60 GHz毫米波通信中上行链路混合波束赋形技术研究

智能天线波束赋形GOB算法与EBB算法比较

目前比较常用的波束赋形算法有2种：GOB算法和EBB算法。GOB算法是一种固定波束扫描的方法，对于固定位置的用户，其波束指向是固定的，波束宽度也随天线阵元数目而确定。当用户在小区中移动时，它通过测向确定用户信号DOA，然后根据信号DOA选取预先设定的波束赋形系数进行加权，将方向图的主瓣指向用户方向，从而提高用户的信噪比。EBB算法是一种自适应的波束赋形算法，方向图没有固定的形状，随着信号及干扰而变化。其原则是使期望用户接收功率最大的同时，还要满足对其他用户干扰最小。实际设备中采用了EBB算法，需要说明的一点是，仅下行有波束赋形技术，上行方向，手机天线无法进行波束赋形，基站多个天线此时主要用于分集接收。简单来说就是一个天线阵的运用，上行信号到达每个天线的时间是不一致的，但天线之间的相差是可以预知的，只要将每个天线上的上行信号做一个加权处理，所得信号将是同相信号，将天线阵上的信号相加，即可增加10logN*N db（此处应为10logN db——本人注）的信噪比；同理下行时，首先根据上行信号估计空间特性，然后在天线阵上发送具有相差的信号，使各个天线下行信号到达接受机的信号同相。上下行中相位的加权运算就是波束赋形。注解：波束赋形工作由基站完成 GOB 与EBB算法的区别目前智能天线的赋形算法主要有以下两种：一、GOB(Grid Of Beam)算法（又称波束扫描法）：它是基于参数模型（利用信道的空域参数）的算法，使基站实现下行指向性发射。 GOB算法的基本思路如下：将整个空间分为L个区域，并为每个区域设置一个初始角度。以各个区域的初始角度的方向向量为加权系数，计算接收信号功率，然后找到最大功率对应的区域，再将该区域的初始角度当作估计的到达角。利用上下行信道对称的特点，确定赋形角度。二、EBB(Eigenvalue Based Beamforming)算法（即特征向量法）：通过对空间

波束赋形工作原理及对TD-LTE测试的影响

波束赋形?工作原理及对TD-LTE测试的影响 ! 1 波束赋形基础知识" ? ? “波束赋形”?一词有时会被滥?用，从?而引起混淆。从技术上来说，波束赋形和波束导向?一样简单，即两个或更多的天线以受控的延迟或相位偏移来发射信号，从?而创造出定向的建设性?干涉波瓣(见图1)。! ! 图1　简单波束导向创建的波瓣 ? ?TD-LTE系统中所?用的波束赋形是?一个相对更加复杂的命题，部分原因是终端设备具有移动的特性。?一种称为Eigen波束赋形的技术会使?用关于RF信道的信息从统计上对发射天线组件的幅度和相位参数进?行加权判断。虽然 Eigen波束赋形并?非计算最密集的波束赋形类型(还有?一种称为最?大?比率发送的?方法也会执?行相同类型的权重判断，但只针对每个?子载波)，但当它被?用于组件数较?高的8 × n MIMO 系统时，?无论是在实施中，还是在系统开发的验证阶段中，都将是?一个极具挑战性的命题。 ! 2　TD-LTE与8×n MIMO" ? ? 多数计划中的TD-LTE部署都是围绕8个天线组件的发射天线?而设计的(见图2)。在这些系统中，4个有?一定距离间隔的天线组件被物理指向某个?角度。另外，4个组件的布置?方式是，每个都分别与前4个天线组件同轴，?而且后4个天线组件中每?一个都指向其各?自的配对组件。

