大家一定有過這樣的經驗
，在一間房間裏當人不多時，手機信號很好；當dang許xu多duo人ren聚ju集ji到dao房fang間jian裏li的de時shi候hou
，手shou機ji信xin號hao就jiu會hui變bian差cha，甚shen至zhi沒mei辦ban法fa打da電dian話hua。這zhe種zhong現xian象xiang歸gui根gen到dao底di就jiu是shi頻pin譜pu複fu用yong做zuo得de不bu夠gou好hao，無wu法fa給gei所suo有you人ren分fen配pei必bi需xu的de頻pin譜pu資zi源yuan。

有三種經典的頻譜複用方法：即時分複用（典型應用：中國移動2G）、頻分複用（典型應用：中國聯通3G）和碼分複用（典型應用：中國聯通3G）。可以用一個例子來說明時分複用
、頻分複用和碼分複用的區別。在一個屋子裏有許多人要彼此進行通話
，為了避免相互幹擾
，可以采用以下方法：

1) 講話的人按照順序輪流進行發言（時分複用）。

2) 講話的人可以同時發言
，但每個人說話的音調不同（頻分複用）。

3) 講話的人采用不同的語言進行交流，隻有懂同一種語言的人才能夠相互理解（碼分複用）。

當然，這三種方法相互結合，比如不同的人可以按照順序用不同的語言交流（即中國移動3G的TD-SCDMA）。然而
，這三種經典的複用方式都無法充分利用頻譜資源，它們要麼無法多用戶同時間通訊(TDMA)，要麼無法使用全部頻譜資源(FDMA)，要麼需要多比特碼元才能傳遞1比特數據(CDMA)。

name，youmeiyouyizhongfangfakeyikefuyishangduolufangshidequedian，rangduogeyonghutongshishiyongquanbupinputongxunne？rangwomenxianlaisikaoyixia
，ruguozaiyigefangjianlidajiatongshiyongtongyizhongyintiaotongyizhongyuyanshuohuahuifashengshenme？

很(hen)顯(xian)然(ran)，在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)會(hui)發(fa)生(sheng)互(hu)相(xiang)幹(gan)擾(rao)。這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)信(xin)號(hao)會(hui)向(xiang)著(zhe)四(si)麵(mian)八(ba)方(fang)傳(chuan)播(bo)，所(suo)以(yi)一(yi)個(ge)人(ren)會(hui)聽(ting)到(dao)多(duo)個(ge)人(ren)說(shuo)話(hua)的(de)聲(sheng)音(yin)從(cong)而(er)無(wu)法(fa)有(you)效(xiao)通(tong)訊(xun)。但(dan)是(shi)，如(ru)果(guo)我(wo)們(men)讓(rang)每(mei)個(ge)說(shuo)話(hua)的(de)人(ren)都(dou)用(yong)傳(chuan)聲(sheng)筒(tong)，讓(rang)聲(sheng)音(yin)隻(zhi)在(zai)特(te)定(ding)方(fang)向(xiang)傳(chuan)播(bo)，這(zhe)樣(yang)便(bian)不(bu)會(hui)互(hu)相(xiang)幹(gan)擾(rao)了(le)。

zaiwuxiantongxunzhong，yekeyishefashidianciboantedingfangxiangchuanbo，congerzaibutongkongjianfangxiangdeyonghukeyitongshishiyongquanbupinpuziyuanbujianduandijinxingtongxun，yejikongfenfuyong(space-division multiple access，SDMA)。SDMA還有另一重好處
，即可以減少信號能量的浪費：當(dang)無(wu)線(xian)信(xin)號(hao)在(zai)空(kong)間(jian)中(zhong)向(xiang)全(quan)方(fang)向(xiang)輻(fu)射(she)時(shi)，隻(zhi)有(you)一(yi)小(xiao)部(bu)分(fen)信(xin)號(hao)能(neng)量(liang)被(bei)接(jie)收(shou)機(ji)收(shou)到(dao)成(cheng)為(wei)有(you)用(yong)信(xin)號(hao)。大(da)部(bu)分(fen)信(xin)號(hao)並(bing)沒(mei)有(you)被(bei)相(xiang)應(ying)的(de)接(jie)收(shou)機(ji)收(shou)到(dao)
，而(er)是(shi)輻(fu)射(she)到(dao)了(le)其(qi)它(ta)的(de)接(jie)收(shou)機(ji)成(cheng)為(wei)了(le)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)。

