17、5G多天线技术与空中接口协议栈解析

5G多天线技术与空中接口协议栈解析

多天线技术

在无线通信领域，多天线技术起着至关重要的作用，特别是在5G网络中，它能够显著提升系统性能和覆盖范围。其中，混合波束赋形技术是一种融合了数字波束赋形和模拟波束选择优势的技术。

部分连接架构

数字波束赋形是一种强大的技术，但它需要大量的A/D和D/A转换器，导致在高频段，尤其是毫米波频段，功耗过高。而模拟波束选择功耗较低，但灵活性较差。混合波束赋形则结合了这两者的优点。

最常见的实现方式采用部分连接架构。在这种架构中，基站的天线阵列被划分为M1个面板，每个面板通过数字连接器进行数字预编码驱动。每个面板包含M2个天线，通过空间滤波驱动，因此天线总数为M = M1M2。

每个面板会创建一个空间滤波波束，指向方位角𝜃0，并在特定角度处存在零点，其角度满足公式：sin 𝜃−sin 𝜃0 = m𝜆 / M2d （m = ±1, ±2, · · ·）。假设这些波束使用相同的空间滤波器创建，它们将指向同一方向，此时面板的作用类似于间距为M2d的数字预编码天线，从而创建出一个数字预编码波束，其半功率波束宽度近似为：𝜃3dB ≈ 𝜆 / M1M2d。该波束会在特定方位角处重复出现栅瓣，栅瓣中心方位角满足公式：sin 𝜃−sin 𝜃0 = n𝜆 / M2d （n = 0, ±1, ±2, · · ·）。不过，n ≠0的栅瓣中心位于原始空间滤波波束的零点上，因此至少会部分被抑制。

使用这种技术，基站一次只能使用一个空间滤波波束进行通信，但在该波束内，基站可以生成多个数字预编码波束，以通过单用户和多用户MIMO与一个或多个移动台进行通信。这种技术在提供纯数字系统大部分灵活性的同时，降低了复杂