预编码与波束赋形20页PPT

MIMO 过程CRC 附加码块分割Turbo 编码码块级联第1个数据流产生码字流加扰调制映射码块级联码字流加扰调制映射M层映射1.单天线2.复用3.分集MM预编码1.单天线2.复用3.分集M资源元映射资源元映射OFDM 信号产生OFDM 信号产生符号流符号流MM天线口0天线口PMTurbo 编码M速率匹配速率匹配M CRC 附加码块分割Turbo 编码第M 个数据流产生MTurbo 编码M速率匹配速率匹配M单天线发射方式下层映射和预编码层映射：一个码字流映射到一层，将输入直接输出。

预编码：无需预编码 ，输入直接输出。

是用来发射的天线口索引，如p=0，即经第0个天线口发射。

其中天线口4专门为MBSFN 用的，天线口5专门为UE 用的。

空间复用方式下层映射和预编码层映射根据协议，层数V≤P，P 表示物理信道用于发射的天线端口数，且码字流的个数最多为2 。

协议规定：码字到层的映射可有1：1，1：2，2：2，2：3，2：4。

且1：2的情况只发生在P=4的条件下。

预编码无CDD 时的预编码⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--)()()()()()1()0()1()0(i x i x i W i y i y P υM M W 是阶数为P*V 的预编码矩阵。

大CDD 时的预编码⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--)()()()()()()1()0()1()0(i x i x U i D i W i y i y P υM M W 是阶数为P*V 的预编码矩阵，D,U 为矩阵。

加入CDD 之后能够人为的制造多径效应，以获得更大的增益。

D,U 矩阵见下发射分集方式下的层映射层映射根据协议，只允许对一个码字进行层映射，层数V 和物理信道用于发射的天线端口数P 相等。

码字到层的映射只允许有1：2和1：4，即一码字流映射至两层或四层 。

预编码发射分集方式的层映射要求映射层数和天线口数目相等，且层映射只有1：2和1：4，故预编码模块输入的层数也是2层或4层。

传输块（transport block），码字（codeword），层映射（layermapping），传输层（transmission layer）, 阶（rank）,和预编码Precoding），天线端口（antennaport）是LTE物理层的几个基本概念，搞清楚这几个概念的定义和相互关系才能透彻理解LTE多天线技术和调度算法。

传输块（Transport block）：理解为MAC PDU一个传输块就是包含MACPDU的一个数据块，这个数据块会在一个TTI上传输，也是HARQ重传的单位。

LTE规定：对于每个终端一个TTI最多可以发送两个传输块。

码字（codeword）：经过信道编码和速率匹配以后的数据码流一个码字就是在一个TTI上发送的包含了CRC位并经过了编码（Encoding）和速率匹配（Ratematching）之后的独立传输块（transport block）。

LTE规定：对于每个终端一个TTI最多可以发送两个码字。

层映射（Layer mapping）：将码流映射到层，由于码字与层不相等，所以需要层映射将对一个或两个码字分别进行扰码（Scrambling）和调制（Modulation）之后得到的复数符号根据层映射矩阵映射到一个或多个传输层。

层映射矩阵的维数为C×R，C为码字的个数，R为阶，也就是使用的传输层的个数。

传输层（Transmissionlayer）和阶（Rank）一个传输层对应于一个无线发射模式。

使用的传输层的个数就叫阶（Rank）。

RI：Rank indicator:用于指示PDSCH物理信道的传输层数预编码（Precoding）：根据预编码矩阵将传输层映射到天线端口。

预编码矩阵的维数为R×P，R为阶，也就是使用的传输层的个数；P为天线端口的个数。

天线端口（Antenna Port）一个天线端口（antennaport）可以是一个物理发射天线，也可以是多个物理发射天线的合并。

1、对于TDD系统，可以方便地利用信道的互易性，通过上行信号估计信道传播向量或DoA （Direction-of-Arrival）并用其计算波束赋形向量。

对于FDD系统，也可以通过上行信号估计DoA等长期统计信息并进行下行赋形。

2、波束赋形通过预编码实现。

习惯上，一般把TDD系统下，基于信道互易性获得下行信道矩阵，计算得到预编码矩阵，进行与编码，称为波束赋形。

FDD系统，基于UE的码本反馈方式获得预编码矩阵，进行预编码。

3、所谓的预编码或是波束赋形，从来没有过严格的定义和界限两者都是通过天线阵列的加权处理，产生具有特定空域分布特性的信号的过程。

从这一意义讲，两者是没有实质差别的当然，之所以有很多人咬文嚼字地纠结于两者的差别，也是有一定的历史原因的：·波束赋形源自阵列信号处理这一学术方向，比预编码概念的提出大概要早数十年。

在经典的阵列信号处理或早期的波束赋形方案中，出于避免相位模糊的考虑，一般都采用阵子间距不超过0.5 lambda的阵列；这些早期波束赋形方案的目标基本都是瞄准期望方向，同时对若干干扰方向形成零限（用于电子对抗或军事通信）；它们考虑的主要是LOS或接近LOS的场景；在民用移动通信领域，从实现波束赋形的便利性角度考虑，TDD系统有着较为天然的互易性优势，因此早期普遍认为波束属于一项TDD专属技术。