當使用SDMA時，信號能量集中在特定的方向，一方麵減少了對其它接收機的幹擾；一方麵也減小了信號能量的浪費。

在5G通訊中
，SDMA是大規模MIMO（massive Multiple-Input Multiple-Output
，指zhi在zai發fa射she端duan和he接jie收shou端duan分fen別bie使shi用yong大da規gui模mo發fa射she天tian線xian和he接jie收shou天tian線xian陣zhen列lie，使shi信xin號hao通tong過guo發fa射she端duan與yu接jie收shou端duan的de大da規gui模mo天tian線xian陣zhen列lie傳chuan送song和he接jie收shou
，從cong而er改gai善shan通tong信xin質zhi量liang）技術應用的一個重要例子，而將無線信號（電磁波）隻按特定方向傳播的技術叫做波束成形(beamforming)。

有了波束成形，眾多小夥伴就可以同時在同一個地方歡樂地刷手機上網而不用擔心信號幹擾的問題。


什麼是波束？

“波束”這個詞看上去有些陌生，但是“光束”大家一定都很熟悉。當一束光的方向都相同時

，就成了光束
，類似手電筒發出的光。反之
，如果光向四麵八方輻射（如電燈泡發出的光），則不能形成光束。和光束一樣
，當所有波的傳播方向都一致時，即形成了波束。


工(gong)程(cheng)師(shi)利(li)用(yong)波(bo)束(shu)已(yi)經(jing)有(you)相(xiang)當(dang)久(jiu)的(de)曆(li)史(shi)。在(zai)二(er)戰(zhan)中(zhong)
，工(gong)程(cheng)師(shi)已(yi)經(jing)將(jiang)波(bo)束(shu)利(li)用(yong)在(zai)雷(lei)達(da)中(zhong)

，雷(lei)達(da)通(tong)過(guo)掃(sao)描(miao)波(bo)束(shu)方(fang)向(xiang)來(lai)探(tan)測(ce)整(zheng)個(ge)空(kong)間(jian)中(zhong)所(suo)有(you)目(mu)標(biao)的(de)位(wei)置(zhi)。

另一個例子是衛星通訊，也即我們生活中常見用於衛星電視的“鍋蓋天線”。衛wei星xing和he地di麵mian接jie收shou天tian線xian的de距ju離li非fei常chang遠yuan，信xin號hao衰shuai減jian非fei常chang大da，於yu是shi衛wei星xing信xin號hao到dao達da地di麵mian時shi能neng量liang已yi經jing非fei常chang小xiao。因yin此ci
，我wo們men需xu要yao想xiang方fang設she法fa收shou取qu衛wei星xing發fa出chu的de每mei一yi點dian信xin號hao能neng量liang。當dang衛wei星xing的de信xin號hao向xiang空kong間jian全quan方fang向xiang輻fu射she時shi，絕jue大da多duo數shu能neng量liang並bing沒mei有you被bei地di麵mian天tian線xian接jie收shou到dao，而er是shi被bei浪lang費fei了le。為wei了le避bi免mian這zhe種zhong浪lang費fei，我wo們men在zai接jie收shou和he發fa射she衛wei星xing信xin號hao時shi，都dou會hui使shi用yong波bo束shu。這zhe樣yang
，發fa射she的de電dian磁ci波bo信xin號hao都dou集ji中zhong在zai一yi個ge方fang向xiang上shang
，隻zhi要yao接jie收shou天tian線xian能neng對dui準zhun這zhe個ge方fang向xiang，就jiu可ke以yi接jie收shou到dao盡jin可ke能neng多duo的de信xin號hao。


如何實現波束成形

光guang束shu實shi現xian很hen簡jian單dan，隻zhi要yao用yong不bu透tou明ming的de材cai料liao把ba其qi它ta方fang向xiang的de光guang遮zhe住zhu即ji可ke。這zhe是shi因yin為wei可ke見jian光guang近jin似si沿yan直zhi線xian傳chuan播bo

，衍yan射she能neng力li很hen弱ruo。然ran而er，在zai無wu線xian通tong訊xun係xi統tong中zhong，信xin號hao以yi衍yan射she能neng力li很hen強qiang的de電dian磁ci波bo的de形xing式shi存cun在zai

，所suo以yi無wu法fa使shi用yong生sheng成cheng光guang束shu的de方fang法fa來lai實shi現xian波bo束shu成cheng型xing
，而er必bi須xu使shi用yong其qi他ta方fang法fa。

無(wu)線(xian)通(tong)訊(xun)電(dian)磁(ci)波(bo)的(de)信(xin)號(hao)能(neng)量(liang)在(zai)發(fa)射(she)機(ji)由(you)天(tian)線(xian)輻(fu)射(she)進(jin)入(ru)空(kong)氣(qi)
，並(bing)在(zai)接(jie)收(shou)端(duan)由(you)天(tian)線(xian)接(jie)收(shou)。因(yin)此(ci)
，電(dian)磁(ci)波(bo)的(de)輻(fu)射(she)方(fang)向(xiang)由(you)天(tian)線(xian)的(de)特(te)性(xing)決(jue)定(ding)。天(tian)線(xian)的(de)方(fang)向(xiang)特(te)性(xing)可(ke)以(yi)由(you)輻(fu)射(she)方(fang)向(xiang)圖(tu)（即天線發射的信號在空間不同方向的幅度）來描述。

