发射功率高等固有特性， 可以满足高速无线数据通信(>1Gbps)的需求。
由于60GHz频谱在大多数国家有大段的频率可供使用，802.11ad 每条 信道的带宽可达到2.16GHz， 这将是802.11n 信道的50倍。
BRP Setup 允许站点之间交换波束优化能力信息并且可以请求其他子阶段的执行
MID：Multiple sector ID Detection 在MID阶段，一个准全向传输模型将会对一 些接收AWV进行测试
BC：Beam Combining
在BC阶段，一小部分接收传输AWV将会被成对组合着进 行测试，这样就避免了准全向模式的使用
802.11ad 标准中的波束赋形协议 --Beamforming
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820.11ad简介
继802.11n和802.11ac之后用来满足对多路高清视频和无损音频超过 1Gbit/s 码率的要求。实现7Gbit/s 的超高数据速率，主要用于家庭内部无线 高清音视频信号的传输，为家庭多媒体应用带来更完备的高清视频解决方案。
Feedback • SSW ACK
波束优化BRP
• BRP Setup • MID • BC • transaction
波束赋形协议
波束跟踪 BeamTracking
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确定发送接收最佳方向
扇区扫描SLS
ISS：initiator sector sweep发起站点扇区扫描。主要确定最佳发送方向 RSS：responder sector sweep回应站点扇区扫描。主要确定最佳接收方向 SSW Feedback：发起站点向回应站点发送一个SSW-Feedback帧
自适应波束赋形 多种物理层类型 PBSS 网络架构 mmWave 信道接入 快速会话迁移
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抗干扰性和安全性高
60GHz特点
传输路径的自由空间损耗在60GHz附近频率时约为15dB／km， 并且，墙壁等障碍物对毫米波的衰减很大，这使得60GHz无线通信 在短距离通信的安全性能和抗干扰性能上存在得天独厚的优势，有利 于近距离小范围组网。
a subset of the previous subphases
beam refinement transactions 站点间可以通过一个类似于波束优化交易的 请求回应信息交换来探测一个更广泛的传输
接收AWV集合 西安电子科技大学
波束优化BRP
BACK
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波束优化BRP
波束赋形是一种用于两个通信站点达到必要的方向天线链路 传输的机制。波束赋形训练序列是在波束赋形训练帧中的双向 的序列，用于扇区扫描和提供必要的使站点决定选择的适合传 输和接受的方向的信号。波束赋形训练成功完成后，波束赋形 就建立了。
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扇区级扫描SLS
• ISS • RSS • SSW
60GHz无线信号的吸收作用，使得相邻空间多组60GHz无线网络 之间不会相互干扰，同时相邻空间的60GHz无线网络的安全性能也 得到提高。
60GHz无线信号的能量具有高度的方向性，99．9％的波束集中在 4．7度范围内，此无线频率适合点对点的无线通信对高方向性天线的 要求。在此频段上固定天线尺寸，天线辐射能量集中于很窄的波束宽 度内，因此不同的60GHz无线信号之间的干扰很弱。
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波束赋形的执行区间
一些疑问
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波束优化BRP
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波束跟踪BeamTracking 用于在数据传输过程中根据信道状态进行动态波束调整
发起站点和回应站点都可以通过设置交换帧中的参数来发送要求波束跟踪的请求。
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波束跟踪BeamTracking
西安电子科技大学一些疑问来自directional multi-gigabit (DMG) antenna: A DMG antenna is a phased array, a single element antenna, or a set of switched beam antennas covered by a quasi-omni antenna pattern.
SSW ACK：回应站点向发起站点发送一个SSW-ACK帧
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扇区扫描SLS
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进一步优化波束方向
波束优化BRP
BRP： beam refinement protocol。在BRP处理过程中，站点会训练它的接收 发送天线阵列，并且使用迭代的方式改善它的接收发送天线配置
由香农定律：信道容量极限=信道带宽×log(功率／噪声)，容易得出， 信道容量极限随着信道带宽和有效传输功率的增加而增加。由表可以看出， 60GHz波段无线通信的极限数据传输率约为802．1ln的80倍，UWB的 200倍。
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波束赋形
由于60GHz 频带上的传播损耗较大，802.11ad 采用了自 适应波束赋形技术来实现10 米以上大距离的数据传输。自适 应波束赋形通过自适应调整天线方向，减小波束宽度以获得较 高的天线增益，减少干扰，扩大信号覆盖范围。此外，如果在 收发设备的视距传播路径上存在障碍物，收发设备能避开障碍 物快速重建一条新的链路进行通信。波束赋形可以通过波束切 换、相位加权天线阵列、多天线阵列等不同的技术来实现。