基站天线波束赋形及其应用研究
一文看懂波束赋形 毫米波
一文看懂波束赋形毫米波波束赋形（Beamforming）是一种利用波束形成技术来提高无线通信性能的方法，特别在毫米波通信中具有重要的应用。
本文将对波束赋形和毫米波通信进行简要介绍，并重点解释波束赋形的原理、优势和应用。
波束赋形是一种通过利用多个发射/接收天线来形成指向特定方向的波束的技术。
在传统的无线通信系统中，通信信号在各个方向上均匀辐射，造成信号受到干扰且易受到衰减。
而波束赋形可以将信号能量集中在某个方向上，提高通信信号的强度，减少功率损耗和干扰。
这样可以提高信噪比，提高通信质量和可靠性。
波束赋形的实现需要借助天线阵列。
天线阵列由若干个天线组成，并按照一定的几何结构排列。
每个天线都可以独立发射和接收信号，通过改变天线的相位和幅度，可以控制信号的波束方向。
一般来说，天线阵列的天线数目越多，波束赋形的精度越高，能够获得更好的通信性能。
在毫米波通信中，波束赋形具有重要的应用。
毫米波通信采用的是比传统的GHz频段更高的频率，具有更大的频带宽度和更高的传输速率。
然而，毫米波信号的传输距离较短且易受到障碍物和大气吸收的影响，导致传输质量和距离有限。
波束赋形可以通过集中能量来克服这些问题，提高信号的传输效果。
波束赋形的原理主要通过两个步骤实现：波束训练和波束跟踪。
波束训练是指通过发送不同的训练信号、观测接收信号的响应来估计通信信道。
通过得到的通信信道信息，可以计算出合适的波束权重，从而形成特定方向的波束。
波束跟踪是指在通信过程中，根据当前通信信道的状态及时调整波束权重。
这样可以适应信道的变化，保持波束的指向性。
波束赋形相比传统的广播式通信具有许多优势。
首先，波束赋形可以提高系统的信号强度，扩大通信的覆盖范围和传输距离。
其次，波束赋形可以减少干扰源，提供更稳定的通信信号。
再次，波束赋形可以改善通信质量，提高传输速率和可靠性。
最后，波束赋形可以降低功率消耗，节省能源。
波束赋形在许多领域具有广泛的应用。
在移动通信中，波束赋形可以提高无线网络的覆盖率和容量。
5G技术的波束成形原理与应用
5G技术的波束成形原理与应用随着科技的不断进步，我们正处在一个数字化时代的浪潮中。
而5G技术作为下一代移动通信技术的代表，正引领着这个数字化时代的到来。
而在5G技术中，波束成形技术是一个重要的组成部分。
本文将介绍5G技术的波束成形原理与应用。
一、波束成形原理波束成形是一种通过调整天线阵列的相位和振幅来控制信号传输方向的技术。
在传统的通信系统中，信号是通过天线向四面八方发射的，而波束成形技术则可以将信号集中在一个特定的方向上，从而提高信号的传输效率和覆盖范围。
波束成形的原理可以简单地解释为，通过调整天线阵列中每个天线的相位和振幅，使得它们在特定的方向上形成一个合成的波束。
这个波束可以被用来传输信号，同时抑制其他方向上的干扰信号。
通过这种方式，波束成形可以提高信号的传输质量和容量。
二、波束成形的应用1. 增强移动通信的覆盖范围波束成形技术可以将信号集中在一个特定的方向上，从而提高信号的传输距离和覆盖范围。
这对于移动通信来说非常重要，特别是在城市高楼密集的地区或者是偏远地区。
通过波束成形技术，移动通信可以更好地覆盖这些地区，提供更稳定和高质量的通信服务。
2. 提高网络容量和速度波束成形技术可以将信号集中在一个特定的方向上，从而减少信号的传播路径和干扰。
这样一来，网络的容量和速度就可以得到显著提升。
在高密度用户场景下，波束成形技术可以更好地管理网络资源，提供更快的数据传输速度和更稳定的连接质量。
3. 支持多用户连接波束成形技术可以将信号集中在一个特定的方向上，从而实现多用户同时连接。
这对于大规模的物联网应用和智能城市来说非常重要。
通过波束成形技术，多个用户可以同时连接到网络，实现高效的数据传输和实时的通信。
4. 改善无线通信安全性波束成形技术可以将信号集中在一个特定的方向上，从而减少信号的泄漏和窃听风险。
这对于无线通信的安全性来说非常重要。
通过波束成形技术，通信信号可以更好地保护，防止被未经授权的人员窃取或者干扰。
5G波束赋形优化的典型场景立体覆盖研究
Jiangxi Communication Science & Technology2021年3期 江西通信科技
