5G+毫米波智能波束管理

邮电设计技术/2018/11 07
无线通信 王绍江，张 波，柯雅珠
Radio Communication 5G 毫米波智能波束管理
组成的 RF 链路的数量和天线数量相同。但是，当天 线数量很大的时候，采用和天线相同数量的 RF 链路 成本太高，因此必须限制 RF 链路的数量。解决方案 就是采用数字+模拟的混合波束赋形方式。
波波束束NN-1
图 1 毫米波发射系统的结构和波束赋形示意图
数据流通过数字权值加权后映射到不同的天线 子阵上，每个天线子阵由 m1×m2个天线阵子组成，每个 阵 子 乘 以 1 个 模 拟 权 值 向 量（AWV——Antenna Weight Vector）后进行迭代处理，形成一个符合期望指 向和宽度的波束，即每个天线阵子分别根据一个 m1× m2 个模拟权值向量构成的模拟权值码本形成一个波 束将数据发送出去。
收稿日期：2018-10-29
根据 3GPP TS 38.101 协议中的规定，5G NR 可以 使 用 FR2 频 段 ，FR2 频 段 的 频 率 范 围 是 24.25~52.6 GHz，即移动通信领域通常所说的毫米波（严格来说， 毫米波传输是指 30~300 GHz 的频段）。毫米波的引入 对波束赋形有了新的要求。
关键词：
毫米波；波束赋形；机器学习 doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2018.11.002 中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-3043（2018）11-0007-05
Abstract：
For the requirement of faster data rate and more system capacity in the mobile communication system, millimeter-wave is introduced. Beamforming is a key technology in the 5G millimeter-wave mobility system, and different beamforming weights can change the cell coverage. A suitable beam weight can provide a better cell coverage, and consequently provide better system throughout performance. It introduces the basic principle of the millimeter-wave system in the mobile communication system, and how to use the machine learning to improve the beam management in millimeter-wave system.
Keywords：
Millimeter-wave；Beamforming；Machine learning
引用格式：王绍江，张波，柯雅珠 . 5G 毫米波智能波束管理［J］. 邮电设计技术，2018（11）：7-11.
0 引言
在无线通信领域，频段和带宽是影响无线传输的 主要因素，通常低频段传输可以提供更好的覆盖，大 带宽传输可以提供更高的传输速率。5G 之前的移动 通信系统对带宽的要求不是特别高，所以都采用低频 段传输。随着移动通信的飞速发展，对无线传输速率 的要求持续增长，迫切需要更大的传输带宽，毫米波 频段拥有丰富的未被使用频段，成为 5G 移动通信技术 的一个重要方面，为移动通信系统达到 Gbit/s 的速率 提供了保障。 ——————————
高频毫米波的天线结构和波束赋形如图 1 所示。
适合部署毫米波基站。比如在举办足球赛事的时候， 用户分布在体育馆看台上，而体育馆的中心场地基本 无用户分布。此时，毫米波基站期望的覆盖范围集中 在四周的看台上，如图 2 所示。
RF Chain 1
天线子阵 1 波波束束1 2
基带
SHale Waihona Puke Baidu
预编
码
天线子阵 n
RF Chain n
由发送 SSB 信号的多个波束的覆盖组合形成小区 完整的覆盖范围，即图 1 中由 N 个广播波束覆盖的范 围为该小区的覆盖范围。N 个波束由 N 个 m1×m2的权 值码本（Code Book）形成，即一个小区由针对广播信道 的 N 个模拟码本（Analog Code Book）形成完整的小区 覆盖，通过修改这 N 个模拟码本，就可以满足不同的覆 盖要求。
1 毫米波的波束赋形原理
高频毫米波 NR 的波束赋形技术和传统的 LTE 或 者 5G 低频（低于 6 GHz）采用数字波束赋形不同，高频 NR 采用数字+模拟的方式实现波束赋形。天线的间 隔需要考虑波长，因为毫米波的波长较短，所以在有 限的空间内可以配置较多的天线，实现大规模 MIMO 系统。在常规的数字波束赋形系统中，由 DAC 等模块
2 毫米波基站在无线网络组网中的应用场景
在毫米波组网方面，考虑毫米波波长太短，传输 特性受环境影响非常大。空气、玻璃、建筑、降雨等都 会对毫米波的传播带来致命影响。所以毫米波通常 应用于视野较好、无明显遮挡物的场景，如室内场景 （包括体育馆场景）、街道等室外空旷区域场景。 2.1 街道部署场景
摘 要：
对移动通信系统更高的速率和容量需求催生了毫米波在移动通信领域的应用。 5G 移动通信毫米波系统中的关键技术是波束赋形，利用不同的波束赋形权值可 以调整小区的覆盖。选择合适的波束权值可以让小区覆盖更合理，从而使系统 整体的吞吐量表现更好。介绍了移动通信领域毫米波系统的基本原理，以及如 何用机器学习的方法来改进毫米波的波束管理。
王绍江，张 波，柯雅珠 无线通信
5G 毫米波智能波束管理 Radio Communication
5G 毫米波智能波束管理
Intelligent Beam Management of 5G Millimeter-Wave
王绍江，张 波，柯雅珠（中兴通讯股份有限公司，广东 深圳 518000）
Wang Shaojiang，Zhang Bo，Ke Yazhu（ZTE Corporation，Beijing 100048，China）