尤其是TD-SCDMA中率先大范围使用了波束赋形，更是留下了波束赋形=TDD技术的口实·相对而言，预编码这一称谓的资历就浅的多了，这是十几年前MIMO兴起之后的概念（实质也不是什么新东西）。

由于在低相关、高空间自由度场景中，MIMO 信道容量的优势才能得以体现，因此针对MIMO中的预编码的研究（尤其是早期）更多地偏重于大间距天线以及NLOS的情况。

当然，这也是由于小间距+LOS这一场景在阵列信号处理领域已经被掘地三尺，从做文章的角度考虑，缺乏新意（这一点也从侧面印证了预编码和波束赋形之间的联系）。

简述波束赋形管理的四个步骤波束赋形管理是一种无线通信技术，通过调整天线的辐射模式和波束方向，以提高信号传输的效率和可靠性。

该技术被广泛应用于无线通信系统中，如5G网络。

下面将介绍波束赋形管理的四个步骤。

1. 信道估计与反馈在波束赋形管理中，首先需要对信道进行估计。

信道估计是通过获取接收信号的相关信息来推断信道特性，如信道增益、相位等。

通过对信道进行估计，可以为后续的波束赋形过程提供准确的参数。

信道估计完成后，需要将估计的信道参数反馈给发送端。

这一步骤是为了让发送端了解信道的情况，以便在传输过程中进行相应的波束赋形操作。

反馈的方式可以是显式反馈或隐式反馈，根据具体情况选择合适的反馈方式。

2. 波束选择与权重计算在波束赋形管理中，波束选择和权重计算是非常重要的步骤。

波束选择是指在多个天线元素中选择合适的波束方向，以最大化接收信号的强度。

权重计算是为了调整每个天线元素的发射功率，以实现波束的形成。

波束选择和权重计算的关键是要考虑到信道特性和系统限制。

例如，如果信道存在多径效应，就需要采用自适应算法来选择合适的波束方向和权重。

另外，还需要考虑到天线元素之间的干扰问题，以避免波束间的相互干扰。

3. 波束形成与跟踪波束形成是指根据波束选择和权重计算的结果，调整天线的辐射模式，使得发射信号集中在特定的方向上。

通过波束形成，可以提高信号的传输效率和可靠性，减少信号的传播损耗。

波束跟踪是为了跟踪移动通信环境中的波束方向和权重的变化。

由于移动通信环境中的信道特性会不断变化，因此需要及时调整波束的方向和权重，以适应不同的信道条件。

波束跟踪可以通过周期性的反馈和更新来实现。

4. 混合波束赋形混合波束赋形是指在多个天线元素上同时形成多个波束。

与传统的波束赋形相比，混合波束赋形可以更好地适应复杂的无线信道环境，提供更高的信号传输速率和容量。

混合波束赋形的关键是要合理选择和组合不同的波束。

通过分析信道特性和系统需求，可以确定最佳的波束组合方式。

5G(NR)与波束赋形(BeamfOrming)#5G#波束斌形波束赋形技术在4G(1TE)网络中已被广泛应用,其主要用于提高网络小区性能。

波束斌形对于5G(NR)蜂窝通信中更加重要,它可以帮助在更高频率范围(如厘米波和毫米波中)部署5G网络;因为在这些频率范围内要实现完整的小区覆盖，必须补偿高频信号的高路径损耗。

5G(NR)网络中动态波束控制也非常重要;终端设备(UE)由于移动,其他物体(如汽车甚至人体)都会阻挡无线电波的传播影响信号传输。

下面这些例子都会影响无线通信：•固定无线接入场景中,家庭客户端设备(CPE)连接到室外5G基站(BS)。

在这种场景下波束扫描可确定使用的最佳波束。

•道路上行驶的车辆连接网络时,波束(BF)也需要动态变换(或切换)。

波束赋形对波束赋形(Beamforming)支持是5G(NR)无线网络一项基本能力,这将影响物理层和更高层资源分配和使用；这是由于无线网络基于两个基本物理资源:同步(SS/PBCH)块和信道状态信息参考信号(CSI-RS)O波束赋形(BF)基本原理是在天线阵列中使用大量天线(振子)；每个天线都可以通过移相器和衰减器进行控制；天线(振子)长度通常是无线信号波长的一半，通过调整每个天线相位以控制波束发射方向。

