beamforming 5G十大关键技术之四的波束成形 _知识分享

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【beamforming 5G十大关键技术之四的波束成形】笔者在描述5G的十大关键技术时，列举了其中一个关键技术是：波束成形（Beam Forming，BF）。
在讨论波束成形之前，我们有必要知道什么是波束及波束成形，以及5G移动通信中实现波束成形的作用是什么。
波束这个词，单从字面上理解有些不好明白；说通俗一点，就是在一定电磁波辐射区域内，如果所有电磁波的传播方向都保持一致（在一定的限 *** 用下），就会形成波束。如果考虑光也是一种电磁波（本质上，光具有波粒二象性），当光源发出的很多光波在接收方向保持一致，就会形成光束（例如手电发出的光就形成了光束）；如果，当光源发出的光波向四面八方辐射，就不会形成光束（例如电灯发出的光没有形成光束）；对于接收方而言，如果需要探测较强功率，当然光束的效果较好。同理，在无线接收机中，如果面对的是波束，接收效果也会更佳。

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其实，科研人员很早就已发现：多天线阵列形成的波束可以提高无线信号的传输和接收质量。无线信号在自由空间传播如同船在水中行驶，无线信号面对的衰减相当于船在行驶过程中面对的阻力。天线的数量如果较少，无线信号传输质量会受到限制；与独排或双桨的行船方式类似，由于桨少形成的划船力量小而导致行船速度较慢。然而， 5G移动基站如果采用了大规模天线阵列（Massive MIMO）进行信号收发，即相当于将独排和双桨行船方式升级到了龙舟行船方式，桨多人多，行船力量剧增。
以上只是简单的比喻，本质上而言，波束成形技术是通过调节各天线的相位使无线信号进行有效叠加，产生更强的信号增益来克服无线信号在自由空间中面临的传输衰减，从而保证无线信号的收发质量；此外，波束成形技术使用后，因为收发电磁波能量更加集中，毫无疑问，也将在一定程度上延伸无线信号的传输距离。

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实际上，在移动通信中，波束成形是天线技术与数字信号处理技术的融合演进技术，其作用体现在实现无线信号的定向传输或收发。如果我们还对无线信号进行有效处理，就能确定电磁波的传输方向，从而实现发射机的精确定向和接收机的精准探测。
但是，波束成形技术虽然能改善收发信号性能，增加传输距离，但同时也会提升器件成本和收发功耗。在多天线处于通信连接的工作状态下，即便在严重的衰落情况下，无线信号增益也能提升，却同时要求信号处理能力加强。所以，波束成形技术应用带来的问题是：数据处理速度高，收发成本提升，系统功耗较大。因此，在5G移动通信系统中应用波束成形技术，也要考虑到上述固有缺陷，扬长避短实施应用。

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最后，还得补充一句我说过的老话：以上只是个人浅见，读者仁者见仁，智者见智，供大家斟酌。