¿Cómo analizar la "formación de haces" de la tecnología central 5G?

Realidad virtual, drones, conducción autónoma: detrás de estas tecnologías populares y populares, se puede ver el sistema de comunicación móvil 5G. Esta primavera, la organización 3GPP trasladó parte del trabajo de estandarización de la interfaz aérea 5G de la etapa de investigación a la etapa de trabajo. Esto significa que, después de años de ansiosa anticipación, ¡esta vez el legendario 5G realmente llega!

Las estaciones base 5G pueden admitir conjuntos de antenas a gran escala, y la cantidad de antenas configurables puede llegar incluso a 1024. Para aprovechar al máximo el potencial de estos conjuntos de antenas a gran escala, la tecnología de formación de haces 5G (Beamforming) es absolutamente esencial. ¡Hoy los llevaremos juntos para acercarnos a estas alas que ayudan a despegar las comunicaciones 5G!

Principios de la tecnología de formación de haces

Durante la propagación espacial, la calidad de las señales inalámbricas se atenuará. Este fenómeno de atenuación, denominado "pérdida de trayectoria", puede tener un enorme impacto en los sistemas de comunicación. Especialmente para los sistemas de comunicación 5G en la banda de ondas milimétricas, una atenuación de la señal de hasta decenas de dB puede provocar que el sistema no funcione correctamente. En este caso, la tecnología de formación de haces puede entrar en juego para combatir eficazmente la pérdida de trayectoria.

Los investigadores descubrieron hace mucho tiempo que la comunicación con múltiples antenas puede mejorar la calidad de transmisión de las señales inalámbricas. La propagación de señales inalámbricas en el espacio es como un barco que viaja en el agua, y la pérdida de trayectoria es equivalente a la resistencia producida por el agua en el barco. La antena envía señales inalámbricas con cierta potencia, al igual que una paleta que supera la resistencia del agua; empujar el barco hacia adelante.

El sistema 5G utiliza tecnología de formación de haces

El número de antenas en las estaciones base tradicionales es pequeño y la calidad de la transmisión de la señal inalámbrica es limitada. Esto es similar al método de navegación con una sola fila o con remos. Debido a que hay menos remos, menos personas y menos potencia, la velocidad de navegación es lenta. La estación base 5G utiliza un conjunto de antenas a gran escala, actualizando decisivamente la fila única y los remos a barcos dragón. ¡Con muchas personas en los remos, la potencia es abrumadora y permite que las señales se superpongan de manera efectiva ajustando la fase de cada uno! Antena para producir una ganancia de señal más fuerte para superar la pérdida de ruta, proporcionando así una fuerte garantía para la calidad de transmisión de las señales inalámbricas 5G. Al igual que el tamborileo de la cabeza del dragón, las numerosas paletas del barco dragón trabajan en estrecha colaboración, haciendo que el barco dragón corra y se mueva como una flecha. ¿Es esto un trueno de mono?

Curiosamente, la tecnología de formación de haces lo hará. Generar energía en señales inalámbricas para formar un haz direccional (Beam). Generalmente, cuanto más estrecho sea el haz, mayor será la ganancia de la señal. Pero el efecto secundario es que una vez que la dirección del haz se desvía de la del usuario, el usuario no recibirá señales inalámbricas de alta calidad. Se puede decir que la diferencia es de mil millas. Por lo tanto, ¡cómo alinear rápidamente el haz con el! el usuario se convierte en la gestión de haces (Beam) en el estándar 5G. El contenido principal de la tecnología de gestión de haces 5G

Tecnología de gestión de haces 5G

Combinado con los resultados de la fase de investigación de la. El estándar 5G recién lanzado, así como el proceso de enlace descendente de las comunicaciones móviles (enlace descendente, es decir, desde la estación base hasta la transmisión inalámbrica del usuario), echemos un vistazo a los principios técnicos básicos de la gestión del haz.

Después de adoptar la tecnología de formación de haces, las estaciones base 5G deben utilizar múltiples haces con diferentes direcciones para cubrir completamente la celda. Como se muestra en la figura anterior, la estación base utiliza 8 haces para cubrir las celdas a las que sirve. Durante el proceso de enlace descendente, la estación base utiliza secuencialmente haces en diferentes direcciones para transmitir señales inalámbricas. Este proceso se denomina barrido de haces. Al mismo tiempo, el usuario mide las señales inalámbricas emitidas por diferentes haces (medición de haz) y las informa a la base. estación información relacionada (informes de haz); la estación base determina el mejor haz de transmisión (determinación de haz) dirigido al usuario basándose en el informe del usuario.