5G波束赋形优化的典型场景立体覆盖研究摘 要：5G波束赋形技术是5G NR满足增强移动宽带（eMBB）、超高可靠低时延（uRLLC）以及大规模机器类通信（mMTC）三大场景的核心技术之一。本研究采用大规模波束赋形增益计算方法对大规模波束赋形技术的实现原理、CSI反馈机制、波束扫描和波束管理的实现机制进行分析，研究发现波束赋形技术可以对水平和垂直方向进行扫描，增加了天线发射和接收功率，从而保证垂直和水平两个方向的覆盖。此研究为大规模波束赋形技术在各场景中的应用和实现方式提供了理论依据，为后续5G的深度覆盖及波束优化提供指导思路。关键字：Massive MIMO 波束赋形 Beamforming 5G NR 优化方法
王勋 程科 江西省通信管理局 南昌市 3300001009-0940(2021)-3-04-05
0 引言马可尼在1908年用MIMO技术来抗信号衰落，90年代ATTBell实验室完善了MIMO技术并实现了其在通信系统中的应用。4G与MIMO技术紧密结合，让我们能体验飞一样的上网速度。Massive MIMO技术是在原4G MIMO的基础上进行扩展和延伸，由原来的8天线，扩展到可以使用16/32/64/128/256天线之多，所以被称为“大规模”的MIMO技术。波束赋形技术早期为解决水中声纳定位问题，直到4G通信系统中，波束赋形技术结合各种信号检测技术，尤其是多用户检测技术，实现联合检测，进而提高接收端信号的信噪比，提升了通信覆盖范围。在5G时代大规模波束赋形技术特别在传输机制、信道状态信息、波束管理等方面有进一步加强，从而使发射功率利用率、系统容量和频率效率方面有显著提升，Massive MIMO和波束赋形(Beamforming BF)二者在5G时代紧密相连，Massive MIMO通过集成更多的射频通道和天线，实现精准3D的波束和多流用户复用，其主要任务是负责在发送端和接收端将多天线聚合，进而提升系统容量减省小区间的干扰。Beamforming BF将每个方向上信号在传播的过程中，引导到接收端的最佳路径上，其主要任务是提高信号强度，形成集中、定向、且功率强大的无线传输信号，提高信号抗干扰能力，增强接收信号强度，从而改善通信质量，对于小区的远端和近端都有更好的覆盖性。所以说Massive MIMO和波束赋04形(Beamforming BF)共同协作，相得益彰，缺一不可。1 技术原理在5G中通过链路预算进行覆盖估算，通过传播模型计算覆盖半径，其波束的权值对覆盖效果具有较大影响，链路计算分为：基站天线配置、Massive MIMO赋形增益计算、广播天线增益这三项共同作用。基站天线配置一般采用基于大规模天线阵列的Massive MIMO技术，目前常见的规划有64T64R、32T32R、16T16R、8T8R等几种规格。一般选用64T64R的天线其在垂直方向上为4个通道，水平方向8个通道，每个通道3个阵子，共计192个阵子，从而为实现3D赋形，垂直方向单个通道的增益为11dBi。Massive MIMO赋形增益目前主要体现在SINR中，赋形增益可以拆分为垂直和水平两个维度，其赋形增益计算方法如下，以64T64R为例：水平方向为8列X2极化，则水平方向增益为10*log(8)=9dB；垂直方向为4行X2极化，则垂直方面增益为10*log(4)=6dB；则整体的赋形增益为9+6=15dB。广播天线增益在5G中，引入了波束扫描（beam sweeping）的概念，小区广播覆盖由多个不同指向的子波束共同完成。由于小区预先定义了N个子波束，各子波束之间通过时分的方式依次轮询发送。终端在搜索小区时，通过测量各子波束的信号强度，选择信号最强的子波束作为自己的驻留波束。针对不同的场◆通信前沿◆05景，可以配置不同的广播权值，实现最佳覆盖。一般为典型水平4波束扫描，对应的广播天线增益约为：
波束赋形
TD-LTE双流波束赋形天线技术双流波束赋形技术是TD-LTE的多天线增强型技术，是TD-LTE建网的主流技术，结合了智能天线波束赋形技术与MIMO空间复用技术，是中国移动和大唐移动共同创新的成果，也是中国通信产业技术能力的体现。
一、8天线双流波束赋形技术引入需求分析多天线技术是天线技术发展趋势，现有TD-SCDMA已经引入了8天线，TD- LTE也引入了8发2收的天线配置，到LTE-A则将引入8发8收的天线配置。
考虑到提升覆盖能力和降低引入TD-LTE的CAPEX，TD-LTE系统中引入了8天线方案。
