EB/FD-MIMO中大规模天线阵列的定义

3D电影、3D电视、3D眼镜,这些3D技术的东东使我们看到的东西越来越接近真实世界。在通信的世界里,为了使模拟传输环境看起来更加接近现实世界的传播环境,3GPP中使用的信道模型也赶了回时髦(其实是终于追上了时代的步伐),从扁平2D世界跨入了3D新时代。

为了给5G大规模天线的相关研究铺路,3D信道模型中一个重要的改变就是(正式)引入了天线阵列模型。而作为第一个使用3D信道模型的Study Item,EB/FD-MIMO SI更是花了大手笔来进一步完善这个天线模型,使她能够顺利承接信道模型与通信标准,为接下来的大规模天线研究做准备。

EB/FD MIMO SI中围绕天线阵列,定义了三层的映射关系:

  • 天线振子
  • TxRU
  • Antenna Port

天线振子

天线阵列中最基本的物理单元是天线振子(Antenna Elements)。

antennaElements

天线阵列方向图的生成过程和信道快衰的生成过程最终都体现在这个层面上。由于天线振子是按照一定间距排列构成天线阵列的,因此位于阵列中不同位置的振子,其到达某一个和天线阵列不平行的给定平面的距离是不同的,由此不同天线振子发射出的同相位的电磁波在到达该平面时就会产生相位差。这种相位差,或者说,天线振子的不同排布关系,造成了天线阵列的Pattern。另一方面,利用不同振子的相位差关系,通过调节各个振子上发射信号的相位权值,可以实现对天线阵列Pattern的调整,改变天线阵列的能量主瓣的方向,实现模拟波束赋形(Analog Beamforming)。

antenna_Fig3antenna_Fig2


无线发射单元

一个、多个或者整行、整列天线振子构成一个无线发射单元(TxRU,Tx Radio Unit)。 在这一层上,理论上每一个TxRU都可以独立配置。通过配置组成该TxRU的天线振子的加权系数,实现对该TxRU天线Pattern的调整,实现模拟波束赋形。 TxRU与天线振子可以配置成多种对应关系,从而改变模拟波束赋形的能力和特点:

  • 从TxRU的角度看,单个TxRU中可以只包含单列的天线振子(1D-TxRU),此时,TxRU只能在垂直维度上调整形成的模拟波束;单个TxRU也可以包含多于一列的振子(2D-TxRU),在这种情况下,单个TxRU形成的模拟波束可以在水平和垂直两个维度上进行调整。
  • 从天线振子的角度看,一列天线振子可以构成多个TxRU,但是构成方式可以是如图(a)所示的子阵列(Sub-Array)形式,此时,每个TxRU只使用部分天线振子形成较宽的波束;也可如图(b)所示的采用全连接(Full-Connection)方式,此时每个TxRU都可以对整个天线阵列的权值进行调整,形成较窄的波束。

TxRU


天线端口

一个或者多个TxRU通过加权映射的方式,逻辑上构成系统层面上的天线端口(Antenna Ports),当TxRU与天线端口之间采用一一映射时,TxRU和Antenna Port在现实意义上是等价的。

AntennaPort

通过在天线端口层面上进行预编码操作,可以实现更为灵活的数字波束赋形(Digital Beamforming),例如使用针对单用户或者多用户的预编码,实现多流或者多用户传输。

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