普通的天線的輻射方向圖方向性很弱（即每個方向的輻射強度都差不多，類似電燈泡），而最基本的形成波束的方法則是使用輻射方向性很強的天線（即瞄準一個方向輻射，類似手電筒）。

然而，此類天線往往體積較大，很難安裝到移動終端上（想象一下iPhone上安了一個鍋蓋天線會是什麼樣子）。另(ling)外(wai)，波(bo)束(shu)成(cheng)形(xing)需(xu)要(yao)可(ke)以(yi)隨(sui)著(zhe)接(jie)收(shou)端(duan)和(he)發(fa)射(she)端(duan)之(zhi)間(jian)的(de)相(xiang)對(dui)位(wei)置(zhi)而(er)改(gai)變(bian)波(bo)束(shu)的(de)方(fang)向(xiang)。傳(chuan)統(tong)使(shi)用(yong)單(dan)一(yi)天(tian)線(xian)形(xing)成(cheng)波(bo)束(shu)的(de)方(fang)法(fa)需(xu)要(yao)轉(zhuan)動(dong)天(tian)線(xian)才(cai)能(neng)改(gai)變(bian)波(bo)束(shu)的(de)方(fang)向(xiang)，而(er)這(zhe)在(zai)手(shou)機(ji)上(shang)顯(xian)然(ran)不(bu)可(ke)能(neng)。因(yin)此(ci)，實(shi)用(yong)的(de)波(bo)束(shu)成(cheng)形(xing)方(fang)案(an)使(shi)用(yong)的(de)是(shi)智(zhi)能(neng)天(tian)線(xian)陣(zhen)列(lie)。


智能天線陣列原理並不複雜。當由兩個波源產生的兩列波互相幹涉時
，有的方向兩列波互相增強


，而有的方向兩列波正好抵消（如下圖）。


在波束成形中，我們有許多個波源（即天線陣列），通過仔細控製波源發射的波之間的相對延時和幅度我們可以做到電磁波輻射的能量都集中在一個方向上（即接收機所在的位置），而在其他地方電磁波輻射能量很小（即減少了對其他接收機的幹擾）。

此外天線輻射的方向可以通過改變波源之間的相對延時和幅度來實現
，可以輕鬆跟蹤發射端和接收端之間相對位置的改變。


波束成形與毫米波是天作之合

目前波束成形已經被使用在帶有多天線的WiFi路由器中。然而，手機上不可能像路由器一樣安裝WiFi頻段的多根天線
，因為天線尺寸太大了。

天線的尺寸是由電磁波信號的波長決定的，WiFihedangqianshoujipinduandediancibobochangkedashijilimi，yincihennanjiangrucidadetianxianjichengzaishoujishang。weilejiejuezhegewenti
，womenkeyibaboshuchengxinghehaomibojishujiehezaiyiqi。

毫米波波段的波長大約是WiFi和he手shou機ji頻pin段duan波bo長chang的de十shi分fen之zhi一yi左zuo右you，因yin此ci可ke以yi把ba多duo個ge毫hao米mi波bo天tian線xian集ji成cheng到dao手shou機ji上shang，實shi現xian毫hao米mi波bo頻pin段duan的de波bo束shu成cheng形xing。波bo束shu成cheng形xing和he毫hao米mi波bo技ji術shu可ke謂wei是shi天tian作zuo之zhi合he，使shi用yong毫hao米mi波bo可ke以yi給gei信xin號hao傳chuan輸shu帶dai來lai更geng大da的de帶dai寬kuan，波bo束shu成cheng形xing則ze能neng解jie決jue頻pin譜pu利li用yong問wen題ti，使shi得de5G通訊如虎添翼。


結語

波bo束shu成cheng形xing可ke以yi使shi信xin號hao的de能neng量liang集ji中zhong在zai接jie收shou端duan所suo在zai的de方fang向xiang，從cong而er改gai善shan頻pin譜pu利li用yong效xiao率lv。波bo束shu成cheng形xing配pei合he毫hao米mi波bo技ji術shu可ke以yi讓rang通tong訊xun係xi統tong擁yong有you高gao帶dai寬kuan並bing且qie支zhi持chi大da量liang用yong戶hu同tong時shi通tong訊xun
，從cong而er使shi5G係統如虎添翼。



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