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5 세대 기술에 뜨거운 연구에서 : 직관적으로이 문서의 개념 등 간단한 용어 5G, 대규모 MIMO 및 빔 포밍과의 설명을 이해하기 위해 빔 형성 소개를 혼합하기 전에, 내가 먼저 싶습니다. 목적은 후속의 최신 하이브리드 빔 포밍 알고리즘의 토론을위한 기반을 마련 할 수 있도록로, 지금까지 쉽게 그 본질을 파악 수있는 가능한 제로 리더로, 가장 간단한 언어를 사용합니다.
기사 내용 서문 세대 및 밀리미터 파 및 밀리미터 대규모 MIMOMIMO 빔 형성 (빔 형성, 빔 형성) 수학적 모델링 세대 빔 웨이브 : 혼합 빔 형성의 기회와 도전
5G 및 밀리미터가
높은 통신 품질 요구 사항에 4 세대, 5 세대에 비해 : 빠른 속도, 더 높은 효율성을 지연립니다. 5G의 개발이 보이지만 탄생은 많은 새로운 기술을 포함하고 있지만, 본질적으로 모든 이익은 밀리미터 파의 사용에서 파생됩니다. 통신 나이키 스트 (Nyquist) 기준은 첫째 , 통신 속도 및 대역폭이 비례 관계 (제 나이 퀴 스트 기준) 인 것을 말해 준다. 시대의 급속한 발전과 함께, 4 세대에 의한 통신을위한 사람들의 수요 증가는 주로 6GHz의 대역폭 아래 밴드가 이미 뻗어 사용. 대역폭 부족을 해결하기 위해, 통신 속도를 빠르게하려면 가장 간단한 방법은에 있습니다 더 높은 주파수는 개방 밀리미터 파의 사용은 부상 때문에.
모두 알고, 다음 식에 주파수 전자파의 파장 우리는 :
즉, 역의 관계, 즉, 파장보다 짧은 주파수가 높을 .
물론,이 수식은 전술 한 도면에서 서로 다른 주파수 대역에서 얻을 수있다. 정의 1mm의 파장을 의미하여 밀리미터, 물결 - 전자파 10mm 사이의 주파수도 30-300GHz의 사이 (구체적으로 설명하는 밀리미터 파 대역의 나머지의 범위에 있지만,이 내용과 관련이없는 이야기).
밀리미터 파 (단파장)를 사용하여, 통신의 반송파 주파수가 크게 종래 LTE 4G 넓은 주파수 대역을 여러 번 이상 획득 될 수 훨씬보다 향상되고, 원점은 기본적인 이득 (5G)이다.
대규모 MIMO의 밀리미터 파 및
다른 한편으로, 그러나, 밀리미터 파 상당한 단점이있다. 프리스가 정의한 전송 화학식 통신 :
(의 GT (GR)는, 백금, 홍보 나타내는 송신이 안테나 이득 전력을 수신한다.) 볼 수 있으며, 수신 된 전력은 파장에 비례한다 . 짧은 파장은 밀리미터 웨이브 동안뿐만 아니라,보다 높은 전송 손실 (수신 전력이 작은) 것을 의미한다. 그 이상, 밀리미터 파 침투력 등도 크게 감소, 심지어 비 방울의 전송을 방해 할 수있다. 전송 손실이 없습니다 자세히 여기에 주어진 모든 곳에서 많은 논문에서이 점에서 도입했다. 우리는, 현재 4G LTE 전송 캐리어에 비해 것을, 기억해야 크게 전송 전력을 강화하지 않고이 증가 해결하는 방법을, 고통도 전송 손실을 넓은 대역폭을 가지고 있지만 밀리미터 파를 사용하지만, 신호대 잡음비를 받고 , 그 우선 순위가되고있다.
종종 종종 당신을위한 창을 엽니 다, 하나님이 당신에게 가까운 하나의 문을 주었다 말한다. 밀리미터 파 용어를 들어, 대규모 MIMO이 창입니다. 어떤 사람들은 밀리미터 파 및 대형 안테나 어레이 (대규모 MIMO)은 자연 적합, 말한다.
MIMO는
방대한 MIMO 전에 말하기 말할 우선 고전 MIMO (다중 입력 다중 인 출력, 제 1908 마르코니 제안한 다중 입력 다중 출력). 즉, 모든 송신 측에서 복수의 안테나와 수신 / 수신 취득 다이버 시티 이득은 공간 다중화함으로써 얻을 수있는 더 높은 전송 레이트를 사용하여 전송. (다중 안테나 및 UE를 포함하는 기지국으로서 특별한 경우, MISO라고 단일 안테나 시스템을 사용하는 하드웨어 제약 될 (다중 입력 단일 출력))
고려 개인적인 이득의 MIMO 전송이 이해하기 쉽게합니다. 두 사무실 (공용 통신 시스템 1 × 11 × 1 1 \ times11 × 1) 사 개 사무실 (2 × 22 × 2 2 \ 시간은 22 × 2의 시스템을 MIMO) 효율성의 속도보다 확실히 작다. 네이 (서로 다른 안테나 데이터 스트림 정보 사이의 간섭) 적합하지만, 약간의 훈련으로 인해 손실 될 수 있지만 두 사람이 압력을 압연 싶지 않았다 (-전송을 사전 및 수신 이퀄라이제이션). 그리고 더, 우리는 숫자에, 힘을 알고있는 바와 같이, 안테나 (MIMO 대규모 같은 시간 100100 × 100 × 100,100 × 100 100 \ 100), 이득은 더 클 것이다. 이는 대규모 MIMO 제기 원래 의도이다.