图2　?一个8×2波束赋形系统创造出的垂直极化波束 ? ? 由4个?方向类似的组件组成的每?一组都形成了?一个可以瞄准某个特定?方向的波束。这4个?无线电链路之间的关联程度很?高，?而两个垂直极化波束则显?示出较低程度的相互关联，形成类似2×n MIMO 的系统，因此也就可以发射多层或多个数据流。因此，这样的系统在实现MIMO系统数据速率最?大化优势的同时，还可充分发挥波束赋形优化特定?方向信号强度。这种系统通常被称为双层波束赋形系统，其中的每?一层都可以代表?一个独?立的数据流。 ? ? 双层MIMO波束赋形系统既可?用作单?用户MIMO系统(SU-MIMO)，即两个数据流都被分配给单个?用户终端，也可以?用作多?用户(MU-MIMO)系统，即个数据流均被分配给不同的?用户终端。这样为?网络运营商提供巨?大的灵活性，使之能够选择性地部署覆盖能?力最?大的系统，或者是单个?用户数据吞吐量最?大的系统。 ! 3　波束赋形?工作原理" ? ? 在任何?一种波束赋形系统中，系统都必须能够估计?目标?用户终端的?方向。在FDD系统中，这是?用户终端以预编码矩阵指标(PMI)的形式进?行反馈的功能，?而TD-LTE的信道互易性取消了这?一要求。在TD-LTE系统中，?用户终端会向基站发送?一个信道报告信号，基站通过检查相同极化天线之间的相对相位差，能估计出?用户终端的到达?方向(DoA)。需要注意的是，尽管这种估计是在上?行链路中执?行的，基站仍可利?用信道互易性，根据对上?行链路的估计在下?行链路中执?行发送任务。 ? ?接下来，根据估计出的DoA，基站会动态调整天线阵列中每个组件的“天线权重”(相对幅度和相位)，将波束引向所期望的?用户，并且/或者将零信号引导?至不需要?干涉所在的?方向。图 1显?示的便是这?一基本概念。 ? ? 上?面的场景事实上只是简单的波束导向。Eigen波束赋形会加?入?一些智能处理，但其期望的基本效果是相同的：系统会利?用互易性对下?行信道的参数做出估计并据此调整天线权重(见图3)。图3　?自适应式波束赋形系统 ! 4　测试波束赋形"

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。但是，面对LTE Release 9以及LTE-Advanced系统的更高速率需求，有必要对波束赋形技术加以扩展。以LTE定义的最大发天线数8天线为例，由多天线理论可知，8×2天线系统的单用户MIMO至多可以同时传输两个数据流，这就意味着LTE Release 8规范中的单流波束赋形技术并没有充分开发信道容量。根据信道容量相关理论可知，信道容量为信噪比的对数函数，随着信噪比提升，容量增加趋势越来越缓；在高信噪比情况下，将某个数据流的功率降低一半并不会导致该数据流容量大幅降低，此种情况利用另一半功率来发送一个新的数据流将会极大地提升传输容量。为满足TD-LTE系统中使用8天线以及扩展波束赋形技术以提升容量的需求，中国移动和大唐移动共同推出了采用8天线配置的双流波束赋形技术。二、双流波束赋形技术介绍双流波束赋形技术应用于信号散射体比较充分的条件下，是智能天线波束赋形技术（即单流波束赋形技术）和MIMO空间复用技术的有效结合，在TD-LTE系统中，利用TDD信道的对称性，同时传输两个赋形数据流来实现空间复用，并且能够保持传统单流波束赋形技术广覆盖、提高小区容量和减少干扰的特性，既可以提高边缘用户的可靠性，同时可有效提升小区中心用户的吞吐量。根据多天线理论可知，接收天线数不能小于空间复用的数据流数。8天线双流波束赋形技术的使用，接收端至少需要有2根天线。根据调度用户的情况不同，双流波束赋形技术可以分为单用户双流波束赋形技术和多用户双

5G优化案例：5G波束赋形场景化应用研究

5G波束赋形场景化应用研究 XX无线维护中心 XX

XX年XX月一、研究背景 (3) 二、技术原理 (3) 2.1波朿原理介绍 (3) 2.2波束赋形原理介绍 (12) 2.3广播波朿场景化 (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。本文将结合标准最新进展, 介绍大规模波束赋形技术的实现原理、CSl反馈机制、波朿扫描和波束管理等关键技术：并对大规模波朿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朿P a ttern建议配宜，为后续5G的覆盖及波束优化提供指导思路。【关键字】MaSSiVe MIM0、波束赋形、BeamfOrming> 5G 【业务类别】优化方法、5G NR 一、研究背景 MaSShe MIMo和波朿赋形(BeamfonniiIg 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MIM0。MaSSIVe MIMO 波束赋形(BeamfOrmmg BF)二者相辅相成，缺一不可。MaSSlVe MlMO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，提髙信号强度，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就是大量天线的波朿。MaS S lVe MIMO通过集成更多的射频通道和天线、实现三维精准波朿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呈:。MaSSlVe 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而临的站址紧张、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朿Patten I对不同场景的适用性研究，并给岀适用于现网的波朿PattenI建议。

