LTE筆記: 3D beam-forming in 3GPP

[2D vs. 3D beamforming]

5G NR 中的 beamforming 的技術主要利用天線陣列,
以及控制每一個天線陣列的相位, 來達成波束指向,
因此, 當天線排成一列時, 方向在一個平面上切換, 為 2D beamforming,
當天線排成一個長方形時, 方向可以在一個錐狀空間切換, 為 3D beamforming,
我們可以將各式排放方式以下圖表示:

來自: http://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_MassiveMIMO_FD_MIMO.html

圖片引用的文章中, 有 beamforming 的技術細節,
有興趣的讀者可以閱讀,

以下內容, 主要摘要自: http://4g5gworld.com/blog/3gpp-stands-fd-mimo-3-d-beam-forming

在 3GPP R13 的規範中, 將 beam forming 的技術推廣至 3D,
此技術可以支援 Active Antenna System (AAS) 技術,
在此技術中, 討論一個 2D 的天線陣列, 擁有 8 個以上的 TXRUs (transceiver units),
每一個 TXRU 擁有獨立的震幅 (amplitude ) 和相位 (phase) 控制,

來自: http://4g5gworld.com/blog/3gpp-stands-fd-mimo-3-d-beam-forming

而在最近 3GPP 會議 (3GPP TSG RAN #65) 中, 就討論要如何驗證其效能,
該研究分成兩個階段:

在第一階段:

1. 將探討不同數量 TXRU 的影響 (8, 16, 32, 64),
   並探討同構與異構在不同情境下的效能, 與可行性研究.
2. 每一個 TXRU 的大小, 間距, 頻率以及極化設定,
   並決定如何為其建立虛擬化的模型
3. 在 R12 MIMO 的架構下模擬其效能,
   設定為: 8x1 的天線陣列 (水平擺放於基地台頂端),
   並分別模擬 Macro (3D-UMa) 和 Urban Micro (3D-UMi) 兩種不同設定

在第二階段:

在Macro (3D-UMa) 和 Urban Micro (3D-UMi) 兩種不同設定下,

3D 天線陣列的效能

[註] 在這篇文章中, 討論了天線陣列安裝在基地台的物理限制,

一般來說, Macro-cell 基地台的大小為: 1430 × 570 × 550 mm, 

同時, 考慮頻率為 2.5 GHz, 半波長約為 6 公分,

若是把 64 個 TXRU 排成一列, 需要約 4 公尺的長度, 對基地台而言不合理,

也因此, 3GPP 開始考慮 2D antenna array, 可以容納更多的 TXRU,

舉例來說, 假設排成方陣, 64 個 TXRU 只需要 0.5m x 0.5m 的大小,

可以符合目前多數 Macro 機地台的尺寸