가까이 집에 왜 밀리미터 웨이브 및 대규모 MIMO는 자연 맞는 것이 무엇입니까? 우리는 약간의 물리적 한계는 안테나 어레이 간격의 배열로 MIMO를 구현하는 것이 좋습니다. 수신단은 상이한 안테나로부터의 정보를 구별 할 수 있도록하기 위하여, 안테나는 너무 근접 할 수 없다. (모두와 안테나 일치 모두 가장 극단적 인 경우를 생각해 수신 측 정보를 안테나에 의해 방출되는 점이다 해결되지는 MIMO 이득 자유를 얻을 수 없다.) 계정으로 장거리 전송을 고려 당신은 단지 작은 공간 거리가있는 경우, 당신과 우연의 수신 측이 또한 구별이 부족 것으로 보인다. 균일 데이비드 Tse의 서 언급 무선 통신 인프라 구조에서, 하나의 차원 안테나 어레이 (아래 참조), 안테나 분리가 만족하도록 배치된다
L≥0.5λL≥0.5λ 
심지어 유도의 3 차원 배열의 관점에서 2 차원 어레이 안테나 약간 (저자없이 심층 연구)을 변경할 수 있지만, 안테나 간격은 양 파장과 상관 의심의 여지가 있었다있다. 여기서, 일례로서 하나의 차원 안테나 어레이, 즉, L = 0.5λ 0.5λL = L = 0.5 \ lambdaL = 0.5λ의 (이론적 최소의 안테나 간격은 작은 깡통 전체 이득을 얻을 수 없다). 우리는 안테나를 사용할 경우 101 대규모 MIMO는 다음 안테나 어레이의 전체 길이는 100 × L이어야 할 = 50λ100 × L = 50λ 100 \ 배 L = 50 \ lambda100 × L = 50λ, 우리는 이제 통상적으로 2.4로 사용 일례로서, λ = C / F = 0.125 야드 λ = C / F = 0.125 야드 \ 람다 = {C} / {F}는 0.125 야드 = λ = C / F = 0.125 m, 이는 전체 길이가 6.25에 도달 할 말하자면 m. 이것은 분명히 심지어 기지국 측이 압력을 느끼고 사용하여 전화의 길이에서 수행 할 수 없습니다.
이때 mm 파장 이점이 다시 반사에서 있어도 경우 안테나 어레이의 수백의 순서로,도 1m의 총 길이 밀리미터 파장. 즉, 같은 크기의 내부 공간은 종래의 LTE 시스템은 하나의 안테나를 배치 할 수 있으나, 밀리미터 파 시스템, 수십 통합 될 수있다.
빔 형성 (빔 형성, 빔 형성)
을 도입 대규모 MIMO 함께 또 다른 중요한 문제는 피할 수 : 빔 형성. MIMO의 개념은 거의 즉시뿐만 아니라 때문에 대규모의 MIMO은 5 세대에서 더 중요한 역할을하게되어 나타납니다. 모든 빔 형성 알고리즘 하이브리드 하드웨어 제한 5G 특정 구현이며,이 칼럼에서 논의된다. 난 아주 많이 여기에 강한 푸시는 이전 모델, 용이성 및 훨씬 더 대중 바이올린 공식 이해할 수없는 기사보다 더 우리를 부르신 서면의 스타일을 이해하기 쉬운 과학을 본. 이전 비드 전면 있지만, 전체 표현을 보장하기 위해, 또한 자신의 이해를 작성하려합니다.
첫째, 우리는 직접 두 가지 질문에서 파생 된 시스템을 MIMO되는 빔 형성에 대한 필요성을 제거해야합니다 :
一般的天线发送信号，没有指定的角度，而是以一种比较无脑的方式，几乎是360度往空间各个方向发送信号。干扰了别人要接收的信号不说，哪怕从一个自私的角度出发，也浪费了大量的发送功率。就好像以前自习课你和同桌聊天，非要喊得全班都听见，既让自己消耗了更多的卡路里，也吵到其他人学习。
前面说到，MIMO的增益本质上就是人多力量大，然而人与人之间的配合不默契会导致一定的损耗，难以达到1+1=21+1=2 1 + 1 =21+1=2的效果。比如空间中其实有多条独立的路径可以到达接收端，明明大家可以各走一条，但如果挤在一起，反而会互相造成干扰。
盗用下前辈的这张图，上图就是不经处理的MIMO，效率感人。下图则是我们期望的结果，按部就班。 而要想达到这样的效果，就需要这一节的主角出场：波束赋形。
一句话来说的话就是：
一根天线是360度地发送信号，但一列天线不是。
我们初中高中的时候学过波的干涉与衍射，不同相位的波在叠加之后，在某些方向上增强，在某些方向上减弱。 电磁波亦如是。波束成形的根本就在于，改变每根发送天线信号的幅度与相位，使得最后一列天线的叠加效果，在空间上看就是对准了个别方向的波束。即能量集中于少数几个方向，而在绝大部分空间中都是0，如同手电筒对准了一般。 这也就是波束成形一名的由来。
具体的实现如下图：
即每根天线的传输信号，会根据一些先验信息（如信道信息等），进行幅度和相位的调整，从而使得最后形成的发送信号对准某个角度。
波束成形的数学建模
近十几年有无数波束成形算法的研究文章。对于波束成形的研究，笔者认为尽管上述的物理背景介绍以及极其深入浅出，仍不足以直观地想象其算法原理。因此在这一节，笔者给出了自己觉得最为简洁的波束成形数学建模。
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