NOMA结合随机波束赋形论文总结

下行MIMO信道下结合随机波束赋形和波束内SIC技术的NOMA技术： 3G中的cdma2000和WCDMA基于DS-CDMA，接收机应用简单的单用户检测例如Rake接收。 3.9G和4G中应用OFDMA，SC-FDMA，结合信道感知和时频域调度以及接收机端简单的单用户检测技术，在分组域中达到更好的系统性能。为了让非正交技术更具发展潜力，应该结合先进的发送接收技术，如DPC和SIC，不同于3G。3G缺陷：非正交多用户复用技术应用一个简单的扩频码作为信道化码，结合SIC后不能充分利用非正交性所具有的潜能。本文假设：基本传输信号的产生基于OFDM，包括DFT-spread OFDM，具有对抗多径干扰的鲁棒性。信道化主要通过可达容量的信道码，如Turbo code，LDPC code。因此，非正交用户复用形成了叠加编码。 LTE/LTE-A中，MIMO下行链路中，广播信道是非退化的，因此应用SIC叠加编码并不是最优的，且应该应用DPC达到整个多用户容量区域。但是DPC实际部署相当困难，对CSI反馈时延敏感，并且为了达到多用户容量区域，需要employ依赖用户的波束成形（预编码），这相应的导致参考信号信令开销增大，降低DPC时的系统吞吐量增益。 MIMO下行链路中应用SIC技术：发送波束个数=发送天线个数。波束内叠加编码，参考信号个数=发送天线个数。用户终端：波束间干扰通过多个接收机天线的空间滤波来抑制。再接着进行SIC去除同一波束内的用户间的干扰。即波束内SIC。空间滤波后，一个波束内的多个叠加的用户的信道是退化的，因此SIC实现比DPC实现要容易，且对信道变化更有鲁棒性。任何类型的波束成形矩阵决定标准都可以用于NOMA波束内叠加编码和SIC。本文应用开环随机波束成形，随机波束成形可有效降低CSI反馈。 NOMA+random beamforming+intra-beam SIC：基站performs MIMO传输，B个波束，B（波束个数）<=M（天线个数） Random Beamforming：基站为下一次传输随机决定beamforming（precoding）matrix（不需要来自用户的反馈）；在真正的数据传输之前，基站对于特定的波束传输下行参考信号，RS 个数=B（波束个数），RS波束成形于相应的预确定的波束向量；利用第b个参考信号，在用户终端k上得到H kf m fb的估计值，对所有B个波束利用这个估计值，空间滤波向量V kfb被计算出来，V kfb和H kf m fb，等价信道增益g kfb也得到（见论文公式6或者笔记），对于user k，波束b频率块f上的SINR kfb=g kfb P b，user k反馈这个SINR kfb给相应的服务基站；基站根据这

LTE-TDD波束赋形

波束赋形波束赋形原理波束赋形的目标是根据系统性能指标，形成对基带（中频）信号的最佳组合或者分配。具体地说，其主要任务是补偿无线传播过程中由空间损耗、多径效应等因素引入的信号衰落与失真，同时降低同信道用户间的干扰。因此，首先需要建立系统模型，描述系统中各处的信号，而后才可能根据系统性能要求，将信号的组合或分配表述为一个数学问题，寻求其最优解。 1．系统模型根据应用场合的不同，一般可以将波束赋形算法分为上行链路应用以及下行链路应用。无论是哪种情况，总可以用一个时变矢量（MIMO）信道来描述用户端与基站端的信号关系，如图2所示。对于上行链路，多个发射信号实质上是K个用户设备同时发送的信号，基站则使用多个天线单元接收信号，对其进行处理和检测，这时发送端的信号分配仅在各个支路分别进行；对于下行链路，基站仍可能使用多个天线单元向特定用户发射信号，但用户设备使用单天线检测与其有关的信号，这时接收部分降为一维，信号组合也仅对于单路信号进行。根据图2的系统模型，就可以描述发送端的原始信号与接收端实际接收信号之间的关系，通常根据研究重点的不同，对于原始信号以及实际接收信号的位置会有不同的定义。对于波束赋形技术，一般其研究的范围从发送端扩谱与调制单元的输出端，到接收端解扩与解调单元的输入端，而研究过程中又常将信号分配单元输出端到信号组合单元输入端之间的部分合并，统称为无线移动信道，由于无线移动通信环境的极度复杂，无法得到其输入输出关系的确切描述，一般采用大量测量和理论研究相结合的方法，使用有限的参数描述该信道。采用这种方法后，就可以得到受干扰有噪信号与原始信号的关系，并据此在一定程度上恢复信号。因此，波束赋形的一般过程为： ⑴根据系统性能指标（如误码率、误帧率）的要求确定优化准则（代价函数），一般这是权重矢量与一些参数的函数； ⑵采用一定的方法获得需要的参数； ⑶选用一定的算法求解该优化准则下的最佳解，得到权重矢量的值。可以发现，由于通信环境复杂，上述过程的每一阶段都可有不同的实现方案，因此产生了大量的波束赋形算法，如何衡量和比较其性能也成为波束赋形技术研究的一个重要方面。 2．波束赋形算法的性能

