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(dǎo)致信號波相交并相互干擾，干擾會導(dǎo)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(shù)就應(yīng)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(guān)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(luò)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(dāng)基站塔臺向設(shè)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(nèi)的其他設(shè)備造成干擾。

 

 

 

波束成形通過跟蹤信號在空間內(nèi)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(biāo)設(shè)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(biāo)位置。并且，還可以根據(jù)目標(biāo)的數(shù)目來構(gòu)造手電筒的數(shù)目。

 

 

 

大規(guī)模多輸入多輸出技術(shù)的引入不僅將增加基站上天線的數(shù)量，而且還會將設(shè)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(zhǔn)地指向目標(biāo)用戶。

 

 

 

增加天線數(shù)量是波束成形的關(guān)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(shè)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(shù)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(shù)、大規(guī)模多輸入多輸出技術(shù)、波束成形技術(shù)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(chǔ)上引入了自適應(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(jīng)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(shè)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(guān)（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(dāng)前的市場格局來看，目前全球射頻前端芯片產(chǎn)業(yè)擁有較為成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，歐美IDM大廠技術(shù)領(lǐng)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(chǎn)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(chǎn)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(yù)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(luò)，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(guān)鍵讓整個產(chǎn)業(yè)鏈也會發(fā)生改變，從而帶來新的商機，改變產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，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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