另外，引入8天线还可以使TD-SCDMA平滑演进到TD-LTE，同时继续沿用并充分发挥TDD 系统在赋形方面的优势。
1．系统平滑演进需求目前，TD-SCDMA网络正在全国迅速铺开。
与此同时，TD-SCDMA演进技术TD-LTE也被提上了未来移动通信网络建设发展的日程。
如何在进行TD-SCDMA网络建设的同时保证能够向TD-LTE实现平滑演进已经成为了运营商和设备供应商共同关注的焦点问题。
出于系统平滑演进的考虑，大唐移动提出了产品设备共平台设计的解决方案，有效的保护网络建设现有投资，保证网络升级的快速便捷。
在主设备实现平滑演进的同时，从节约建网成本、降低建站难度等角度出发，需要尽可能保持TD-SCDMA网络已部署的天线系统不变，且可以在TD-LTE中继续使用。
为实现天线系统的平滑演进，TD-SCDMA网络中进行宏覆盖主要采用的8天线，需要在TD- LTE网络中继续使用。
2．技术演进需求波束赋形技术是一种基于小间距天线阵列的线性预处理技术，能够根据用户的信道特性进行波束赋形，具有扩大覆盖、提高系统容量、降低干扰的能力。
作为TD-SCDMA的核心技术，波束赋形技术已在中国移动3G网络中广泛使用。
在LTE技术规范Release 8版本中，引入了单流波束赋形技术，对于提高小区平均吞吐量及边缘吞吐量、降低小区间干扰有着重要作用。
5g基站天线设计的原理
5g基站天线设计的原理
5G基站天线设计的原理主要包括以下几个方面：
1. 天线阵列设计：5G基站通常采用天线阵列来实现波束赋形
技术，通过将多个单天线组合在一起形成阵列，可以实现更加精确的信号传输和接收。
天线阵列可以采用线性阵列、面阵列或者体阵列的形式。
2. 波束赋形技术：波束赋形是5G通信中的关键技术之一，通
过调整天线阵列中各个天线的相位和幅度，使得发射信号集中在特定方向形成指向性波束，从而实现更高的传输速率和更远的通信距离。
3. 天线极化设计：根据信号传输特点和环境需求，天线的极化方式可以选择垂直极化、水平极化或者圆极化。
不同的极化方式对信号的传输和接收性能有不同的影响，在设计中需要考虑到实际应用环境和信号传输要求。
4. 多输入多输出（MIMO）技术：5G基站通常采用MIMO技
术来提高信号传输和接收的效果。
MIMO技术利用多个天线
进行信号传输和接收，通过改变不同天线之间的相位和幅度，可以实现空间上的多样性，提高信号的可靠性和容量。
5. 特殊天线设计：为了应对不同的通信需求和环境条件，还可以采用一些特殊的天线设计。
例如，室内基站可以采用小型化的天线设计，以适应有限的空间；车载基站可以采用车辆天线，以实现在移动状态下的稳定通信等。
综上所述，5G基站天线设计的原理主要包括天线阵列设计、波束赋形技术、天线极化设计、MIMO技术以及特殊天线设计等。
这些原理的应用可以提高5G通信的速率、距离和稳定性，以满足不同应用场景的需求。
阵列天线波束赋形技术研究与应用
阵列天线波束赋形技术研究与应用⑧论文作者签名：指导教师签名：皇直江本论文评阅人１：评阅人２：评阅人３：评阅人４：评阅人５：答辩委员会主席：委员ｌ：委员２：委员３：委员４：委员５：答辩日期：２０１４年３月９日浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位敝作者签名：惕扶％签字日期：沙、ｆ年＿；月∽学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解浙江大学有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。
本人授权浙江大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。
（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：伤双巧｝导师签名：重甫姐；寿签字日期：签字日期：训ｌｆ年弓月Ｉ３日）移ｆ今年弓月ｌ驴日致谢时光飞逝，又到了毕业季。
在浙江大学本科四年以及研究生两年半的求学生涯中，我不仅学到了专业知识，还领悟到了很多做人的道理。
浙大“求是，创新”的校训一直陪伴我的成长，在我毕业之后，“求是，创新”也将一直作为我为人处事的准则。
两年半的硕士研究生生活即将结束，回首过往，自己在学习、生活上都得到了很大的提升，这离不开来自家人、老师、同学及朋友的帮助。