优化后在上行(U1)中发送相同的方向上发送(下行)波束，这意味着天线及其控制逻辑必须能够测量信号的“到达角”。

如果信号来自天线前方某一方向,则所有元件将同时接收到信号的相位前沿。

如果角度为45度,天线将接收到信号的相位前随时间扩展。

通过测量到达相位前沿与天线之间的时间延迟,可以计算到达角。

为在同一方向发送信号，发送信号相位前沿应该以相同的时间扩展发送。

相移可以在数字域或模拟域中完成。

Λ∕2antennaAttenuatorPhaseshifter二一和老朗一起宇5G5G(NR)网络中波束赋形(BF)不仅在水平方向，而且在垂直方向上能够引导波束,这也被称为3DMIMO o为了能够做到这一点天线需要放在一个正方形中,既均匀方阵(UIIifOrmSquareA1Tay-USA)中。

5G波束赋形1. 什么是5G波束赋形？5G波束赋形（5G beamforming）是指通过调整天线的辐射模式，使得无线信号在特定方向上更加集中和聚焦的技术。

它是5G通信系统中的一项重要技术，可以提高信号传输的效率和容量，降低干扰，并提供更稳定和高速的无线连接。

2. 5G波束赋形的原理和工作方式5G波束赋形的原理基于天线阵列的技术。

在传统的无线通信系统中，天线通常以全向性辐射信号，无法将信号聚焦在特定的方向上。

而5G波束赋形通过控制天线阵列中每个天线的相位和幅度，使得信号能够在特定方向上相干叠加，形成一个聚焦的波束。

具体而言，5G波束赋形包括两个主要步骤：波束发射和波束接收。

在波束发射方面，基站通过调整天线阵列的相位和幅度，将信号聚焦在特定的方向上。

这样，接收设备就可以更好地接收到来自基站的信号，提高了信号的接收质量和速率。

在波束接收方面，接收设备通过调整天线阵列的相位和幅度，将天线的接收灵敏度最大化。

这样，接收设备可以更好地接收到来自特定方向的信号，降低了来自其他方向的干扰。

3. 5G波束赋形的优势和应用5G波束赋形技术具有以下优势和应用：3.1 提高信号传输效率和容量通过将信号聚焦在特定方向上，5G波束赋形可以提高信号的传输效率和容量。

传统的无线通信系统中，信号会在多个方向上辐射，导致信号的衰减和干扰。

而5G 波束赋形可以将信号集中在用户所在的方向上，减少了信号的衰减和干扰，提高了信号的传输效率和容量。

3.2 降低干扰5G波束赋形可以通过将信号聚焦在特定方向上，降低来自其他方向的干扰。

在传统的无线通信系统中，由于信号在多个方向上辐射，可能会与其他设备的信号相互干扰。

而5G波束赋形可以将信号聚焦在特定方向上，减少了与其他设备的干扰，提高了通信的可靠性和稳定性。

3.3 支持大规模多用户通信由于5G波束赋形可以将信号聚焦在特定方向上，因此可以支持大规模多用户通信。

传统的无线通信系统中，由于信号在多个方向上辐射，可能会导致频谱资源的浪费和用户之间的干扰。

mimo技术的分类MIMO技术可以分为三大类：波束赋形、传输分集和空间复用。

其中，波束赋形是一种利用较小间距的天线阵列之间的相关性，通过干涉效应将能量集中于特定方向上的技术。

波束赋形的原理是通过调整天线阵列的相位和幅度，使得从阵列发射的信号在特定方向上形成波束，从而实现增大覆盖范围和抑制干扰的效果。

类比于手电筒，波束赋形就像是把光能聚焦到一个方向，使得信号能够更远地传播，接收端也能获得更强的信号。

根据波束赋形处理位置和方式的不同，波束赋形可以分为数字波束赋形、模拟波束赋形以及混合波束赋形这三种。

数字波束赋形：在基带处理阶段对天线权值进行处理，通道数与天线数量一致。

数字波束赋形具有高精度、灵活性强的优点，但需要高性能的基带处理器、复杂的系统结构和较高的成本。

模拟波束赋形：通过处理射频信号权值和相位来实现天线的相位调整，处理位置相对靠后。

模拟波束赋形的通道数量较少，容量上受到限制，且受到硬件精度的影响而性能有一定制约。

混合波束赋形：将数字波束赋形和模拟波束赋形相结合，实现在模拟端可调幅调相的波束赋形以及基带的数字波束赋形。

混合波束赋形兼具数字和模拟两者的优点，基带处理通道数目较少，复杂度降低，成本也相对较低，系统性能接近全数字波束赋形。

这种技术特别适用于高频系统。

此外，波束赋形还可以分为单流波束赋形和双流波束赋形。

单流波束赋形（对应TM7）：LTE R8标准中，仅支持基于专用导频的单流波束赋形技术。

在传输过程中，用户设备（UE）需要通过测量专用导频来估计波束赋形后的等效信道，并进行相干检测。

为了能够估计波束赋形后传输所经历的信道，基站必须发送一个与数据同时传输的波束赋形参考信号。

这种传输方式被称为使用天线端口5的传输。

双流波束赋形（对应TM8）：TD-LTE R9标准将波束赋形扩展到双流传输，实现了波束赋形和空间复用技术的结合。

为了支持双流波束赋形，LTE R9引入了新的双端口专用导频（端口7和8），并定义了相应的控制信令。