5G优化案例：5G波束赋形场景化应用研究.docx

5G波束赋形场景化应用研究 第 PAGE 2页, 共 NUMPAGES 37页 5G波束赋形场景化应用研究 XX无线维护中心 XX XX年XX月 目 录 TOC \o 1-2 \h \z \u 一、 研究背景 3 二、 技术原理 3 2.1 波束原理介绍 3 2.2 波束赋形原理介绍 12 2.3 广播波束场景化 23 三、 高楼场景适用性研究 27 3.1仿真方法 27 3.2仿真区域 27 3.3仿真结果 29 3.4仿真小结 35 四、 经验总结及推广 36 5G波束赋形场景化应用研究 XX 【摘要】大规模波束赋形技术是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）三大场景技术需求的核心技术。本文将结合标准必威体育精装版进展，介绍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等关键技术；并对大规模波束赋形的实现机制进行分析，最后给出大规模波束赋形技术在各场景中的应用和实现方式，并利用仿真技术对后续5G分场景覆盖优化给出波束pattern建议配置，为后续5G的覆盖及波束优化提供指导思路。 【关键字】 Massive MIMO、波束赋形、Beamforming、5G 【业务类别】优化方法、5G NR 研究背景 Massive MIMO和波束赋形(Beamforming BF)是5G的一项关键技术。5G将LTE时期的MIMO进行了扩展和延伸，LTE的MIMO最多8天线，到5G扩增为16/32/64/128天线，被称为“大规模”的MIMO。Massive MIMO和波束赋形(Beamforming BF) 二者相辅相成，缺一不可。Massive MIMO负责在发送端和接收端将越来越多的天线聚合起来；波束赋形负责将每个信号引导到终端接收器的最佳路径上，提高信号强度，避免信号干扰，从而改善通信质量。我们甚至可以说大规模MIMO就是大量天线的波束。Massive MIMO通过集成更多的射频通道和天线、实现三维精准波束赋形和多流多用户复用技术，从而达到比传统的技术方案更好的覆盖和更大的容量。Massive MIMO可以大幅度提升单站的容量和覆盖能力，解决运营商在同城竞争中面临的站址紧张、建站难、深度覆盖难等痛点，同时大幅度提升单用户流量满足终端用户对不同业务极致体验的诉求。本文主要开展对5G波束相关原理及不同波束pattern对不同场景的适用性研究，并给出适用于现网的波束pattern建议。 技术原理 2.1 波束原理介绍 2.1.1 波束定义 “波束”这个词看上去有些陌生，但是“光束”大家一定都很熟悉。当一束光的方向都相同时，就成了光束，类似手电筒发出的光。反之，如果光向四面八方辐射（如电灯泡发出的光），则不能形成光束。和光束一样，当所有波的传播方向都一致时，即形成了波束。Beam是对于整列天线电磁波传播的一种样式。一个天线的时候，电磁波的辐射方向是360度传播的，但是一个天线阵列可以实现电磁波单方向传播。天线个数越多，电磁波传播方向越集中。 2.1.2 天线阵列 电磁波极化方向 平面电磁波单向传播，且电场和磁场方向互相垂直，两者同时也和传播方向垂直；速度=波长x频率(即 c=λf ) 平面波电场的方向定义为电磁波的极化方向，主要分为以下 线性极化: 电场方向始终处于同一个平面内 圆极化: 电场有两个完全相等的垂直分量 电场矢量在传播过程中形成圆形轨迹 在正对传播方向上观察（辐射源处于正前方）： 右旋极化: 电场矢量逆时针方向旋转 左旋极化: 电场矢量顺时针方向旋转 椭圆极化 电场有两个不完全相等的垂直分量 电场矢量在传播过程中形成椭圆形轨迹 电磁波的极化方向由天线辐射单元的方向决定；如果两个波的极化方向是相互垂直的（正交），则可以承载不同的信息符号；通过相同极化方向天线单元之间的相互作用可以改变相应极化方向的波束方向和形状（波束赋形）；由于散射，原本正交的波形会在传播过程中逐渐丢失正交性，并在接收端产生相互影响。 天线单元（Radiator）：每个极化方向代表一个天线单元 1）天线单元（Radiator）由半波振子加反射板构成，如下图所示： 2）3GPP38.901定义的Radiator Pattern： 赫兹偶极子（Hertz Dipole）Pattern： 天线阵列（Antenna Array）： 某5G AAU-A模块工作在NR 3.5GHz频段，64个TRX，192个天线单元，总功率200W。天线阵列示意图如下所示： 5G AAU-A天线阵列示意图 每个极化方向上有32个TRX，每个TRX分路到3个天线单元，总共对应12*8*2=192个