在此，衷心感谢那些帮助过我的人。
首先感谢我的导师皇甫江涛老师和冉立新老师对我学业上的帮助，感谢他们为我指点未来的科研之路，帮助我选择毕业之后出国深造的高等学府。
两位老师严谨的治学态度以及对学生认真负责的态度给我留下了深刻印象，对我以后的工作和学＞－－ｊ产生了很大影响。
当然，还要特别感谢实验室管理员张斌老师，在他的协助之下下我完成了课题相关的电路以及天线实物加工制作，保证了后续工作的顺利开展。
5g波束赋形
5g波束赋形5G波束赋形，是一种新型的通信技术，旨在提高无线网络的覆盖范围和传输速率。
它通过利用天线阵列，将无线信号聚焦在个别用户或设备上，实现更快的数据传输速度和更大的网络容量。
传统的无线通信系统通过广播信号的方式传输数据，信号会广泛地传播到周围的区域，包括不需要接收信号的地方，这会造成信号的浪费和干扰。
而5G波束赋形技术可以很好地解决这个问题。
它利用大量的天线组成天线阵列，并且通过对每个天线的信号进行调节和控制，使得信号能够集中地传输到特定的区域或设备上。
这种技术可以将信号聚焦在需要的区域或设备上，减少信号的浪费和干扰，提高无线网络的覆盖范围和数据传输速率。
波束赋形技术通过智能的信号处理算法，可以根据接收设备的位置和信号质量等因素，动态地调整波束的形状和方向，从而准确地将信号传输到需要的地方。
这种技术不仅可以提高网络的容量和速率，还可以降低功耗，延长设备的续航时间。
与传统的天线相比，天线阵列具有更高的增益和指向性。
即使在远离基站的地方，用户也可以获得较好的信号质量和较快的数据传输速度。
这对于提供更完善的无线网络服务和支持更多的用户是非常重要的。
波束赋形技术不仅可以应用于移动通信领域，也可以应用于室内无线网络、物联网等领域。
例如，在办公室或会议室中，可以通过波束赋形技术将信号聚焦在需要的地方，避免信号的传播和干扰，提供更可靠和稳定的无线网络连接。
尽管5G波束赋形技术有很多优点，但也存在一些挑战和限制。
首先，天线阵列的设计和制造成本较高，这会对网络建设和设备价格产生一定的影响。
其次，由于波束赋形技术依赖于复杂的信号处理算法和实时反馈，系统的复杂性和成本也较高。
总之，5G波束赋形技术是一种能够提高无线网络覆盖范围和传输速率的重要技术。
它通过聚焦信号传输和减少信号干扰，实现了更可靠和高效的无线通信。
随着5G技术的不断发展和应用，波束赋形技术将会得到更广泛的应用并不断创新。
智能天线自适应波束赋形算法的研究
束 ， 天线主波束对准用 户信 号到达方 向 ， 或零 陷点对 使 旁瓣 准干扰信号到达方 向 ， 以达到充分高效地利用移动用户的有
用信号并抑制或删 除干扰信 号的 目的 ， 从而达到最佳接收和
发射 ， 在同一信道上接收和发送多个用户的信号互相不 使得 干扰 ， 同频率 或同时隙 、 将 同码道 的信号 区分开来 ， 最大限度
维普资讯
山西 电子技 术
２０ ０ ７年 第 １ 期
通 信 技 术
智 能天 线 自适应 波束赋 形 算 法 的研 究
白振锋 萧宝瑾
（ 太原 理 工大 学信 息 工程 学院 ， 山西 太原 ０ ０ ２ ） ３ ０ ４
摘 要 ： 能 天 线 作 为 ３ 及 未来 移 动 通信 的核 心技 术 ， 当前 通信 领 域 的研 究 热 点 。 阐 述 了智 能 天 线 的 基 本 智 Ｇ 是
原理 ， 对 自适应波束赋形算法进行 了分类 ， 并 较为详 细地 比较和 分析 了几种 算 法的特 点及其 适 用条件。基 于算法 的现状 ， 出了未来的研 究方向。 提 关键词 ： 智能天线 ； 自适应波束赋形 ； 算法分类 中图分类号 ： ８ ８ ６ ＴＮ ２ ． 文献标识码 ： Ａ
的干扰 ， 是通过控 制低 的旁 瓣电平来 确保抑制的。与 自适应
最陡梯 度法推导 出来 的 ， 其原理如下 ： 假设参考信号为 ｄ ） 数字 波束形成 网络 处理 函数为 （ ，
智 能天 线相 比， 固定形 状波 束智能天 线无需 迭代 、 响应 速度 收稿 日期 ： ０ — ７ １ 第一作者 ２ ６ ０—５ ０ 白振锋
快， 而且鲁棒性好 ， 但它对天 线单元 与信道 的要 求较 高 ， 而且
用户信号并不一定 在波束 中心 ， 当用户位 于波束边缘及 干扰 信号位 于波束 中央 时 ， 收效果最 差 ， 以多 波束 天线不 能 接 所