今天，我們接著之前的話題，聊聊3D波束成形 （3D Beamforming），大規(guī)模多入多出（massive MIMO）的主要問題是天線過于密集會導致信號波相交并相互干擾，干擾會導致數(shù)據(jù)出錯甚至徹底被毀壞。為解決這些問題，波束成形和小基站這兩種技術就應運而生，它們對解決毫米波和大規(guī)模多入多出存在的問題至關重要。

 

 

我們可以這樣簡單概括，如果說大規(guī)模多入多出是5G外在肉體，那么波束成形就是5G的靈魂。兩者相輔相成，缺一不可。甚至可以說，大規(guī)模MIMO就是大量天線的波束成形。

 

 

2012 年，在土耳其舉行的移動計算與網(wǎng)絡大會(MobiCom’12)上公開報道 了世界上第一款真正實現(xiàn)的多天線多用戶波束成形系統(tǒng)——Argos。

 

 

 

現(xiàn)在基站是以廣播的形式發(fā)送信號，而不是僅僅發(fā)向特定的接收方。

 

 

 

當基站塔臺向設備發(fā)送信號時，是將這個信號向一定的區(qū)域范圍進行廣播，從而會對這個區(qū)域范圍內的其他設備造成干擾。

 

 

 

波束成形通過跟蹤信號在空間內的傳輸路徑使得信號只在需要的時候進行發(fā)送，而且僅僅發(fā)往目標設備。

 

 

這里好比你山的這邊，他在山的另一個頭，你大聲喊對方，在附近的人都會聽到你的叫喊。而波束成形就好像一條專線，你的喊聲只會讓對方知道，其他都聽不到。

再打個比分，傳統(tǒng)的單天線通信就像電燈泡，照亮整個房間。而波速賦形就像手電筒，光亮只匯集到目標位置。并且，還可以根據(jù)目標的數(shù)目來構造手電筒的數(shù)目。

 

 

 

大規(guī)模多輸入多輸出技術的引入不僅將增加基站上天線的數(shù)量，而且還會將設備上天線的數(shù)量增加到4~16個，甚至更多。

 

 

進入5G時代后，隨著天線陣列從一維擴展到二維，波束賦形也發(fā)展成了立體多面手，能夠同時控制天線方向圖在水平方向和垂直方向的形狀，演進為3D波束賦形(3D Beamforming)。

3D波束賦形使基站針對用戶在空間的不同分布,將信號更加精準地指向目標用戶。

 

 

 

增加天線數(shù)量是波束成形的關鍵，提高了空間追蹤的精確性和先進性，通過增加天線使得設備可以連接到附近信號最好的基站進行視距通信。借助于波束成形技術的空間感知能力，還可以讓信號通過若干障礙物的接力反射到達目的地。

 

 

 

高通研究院展示了毫米波技術、大規(guī)模多輸入多輸出技術、波束成形技術如何協(xié)同工作。

高通研究中心采用了一個已有的解決方案，在此基礎上引入了自適應波束成形，收發(fā)毫米波需要使用甚高增益天線，可以看到這里有很多很多天線，用戶設備（UE）上可以配置有4~8個、甚至16個天線陣列，這些天線在用戶設備（UE）上圍成一圈。

 

 

 

畫面中的基站可以配置有128根、256根，甚至更多的天線。

 

 

 

波束成形就是合理設置每根天線所發(fā)出的信號振幅和相位，從而這些天線共同作用將信號波束射向某個特定方向，這種設置必須是動態(tài)的，就像是舞臺上的追光燈，表演者走到哪兒，追光燈發(fā)出的光就跟到哪兒。

 

 

 

在畫面左下角，你可以看到這個圓球，圓球上顯示的是UE從各個方向上所接收到的信號強弱，根據(jù)信號的到達角度。

 

 

 

根據(jù)經過哪個位置的反射所形成路徑來判斷最佳路徑，從而利用波束成形算法實現(xiàn)UE和基站之間的通信。

 

 

采用波束成形+大規(guī)模多入多出（mMMO）的設計方案需要射頻前端來進行射頻傳輸，這對射頻芯片體積提出很高的要求。將促進射頻前端芯片需求增加，推動射頻前端芯片市場成長。

 

射頻芯片包括功率放大器（PA：Power Amplifier）、天線開關（Switch）、濾波器（Filter）、雙工器（Duplexer和Diplexer）和低噪聲放大器（LNA：Low Noise Amplifier）等。

 

 

從當前的市場格局來看，目前全球射頻前端芯片產業(yè)擁有較為成熟的產業(yè)鏈，歐美IDM大廠技術領先，規(guī)模優(yōu)勢明顯，臺灣企業(yè)則在晶圓制造、封裝測試等產業(yè)鏈中下游占據(jù)重要地位。

在終端功率放大器市場，形成了Qorvo、Skyworks和博通三足鼎立的局面，三家廠商合計占據(jù)了90%以上的市場份額。

Qorvo、Skyworks和博通都完成了PA、Switch、Duplexer、Filter全產品線布局，擁有專用的制造廠和封裝廠。從三家廠商的財報數(shù)據(jù)來看，它們在移動通信射頻前端市場的毛利率均高于40%，最高可以達到50%，凈利率約30%，具有極強的盈利能力。

總體來看，根據(jù)Navian的預測，2019年僅用于移動通信終端的射頻前端模塊總市場規(guī)模就將達到212.1億美元，年增長率約為15.4%。

 

 

不過，看似穩(wěn)定的射頻器件市場近來卻暗流涌動，華為、高通、三星、英特爾和聯(lián)發(fā)科都開始在這個市場發(fā)力，試圖繼續(xù)擴大各自在終端市場的影響力。也分別發(fā)布了自己的5G基帶芯片，高通驍龍X50（未來的X55）、聯(lián)發(fā)科M70、三星獵戶座5100基帶、Intel XMM 8160基帶。

 

 

 

在今年年初，華為發(fā)布了號稱世界最強的5G基帶芯片巴龍5000以及世界最快的5G CPE Pro，速率可達3.2Gbps。巴龍5000基帶是世界第一款單芯多模5G基帶，7nm工藝，不僅支持5G SA獨立及NSA費獨立組網(wǎng)，還支持4G、3G、2G網(wǎng)絡，是目前最強的5G基帶，而高通的驍龍X50基帶只支持5G，還是10nm工藝的。

 

 

 

所以，在5G時代不僅帶給消費者更好體驗，關鍵讓整個產業(yè)鏈也會發(fā)生改變，從而帶來新的商機，改變產業(yè)結構，帶來新的機遇。

我們下次再聊聊大規(guī)模多入多出、波束成形的優(yōu)點和適用場景。

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