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

TD-LTE双流波束赋形天线技术创新

TD-LTE双流波束赋形天线技术创新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。但是，面对LTE Release 9以及LTE-Advanced系统的更高速率需求，有必要对波束赋形技术加以扩展。以LTE定义的最大发天线数8天线为例，由多天线理论可知，8×2天线系统的单用户MIMO至多可以同时传输两个数据流，这就意味着LTE Release 8规范中的单流波束赋形技术并没有充分开发信道容量。根据信道容量相关理论可知，信道容量为信噪比的对数函数，随着信噪比提升，容量增加趋势越来越缓；在高信噪比情况下，将某个数据流的功率降低一半并不会导致该数据流容量大幅降低，此种情况利用另一半功率来发送一个新

波束赋性

LTE 系统中双层波束赋形技术性能分析何桂龙北京邮电大学信息与通信工程学院，北京(100876) E-mail:hgleagle@https://www.360docs.net/doc/e616432073.html, 摘要：本文给出了单用户双层波束赋形（BF ）技术带来的性能增益，提出了两种不同的双层波束赋形实现方案，并且分析比较了不同信道质量指示（CQI ）反馈周期下两者之间的性能差异，理想情况下基于TxD 的机制性能要好，但在考虑基站端测量误差模型及用户端单天线传输时，TxD 方式有20%的性能损失，同时我们发现TxD 方式对信道质量反馈周期比较敏感，随周期增加性能下降明显。关键词：波束赋形；预编码；信道质量指示 1 引言长期演进（LTE ）系统是UMTS 的演进方向，由于物理层采用了多入多出天线（MIMO ）和正交频分复用（OFDM ）等革命性的技术，链路层采用频域调度（FDPS ），混合自动重送请求（HARQ ）等链路自适应技术，频谱效率得到了极大提高。波束赋形作为一种下行传输模式，在消除小区间干扰并提高小区边缘用户性能方面发挥巨大的作用。LTE R9中的单用户双层波束赋形技术是R8中单层波束赋形直接演进技术[1]，能够进一步增大系统吞吐量。本文首先介绍了双层波束赋形传输的系统模型，接着提出了两种实现双层波束赋形的方案，最后通过系统仿真验证分析比较了不同方案的优劣。 2 系统模型 LTE Release 9引入双层波束赋形时的天线推荐配置是8x2，为了减少天线阵列所占空间，通常采用交叉极化的放置方式。每4根天线一组对应一个极化方向，组内天线间距λ/2，利用强相关性形成一个波束，两组之间由于极化方向不同，相关性弱，因此能够形成两个子信道同时进行传输[2]。图1 基站端天线配置用户（UE ）端接收到的信号是 0000??=+=+????12W Y H C S N HWC S N W (1) 其中1W 和2W 分别是每个共极化天线组的DoA 加权赋形向量[3]， ()()()1212,,,T or M W ωβωβωβ=????L ，(1)sin()j m m πβω??=，M 是天线阵列个数，β是用户到达角（DoA ），预编码矩阵0C 的一个选择准则是arg max{()}H H trace =0C C C H HC ，即0C 可通过特征分解矩阵H H H 得到两个最大特征值