Para complicar aún más las cosas, los usuarios también cuentan con conjuntos de antenas. Esto significa que debemos considerar tanto el haz transmisor como el haz receptor durante el proceso de alineación del haz. Para ello, el estándar 5G permite a los usuarios transformar el haz de transmisión en diferentes haces de recepción y seleccionar el mejor haz de recepción, generando así un par de haces de transmisión-recepción óptimos. En la figura anterior, los pares de haces óptimos correspondientes a los usuarios 1 y 2 son (t4, r3) y (t6, r2) respectivamente.

A estas alturas puedes pensar que el proceso de gestión del haz es muy sencillo, pero no es así. De hecho, para garantizar una ganancia de señal suficiente, el haz generado por un conjunto de antenas de gran escala normalmente debe ser muy estrecho.

El precio que se paga es que la estación base necesita utilizar una gran cantidad de haces estrechos para garantizar que los usuarios en cualquier dirección dentro de la celda puedan recibir una cobertura efectiva. En este caso, la estrategia de escanear todos los haces estrechos para encontrar el mejor haz de transmisión parece llevar mucho tiempo y trabajo, y es inconsistente con la experiencia de usuario esperada por 5G. Para alinear rápidamente el haz, el estándar 5G adopta una estrategia de escaneo jerárquico, es decir, escaneando de ancho a estrecho.

La primera etapa es el escaneo aproximado. La estación base utiliza una pequeña cantidad de haces anchos para cubrir toda la celda y escanea las direcciones en las que cada haz ancho está alineado en secuencia. Como se muestra en la figura anterior, la estación base utiliza haces anchos tA y tB en esta etapa y solo alinea los haces anchos para los usuarios. La precisión de la alineación no es alta y la calidad de la conexión de comunicación inalámbrica establecida también es relativamente limitada. ?

La segunda etapa es el escaneo fino. La estación base utiliza múltiples haces estrechos para escanear las direcciones cubiertas por los haces anchos en la primera etapa, una por una. Para un solo usuario, aunque el haz de escaneo se estrecha en este momento, el rango de escaneo requerido se ha reducido y el número de escaneos se ha reducido en consecuencia. Como se muestra en la figura anterior, según la primera etapa de alineación del haz ancho, la estación base solo necesita continuar refinando y escaneando los cuatro haces estrechos relacionados con cada usuario, como escanear los haces t1-t4 para el usuario 1 y escanear haz t5 para el usuario 2. -t8. En este momento, la estación base mejora la precisión al apuntar la dirección del haz de cada usuario y se mejora la calidad de la conexión de comunicación inalámbrica establecida. Por lo tanto, en el proceso de gestión de haces de dos niveles que se muestra en la figura, la estación base solo necesita escanear 6 veces para cada usuario, en lugar de escanear los 8 haces estrechos.

Además, el proceso de gestión de haces se puede optimizar aún más mediante algoritmos de estimación de haces. Tomando la figura anterior como ejemplo, la estación base utiliza cuatro haces moderadamente anchos para escanear toda la celda. Si el usuario 1 está exactamente entre los haces t2 y t3, según el método tradicional, la estación base necesita refinar aún más la dirección de escaneo del usuario 1 para mejorar la precisión de la alineación del haz. Con este fin, el Instituto de Investigación Intel China ha desarrollado un algoritmo eficaz de estimación del haz: la estación base puede estimar aún más la mejor dirección del haz del usuario basándose en la información del informe del usuario, mejorar la precisión de los resultados de escaneo del haz existentes y corregir la dirección del haz, reduciendo así o evitando un mayor escaneo de refinamiento. Con la ayuda del algoritmo de estimación del haz, es posible que la estación base solo necesite escanear un haz de ancho moderado 4 veces para lograr el efecto de escanear 6 haces de diferentes anchos en las dos etapas anteriores, logrando así una gestión rápida del haz.

Finalmente, considerando que el usuario puede estar en estado móvil, para realizar un mejor seguimiento del usuario (Beam track), se puede realizar un escaneo jerárquico en cualquier momento según las necesidades de cada usuario, y el mejor haz se cambiará continuamente a medida que cambie la ubicación del usuario, brindándoles una cobertura perfecta para garantizar una comunicación ininterrumpida y sin llamadas perdidas.

La gestión del haz mejora enormemente la precisión de la alineación del haz, lo que garantiza la calidad de las conexiones de comunicación inalámbrica, ¡y las velocidades de comunicación 5G pueden comenzar a despegar!