1）用處
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Sub6G 頻段，作為當前 5G 容量的主力軍，載波帶寬可達 100MHz，一般采用采用數(shù)字波束賦形，通過 64 通道發(fā)射來實現(xiàn)小區(qū)內(nèi)時頻資源的多用戶復用，下行最大可同時發(fā)射 24 路獨立信號，上行獨立接收 12 路數(shù)據(jù)。
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在毫米波 mmWave 頻段中，一般采用混合波束賦形：
- 圖中第一個波束賦形：是基于模擬電路實現(xiàn)的模擬波束賦形器，用于對信號進行寬角度的波束賦形
- 圖中第二個波束賦形：是基于數(shù)字信號處理技術(shù)實現(xiàn)的數(shù)字波束賦形器，用于對信號進行精細的波束賦形。
2）區(qū)別預(yù)編碼和波束成形
參考鏈接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/35923884
(1)Precoding
- Digital beamforming即為Precoding，Digital beamforming/Precoding通過基帶對信號進行處理，可以讓每根天線上的發(fā)送信號都不同，包括相位和幅值，所以Digital beamforming/Precoding的處理可以更加靈活的產(chǎn)生多個方向和功率強度均不同的波束，更加有效的利用空間分集。
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Precoding能夠向多個用戶同時發(fā)送多個數(shù)據(jù)流，在數(shù)字基帶那里為了實現(xiàn)空間復用多流傳輸進行的是precoding - Precoding經(jīng)過數(shù)字域的信號處理后可以靈活的產(chǎn)生信號，可以將非視距NLOS路徑增益也考慮在信號處理中，所以Precoding可以針對多徑信道進行預(yù)編碼處理，而且Precoding并不是產(chǎn)生了固定方向的波束，而且處理后的信號在空間中傳輸?shù)男Ч刃в谙虿煌脩舭l(fā)送了不同的波束。(和下面3對應(yīng)）
- Precoding可以調(diào)整信號的相位和功率，可進行有效的功率控制。
另一篇文章有提到MIMO預(yù)編碼：
(2)Beamforming
- Beamforming通常指的是Analog beamforming。
- 在Analog beamforming中，天線上的數(shù)字信號（所有天線處理的是同一個信號）通過模擬域的相移器對信號的相位進行調(diào)整，從而產(chǎn)生特定方向的波束。Beamforming向某一個方向的單用戶或用戶群發(fā)送單個數(shù)據(jù)流；
- Beamforming向特定方向發(fā)送波束，所以通常被應(yīng)用在毫米波系統(tǒng)里，因為在毫米波系統(tǒng)中信道是視距傳輸LOS信道，用戶只有一條功率很強的傳輸路徑。
- Beamforming只是通過相移器調(diào)整信號相位，不能實現(xiàn)功率控制。
3）波束賦性矩陣
波束賦形矩陣的維度取決于天線陣列的數(shù)量。在基于線性天線陣列的波束賦形系統(tǒng)中，波束賦形矩陣通常是一個復數(shù)矩陣，其大小為 M × N M \times N M×N，其中 M M M 表示接收端天線的數(shù)量， N N N 表示發(fā)射端天線的數(shù)量。
在這種情況下，波束賦形矩陣的第 i i i 列表示發(fā)射端第 i i i 個天線的輸出向量在接收端各個天線上的接收功率。每個元素是一個復數(shù)，表示在該方向上的相對相位和幅度，用于控制天線的輻射方向和波束形狀。
4）空間復用和分集
波束賦形是一種基于天線陣列的信號預(yù)處理技術(shù)，波束賦形通過調(diào)整天線陣列中每個陣元的加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生具有指向性的波束，從而能夠獲得明顯的陣列增益 。波束賦形既可以用于信號發(fā)射端，又可以用于信號接收端。
波束賦形可以看作是一種空間復用技術(shù)，因為它可以在同一條路徑的多個獨立子信道上傳輸不同數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)容量。波束賦形也可以看作是一種空間分集技術(shù)，因為它可以在多條獨立路徑上傳輸相同的數(shù)據(jù)，接收端通過分集合并技術(shù)，抵抗信道衰落，提高傳輸可靠性，降低誤碼率。波束賦形的具體效果取決于天線陣列的結(jié)構(gòu)、信號的調(diào)制方式、信道的特性等因素。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-439818.html
示例matlab代碼
- 這里使用一個單位圓上的相位旋轉(zhuǎn)作為例子，生成波束賦形矩陣 W W W，然后使用波束賦形矩陣和數(shù)據(jù)符號來構(gòu)造發(fā)送信號 x x x。
- 矩陣 H H H 來表示信道傳輸矩陣，它的大小為 M × N M \times N M×N，并且使用 W W W 來表示波束賦形矩陣，它的大小為 N × 1 N \times 1 N×1。具體來說，我們可以使用矩陣 H H H 和向量 W W W 來計算接收信號向量 y y y。
- 在接收端，我們使用最大比合并算法計算權(quán)重向量 w w w，然后使用波束賦形矩陣 W W W 對接收信號 y y y 進行波束賦形。
% 設(shè)定參數(shù)
M = 4; % 接收端天線數(shù)
N = 8; % 發(fā)射端天線數(shù)
SNR = 10; % 信噪比（dB）
% 隨機生成傳輸矩陣 H
H = (randn(M,N)+1i*randn(M,N))/sqrt(2);
% 生成隨機數(shù)據(jù)符號
s = sign(randn(N,1));
% 生成波束賦形矩陣 W
W = exp(1i*2*pi*(0:N-1)'/N);
% 發(fā)送信號 x
x = W*s;
% 添加高斯白噪聲
P = var(x)/10^(SNR/10);
n = sqrt(P/2)*(randn(M,1)+1i*randn(M,1));
y = H*x + n;
% 接收端使用最大比合并算法進行信號處理，計算權(quán)重向量并進行波束賦形
% 計算最大比合并權(quán)重向量 w
w = H'*inv(H*H')*y;
% 進行波束賦形
y_hat = W'*w;
% 計算誤差
error = norm(s - y_hat)^2;
上面的代碼好像有點問題？有無小伙伴會改呢，歡迎指正。下面給出一個MISO場景下的波束賦形的代碼：文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-439818.html
% 假設(shè)系統(tǒng)有兩個發(fā)射天線和一個接收天線
Nt = 2; % 發(fā)射天線數(shù)量
Nr = 1; % 接收天線數(shù)量
% 生成隨機發(fā)射信號矩陣
Tx = randn(Nt, 1);
% 生成接收信號矩陣
H = randn(Nr, Nt); % 信道矩陣
noise = randn(Nr, 1); % 噪聲矩陣
Rx = H * Tx + noise; % 接收信號
% 波束賦形
W = H'; % 采用最大比組合的波束賦形矩陣
Tx_beamformed = W * Rx;
% 輸出結(jié)果
disp('發(fā)射信號矩陣：');
disp(Tx);
disp('接收信號矩陣：');
disp(Rx);
disp('波束賦形矩陣：');
disp(W);
disp('波束賦形后的發(fā)射信號矩陣：');
disp(Tx_beamformed);
到了這里，關(guān)于無線通信--波束賦形（附MATLAB代碼）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