智能天线广播波束赋形应用探讨

智能天线广播波束赋形应用探讨摘要：TD-SCDMA的难点在于覆盖与自干扰。解决的办法有很多，本文提供了调整广播波束赋形宽度这种便捷有效的方法，可以根据不同的无线场景，设置最为合理的波束宽度，即达到预期的覆盖效果，又能减少公共信道的干扰，提升系统性能。关键词：波束宽度场景 1.引言智能天线是TD-SCDMA的关键技术之一。该技术的运用大大降低了TD-SCDMA系统内部的干扰，提高了系统容量。然而这只适用于用户在通话过程中，智能能天线对每个用户的上行信号均采用赋形波束，使天线主波束对准用户信号到达方向DOA，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到抑制干扰信号的目的，提高系统性能是非常直接的。但在用户没有发射，仅处于接收状态下，基站是不可能知道该用户所处的方位，只能使用全向波束进行发射，所以优化广播信道及下行导频信道波束，不仅可以减少公共信道的干扰，提升系统性能，而且还能根据场景之需，因地制宜，达到良好覆盖效果。 2.广播波束赋形的介绍天线的垂直波瓣宽度和下倾角决定基站覆盖的距离，而天线的水平波瓣宽度和方位角度决定覆盖的范围。广播波束是在广播时隙形成，实现对整个小区的广播。TD系统中，在帧结构中为广播信道设置了专门的时隙。图 1 TD帧结构图波瓣宽度的大小反映了天线的能量辐射集中程度，波瓣宽度越窄天线主瓣(3dB角内)能量越集中，旁瓣对周边小区干扰也越小。对于广播信道全向赋形，全向天线的水平波瓣宽度均为360度；定向天线的常见水平波瓣宽度有30度、65度、90度、120度等多种。对使用普通天线的无线基站，其小区的覆盖完全由天线的辐射方向图形确定。当然，天线的辐射方向图形是可能根据需要而设计的。但在现场安装后除非更换天线，其辐射方向图形是不可能改变和很难调整的。但智能天线的辐射图形则完全可以用软件控制，在网络覆盖需要调整或由于新的建筑物等原因使原覆盖改变等情况下，均可能非常简单地通过软件来优化，如图2。所以在TD系统中，广播波束赋形已经成为日常优化的一种参数方法。有了它，网优人员就可能轻松地根据实际环境之需，根据周边站点的间距、疏密程度来调整使用广播信道的波束赋形宽度，达到预期的效果。

基于高速铁路通信的多波束机会波束赋形技术

Computer Engineering and Applications 计算机工程与应用 2013，49（18）铁路运输以其经济、运输量大的优势，成为各国大陆运输的主要方式，并朝着重载化、高速化和多模式运输的趋势发展。近年来，高速铁路逐渐成为世界各国主要的交通工具，高速铁路最高时速都超过300km/h ，大大缩短了列车运行时间，但对通信系统的要求越来越高。高速铁路移动通信系统一直作为广大企业、研究院所以及高校的研究热点。文献[1]介绍了高速铁路宽带无线通信的业务类型，分别为：列车控制通信业务、列车乘客通信业务和公务信息通信业务。列车控制通信业务和公务信息通信业务主要是列车调度信息的交互通信，以保证列车可以正常运行、提供必要的应急通信，目前GSM-R 通信系统已经可以实现这些需求；乘客宽带通信业务主要包括乘客在列车行驶过程中的语音传输、多媒体数据流的高质量传输，例如PIS 业务、电视和广播业务、视频监控业务、无线互联网络、无线语音等业务，GSM-R 目前尚不能正常提供这些服务。文献[2]中，作者在铁路两旁引入了分布式天线，采用MIMO 系统，提出了一种车载双天线切换流程。文献“Location information-assisted opportunistic beamforming in LTE system for high-speed railway ”（Meng Cheng ，et al.），介绍了两种能够明显提高Opportunistic Beamforming （OBF ）系统性能的算法。总体来说，基于LTE 高速铁路场景多天线技术的研究还相对较少，但选择合适的MIMO 制式对于高铁通信系统干扰消除，以及吞吐量的提升意义重大。因此，本文主要研究高速铁路环境下基于LTE 的MIMO 波束赋形技术。波束赋形技术也称线性预编码技术，是一种接近脏纸编码（Dirty Paper Coding ，DPC ）[3]信道容量的低复杂度信号处理技术。其主要应用于小间距天线阵列，在发射信号基于高速铁路通信的多波束机会波束赋形技术高倩，张福金 GAO Qian,ZHANG Fujin 琼州学院电子信息工程学院，海南三亚572022 School of Electronic Information and Engineering,Qiongzhou University,Sanya,Hainan 572022,China GAO Qian,ZHANG Fujin.Multi-beam opportunistic beamforming for high-speed railway https://www.360docs.net/doc/e616432073.html,puter Engineering and Applications,2013,49（18）：56-60. Abstract ：In the high-speed railway communication,the position information of train is predictable.However,the number of relaying antennas on the roof is limited,the feedback delay is large,Doppler effect is often serious,handover is frequent,and so on.Therefore,the traditional beamforming is not suitable for high speed railway communications.By taking the advantage of the predictability of the location information of the train,this paper proposes a kind of location information auxiliary multi-beam opportunistic beamforming,which can improve the accuracy of the weighted vector of the beam for the opportunistic beamforming algorithm.The scheme also supports multiple beam parallel transmission,so as to realize better multiuser diversity gain with multi-beam selection.Because opportunistic beamforming needs only some parameters such as SNR in the receiver,the feedback over-head is also reduced.Thus,the scheme proposed in the paper is suitable for high speed railway communications. Key words ：high speed railway;multi-beam;opportunistic beamforming 摘要：鉴于高速铁路通信中，列车位置信息可预测、列车车顶中继转发天线数有限，以及反馈信息时延大、多普勒衰落较大、频繁切换等特性，传统的波束赋形并不适用于高速铁路场景。位置信息辅助的多波束机会波束赋形能够利用列车位置信息可预测的优势，在机会波束赋形算法中有效地提高发送波束随机相位与来波相位匹配的概率，同时支持多个波束并行传输，以多波束选择实现更好的多用户分集增益，且机会波束赋形无需反馈完全信道状态信息。因此位置信息辅助的多波束机会波束赋形技术适用于高速铁路通信。关键词：高速铁路；多波束；机会波束赋形文献标志码：A 中图分类号：TN929.53doi ：10.3778/j.issn.1002-8331.1304-0259 基金项目：海南省自然科学基金（No.612167）。作者简介：高倩（1986—），女，助教，主要研究领域为无线通信、移动通信、传感器网络；张福金（1956—），男，教授。 E-mail ：gaoqian496@https://www.360docs.net/doc/e616432073.html, 收稿日期：2013-04-18修回日期：2013-05-24文章编号：1002-8331（2013）18-0056-05 56

