干货 | 解析 5G 背后的核心技术：波束成形

5G 基站可以支持大规模天线阵列，可配置的天线数量甚至可以达到 1024 根。要充分发挥这些大规模天线阵列的潜力，5G 的波束成形技术 (Beamforming) 绝对必不可少! 今天我们就带大家一起，靠近这双助力 5G 通信腾飞的翅膀。

波束成形技术原理

在空间传播过程中，无线信号的质量会出现衰减。这种被称之为 “路损”(path-loss) 的衰减现象会对通信系统产生巨大的影响。特别是对于毫米波段的 5G 通信系统，高达几十 dB 的信号衰减可能会导致系统无法正常工作。在这种情况下，波束成形技术就可以大显身手，有效对抗路损。

研究人员在很久之前就已发现：多天线通信可以提高无线信号的传输质量。无线信号在空间传播如同船在水中行驶，路损就相当于水对船产生的阻力；天线以一定功率发送无线信号，如同船桨克服水阻推动船前行。

5G 系统采用 beamforming 技术

传统基站的天线数目少，无线信号传输质量就有限。这一点与独排或双桨的行船方式类似，由于桨少、人少、力量小而导致行船速度缓慢。5G 基站则采用了大规模天线阵列，果断将独排和双桨升级到龙舟，桨多人多，力量爆棚! 波束成形技术通过调节各天线的相位使信号进行有效叠加，产生更强的信号增益来克服路损，从而为 5G 无线信号的传输质量提供了强有力的保障。如同龙首的鼓点引导龙舟众多桨片密切配合，使得龙舟竞速，船行如箭，是不是猴塞雷?!

Beamforming 技术产生指向性波束

有趣的是，波束成形技术会对无线信号的能量产生聚焦，形成一个指向性波束 (Beam)。通常波束越窄，信号增益越大。但副作用是，一旦波束的指向偏离用户，用户反而接收不到高质量的无线信号，可谓是差之毫厘，谬以千里! 因此，如何将波束快速对准用户便成为 5G 标准中波束管理 (Beam Management) 技术的主要内容

5G 的波束 管理技术

结合刚刚出炉的 5G 标准在研究阶段的成果，以及移动通信的下行过程 (Downlink，即基站到用户的无线传输) ，我们来看一下波束管理的基本技术原理。