15、5G通信中的多天线技术：模拟波束选择、数字波束成形与空间复用

5G通信中的多天线技术：模拟波束选择、数字波束成形与空间复用

在5G通信领域，多天线技术发挥着至关重要的作用，它能够显著提升系统的性能和覆盖范围。本文将深入探讨模拟波束选择、数字波束成形以及空间复用等关键技术，为你揭示5G通信背后的奥秘。

1. 模拟波束选择

模拟波束选择是多天线技术中的重要环节，它主要涉及波束转向、波束宽度、栅瓣以及信号处理等方面。

1.1 波束转向

波束转向是指通过调整相邻天线之间的相位差，将主瓣指向特定的方位角。具体来说，要将主瓣转向方位角 $\theta_0$，相邻天线之间需要满足以下相位差公式：
$\phi = \frac{2\pi d \sin \theta_0}{\lambda}$
其中，$\lambda$ 是无线电波的波长，$d$ 是相邻天线之间的距离，方位角为 0 表示正对着天线阵列，相位差 $\phi$ 以弧度为单位。

例如，当相邻天线之间的相位差分别为 $0^{\circ}$、$-45^{\circ}$ 和 $-90^{\circ}$ 时，波束的转向方向分别为 $0^{\circ}$、$-14.5^{\circ}$ 和 $-30^{\circ}$。

不过，在实际应用中需要注意两个问题：
- 频率相关性 ：主瓣的精确方向取决于无线电波的波长，因此也与频率有关。在宽带系统中，不同无线电频率的主瓣可能会指向略有不同的方向。为了解决这个问题，可以用时间延迟代替相位偏移，但在本文中，为了简化问题，我们仍然使用相位偏移。
- 天线方向性 ：在计算波束时，我们假设基站的各个天线是