信号检测(mimo)学习笔记-曾庆仲

1.MIMO模块 1.1.基础概念 1.1.1.码字码字（codeword）是来自上层的业务流经过信道编码和速率适配以后能够独立并行传输的数据码流,不同的码字q区分不同的数据流。 LTE中，一个codeword 对应一个TB(Transport Block)，LTE最多只有两个codeword，codeword0 and codeword1，而codeword最大只能取2是因为一个TTI 最多有两个TB.关键是，对一个UE而言，一个TTI最多只能有两个TB，但这不意味着系统在一个TTI内只能传输一个UE的数据；实际上，同一个TTI上可以传输多个UE的数据，而不同UE在同一个TTI 上可利用不同TB块（即不同RB pair）传输不同数据。 1.1. 2.层由于码字数量和发送天线数量不一致，需要将码字流映射到不同的发送天线上，因此需要使用层与预编码。层映射与预编码实际上是“映射码字到发送天线”过程的两个的子过程。层映射首先按照一定的规则将码字流重新映射到多个层（新的数据流）。（注：层的数量小于物理信道传输所使用的天线端口数量P）。预编码再将数据映射到不同的天线端口上 1.1.3.天线端口天线端口的概念，是一种导频（图谱），天线端口指用于传输的逻辑端口，与物理天线不存在定义上的一一对应关系（即与导频一一对应）。天线端口由用于该天线的参考信号来定义。等于说，使用的参考信号是某一类逻辑端口的名字。 LTE系统发展到现在的R10版本主要有以下几种导频：端口0-3的Cell-specific RS：小区专有导频，简称CRS：小区专有导频也就是常说的公共导频，他的用途很广，控制信道的信道估计解调用的都是CRS，CRS的用途还包括传输模式1—传输模式6的解调，RSRP一级RSRQ的测量等等。端口4 MBSFN参考信号，与MBSFN传输相关联。MBSFN应该是指多媒体广播单频网Multicast/Broadcast over Single Frequency Network。端口5的UE-specific RS：UE专有导频，用于传输模式7的业务解调。端口6的定位导频：用于终端的定位。端口7-14的DM-RS：用于传输模式8-传输模式9的业务信道的解调，R9 以及R10中引入的导频，可以支持最大达到8层的业务解调，还可以支持MU-MIMO的发送。信道状态信息测量导频，CSI-RS：用于信道信息CQI，PMI，RI等信息的测量，最大可以支持8个端口的测量。

