5G NR系统的模拟波束管理概述

• 随着低频段频谱资源变得稀缺，毫米波频段能够提供更大带宽，成为了移动通信系统未来应用的重要频段。毫米波由于波长较短，具有与传统低频段不同的传播特性，例如更高的传播损耗，反射和衍射性能差等。因此通常会采用更大规模的天线阵列，以形成增益更大的赋形波束，克服传播损耗，确保系统覆盖。
• 毫米波天线阵列，由于波长更短，天线阵子间距以及孔径更小，可以让更多的物理天线阵子集成在一个有限大小的二维天线阵列中；同时，毫米波天线阵列的尺寸有限，从硬件复杂度、成本开销以及功耗等因素考虑，无法采用低频段采用的数字波束赋形方式，而是采用模拟波束和数字端口相结合的混合波束赋形方式。
• 对于一个多天线阵列，其每根天线都有独立的射频链路通道，但共享同一个数字链路通道，需要每条射频链路允许对所传输信号进行独立的幅度和相位调整，所形成的波束主要通过在射频通道的相位和幅度调整来实现，称为模拟波束赋形信号。而全数字波束赋形的天线阵列，每根天线都有独立的数字链路通道，可以在基带控制每路信号的幅度和相位。
• 模拟波束赋形有以下特点。
  • 对于模拟波束赋形，每根天线发送的信号一般通过移相器改变其相位。
  • 由于器件能力的限制，模拟波束赋形一般在整个带宽上进行赋形，无法像数字波束赋形那样针对部分子带单独进行赋形。因此，模拟波束赋形间通过时分（TDM）方式进行复用。
• 由于以上这些特点，模拟波束赋形的赋形灵活性要低于数字波束赋形。但由于模拟波束赋形的天线阵列所需要的数字链路数量要远低于数字波束赋形的天线阵列所需要的数字链路数量，在天线数变得很多的情况下，模拟波束的天线阵列成本下降明显。
• 混合波束赋形结构在数字波束赋形灵活性和模拟波束赋形的低复杂度之间做了平衡，具有支撑多个数据流和多个UE同时赋形的能力。同时，将复杂度也控制在合理范围内，因此成为毫米波中一种广泛采用的传输方式。