1.4.4 波束管理

移动通信的快速发展使得移动传播特性比较好的6GHz以下可用频谱资源非常稀缺，但是6～300GHz频带范围内却有大量可用的频谱资源。如何利用这部分频带范围内的信道传播特性进行5G大规模天线增强技术的研究是非常值得思考的一个问题。

作为区别于4G LTE的一个重大进展，5G系统从传统的低频分米波频段，进一步扩展到高频毫米波频段[14-15]，可以支持高达100GHz的频谱，以及高达100MHz甚至1GHz的带宽资源。然而，在获得了超宽的频谱资源的同时，5G高频段通信系统面临着更为严重的路径损耗。

通常认为自由空间传播损耗依赖于频率，频率越高，损耗越大，但该结论的前提是天线接收的有效面积依赖于频率，频率越高，有效面积越小[16]。考虑到单位面积上可摆放的天线数量与频率成反比，所以在高频段可以通过更多的天线进行波束赋形以获得更高的增益。例如，天线面积相同的情况下，相较于工作在2.4GHz频带的系统，工作在80GHz频带的系统通过更多的天线可获得30dB左右的增益。因此，为了弥补显著的路径损耗，5G高频段通信系统需要采用大规模天线的波束管理技术进行有效、可靠的高频通信。

波束管理是5G毫米波移动通信系统中的一项重要功能，其核心任务是快速、准确地建立并保持合适的波束对。主要研究内容包括波束扫描、波束测量、波束报告、波束确定、波束维护、波束跟踪、波束恢复等。需要指出，合适的波束配对不一定是物理上彼此直接指向的发射机和接收机波束。由于周围环境中的障碍，发射机和接收机之间的这种“直接”路径可能被阻挡，这时反射/折射路径能提供更好的连通性。