Beamforming技术

Beamforming是发射端对数据先加权再发送，形成窄的发射波束，将能量对准目标用户，从而提高目标用户的解调信噪比，这对改善小区边缘用户吞吐率特别有效。Beamforming可以获得阵列增益、分集增益和复用增益。Beamforming 通常有两大类实现方式：MIMO Beamforming和DOA Beamforming。 MIMO Beamforming（简称MIMO-BF）技术。利用信道信息对发射数据进行加权，形成波束的一种波束赋形方法。MIMO-BF技术又可分为开环和闭环两种模式。开环Beamforming技术利用上行信道信息，对发射信号进行加权，不需要接收端反馈信道信息给发射端，发射端通过上行信道自行估计得到。开环Beamforming技术对覆盖和吞吐量的提升都有比较明显的效果。但是，由于需要利用上行信号估计下行发送权值，处理时延大，因此适用于低速场景。另外，开环Beamforming技术利用了上下行信道的互易特性，故系统实现时需要对各个收发通路进行校正。闭环Beamforming技术需要终端反馈信道信息如码本（Codebook）给发射端，利用反馈信息对发射信号进行加权。同样由于受反馈时延的影响，闭环Beamforming技术也只在低速场景有较好的性能。另外，由于受反馈精度的影响，闭环Beamforming技术总体上比开环的性能要略差，但系统实现相对简单，不需要对天线收发通道进行校正。根据业界情况，目前TDD系统只使用开环Beamforming技术，而闭环Beamforming技术则应用于FDD系统。 DOA Beamforming（简称DOA-BF）技术。通过估计信号的到达角（DOA：Direction of Arrinal），利用DOA信息生成发射权值，使发射波束主瓣对准最佳路径方向的一种波束赋形方法。与MIMO-BF相比，DOA-BF有以下特点： 1）DOA-BF技术要求天线阵列间距小（通常小于一个载波波长），在多径丰富的场合分集效果比较差，在非直视径（NLOS：Non Line of Sight）场合，由于DOA估计不准也会使性能下降。因此，DOA-BF技术对密集城区使用效果不是很理想，而对农村和郊区等场合比较有效。但从业务发展的角度考虑，农村和郊区的业务量需求通常不高，采用DOA-BF实现的代价又比较高，因此实用意义不大。而MIMO-BF技术通常由于天线间距都比较大，搜集多径的能力比较强，特别适合在话务量高的密集城区使用，以提升系统容量，有效降低高话务区域的建网成本或扩容成本。 2）DOA-BF技术对天线阵元的一致性要求比较高。因此，系统实现时不仅需要进行收发通道校正，还需要进行天线校正，而校正不理想时会使系统性能下降，故DOA-BF系统实现复杂度比较高

LTE下行波束赋形设计及其性能分析

论文引用格式：邓威.LTE下行波束赋形设计及其性能分析[J].现代电信科技，2017,47（1）：42-45. DENG Wei.Performance analysis on beamforming for LTE downlink[J].Modern Science&Technology of Telecommunications,2017,47 (1):42-45. LTE下行波束赋形设计及其性能分析邓威（中时讯通信建设有限公司，广州510040）摘要：基于LTE下行链路，提出完整的波束赋形设计框架及其详细实施方案，并通过数值仿真对所提方案进行性能分析和对比。数值仿真表明，提出的波束赋形方案在衰落信道下表现出明显的性能增益。关键词：LTE；波束赋形；下行链路；性能分析中图分类号：TN929.5文献标识码：A Performance analysis on beamforming for LTE downlink DENG Wei （China Eracom Contracting and Engineering Co.,Ltd,Guangzhou510040） Abstract：Framework and detailed design for beamforming in LTE downlink is proposed in this paper,and numberical simula?tion results are provided to validate the proposed theme.From the simulation results,obviously performance gain can be ob?tained from the beamforming algorithm. Keywords:LTE;beamforming;downlink;performance analysis 1引言 LTE系统下行链路的主要特点是采用了多天线技术来提高系统性能，包括分集、波束赋形和复用技术[1]。分集技术主要是利用多天线信道衰落的统计独立性，为信号传输增强自由度，从而提升链路质量；波束赋形技术则在发射机端对数据进行预编码或者加权处理，形成与目标用户信道相匹配的逻辑波束，将更多的有效能量分配给目标用户，以提高系统覆盖范围；空间复用则通过若干个独立的空间信道传输不同的数据流，以提升系统容量或传输峰值速率。波束赋形主要实现方式有基于多天线的波束赋形(MIMO-Beam forming)和基于到达角的波束赋形(DOA-Beam forming)。在LTE标准中，基于多天线的波束赋形主要通过传输模式6闭环秩为1的预编码实现。此模式需要终端反馈信道信息如码本给发射端，来指示波束赋形使用合适的预编码进行加权。基于到达角的波束赋形技术实现的代价较高，且一般对于天线到达角的估计误差较高，因此实用意义不大。本文基于LTE下行链路，提出完整的波束赋形

5G TF 波束赋形功能测试的 OTA 设置

是德科技 5G TF 波束赋形功能测试的 OTA 设置白皮书摘要—本白皮书提出了一种实现多到达角（AoA）波束赋形空中（OTA）测试的新方法，具体来说，就是使用现有的 6 GHz 以下网络仿真器、毫米波射频前端和双极化喇叭天线，对多个同时传输的下行链路波束进行空中测试。

传统的 3GPP 无线接入技术（RAT），例如 WCDMA 和 LTE，在 6 GHz 以下频段中运行，而支持对这些 RAT 进行功能测试的网络仿真器平台则主要关注所执行的设置。然而，Verizon 5G 技术论坛（5G TF）和 3GPP 5G 新空口（NR）等新标准将在更高的毫米波（mmWave）频率下运行，如 28 GHz，并且将采用波束赋形作为支柱性技术之一。本文中提出了一种新方法，利用同时传输的多个下行链路波束的多个到达角（AoA）来执行波束赋形空中（OTA）测试。这种新方法结合 6 GHz 以下频段网络仿真器、毫米波射频前端和双极化喇叭天线，可以很好地解决波束赋形 OTA 测试难题。采用毫米波无线技术（如 5G TF 和 3GPP 5G NR 所指定的无线技术）的无线通信系统有望成为下一代无线通信系统，因为它们能够解决网络容量增加所导致的带宽不足的问题。然而，信号在高频电磁波中传输时，其传播损耗、衍射、叶簇和结构穿透损耗都显著增加。为了克服这种较高的路径损耗，并为信元边缘用户提供足够的带宽，运营商可以传输经过波束赋形的信号，这种信号在指定的方向上有很高的方向性。从概念上来说，波束赋形是通过对天线单元阵列发射的波形进行相位和增益调整来实现的，这样做可以在特定的空间方向上提供高增益。数字、模拟或混合波束赋形的实现方法在控制波束形状和方向性、波束数量、成本/复杂性以及可实现的 MIMO 配置等方面提供了不同的灵活度。图 1. 通过在不同的波束/AoA 上发射信号，实现对不同用户的多路复用

无线局域网技术-波束成形

无线局域网技术:波束成形近年来，通信运营商竞相提高无线局域网（WLAN）的地位，不仅视其为有线宽带接入的辅助手段，更不吝将其上升到战略高度，提升无线局域网的网络质量和用户体验成为社会关注的焦点。本文主要为您介绍无线局域网关键技术之一波束成形（Beamforming），包括基本概念和发展趋势。背景由来波束成形是天线技术与数字信号处理技术的结合，目的用于定向信号传输或接收。波束成形，并非新名词，其实它是一项经典的传统天线技术。早在上世纪60年代就有采用天线分集接收的阵列信号处理技术，在电子对抗、相控阵雷达、声纳等通信设备中得到了高度重视。基于数字波束形成（DBF）的自适应阵列干扰置零技术，能够提高雷达系统的抗干扰能力，是新一代军用雷达必用的关键技术。定位通信系统通过传声器阵列获取声场信息，使用波束成形和功率谱估计原理，对信号进行处理，确定信号来波方向，从而可对信源进行精确定向。只不过，由于早年半导体技术还处在微米级，所以它没有在民用通信中发挥到理想的状态。而发展到WLAN阶段，特别是应用在个人通信中，信号传输距离和信道质量以及无线通信的抗干扰问题便成为瓶颈。支持高吞吐是WLAN技术发展历程的关键。802.11n主要是结合物理层和MAC层的优化，来充分提高WLAN技术的吞吐。此时，波束成形又有了用武之地。基本原理波束成形，源于自适应天线的一个概念。接收端的信号处理，可以通过对多天线阵元接收到的各路信号进行加权合成，形成所需的理想信号。从天线方向图（pattern）视角来看，这样做相当于形成了规定指向上的波束。例如，将原来全方位的接收方向图转换成了有零点、有最大指向的波瓣方向图。同样原理也适用用于发射端。对天线阵元馈电进行幅度和相位调整，可形成所需形状的方向图。如果要采用波束成形技术，前提是必须采用多天线系统。例如，多进多出（MIMO），不