5G支持高達(dá)100GHz的載波頻率，這在無線傳播領(lǐng)域帶來了許多挑戰(zhàn)。隨著載波頻率的增加，由于相對(duì)于波長的固定天線尺寸變小，路徑損耗增加。然而，在較高的載波頻率下較小的天線尺寸意味著更多的天線將安裝在相同的區(qū)域中?？梢酝ㄟ^使用更多的天線來克服隨載波頻率而增加的路徑損耗，而不必增加天線陣列的總體物理尺寸。此外，隨著載頻增加到大約10GHz以上，衍射將不再是主要的傳播機(jī)制。超過10GHz，反射和散射將是非視線傳播鏈路最重要的傳播機(jī)制。此外，隨著載波頻率的增加，傳播到建筑物中的穿透損耗趨于增加，這可能導(dǎo)致建筑物內(nèi)覆蓋對(duì)于部署在室外的gNB來說不切實(shí)際。

大規(guī)模天線陣列對(duì)于在NR系統(tǒng)中提供高覆蓋率和容量性能至關(guān)重要。大規(guī)模MIMO系統(tǒng)提供了幾個(gè)好處：通過使用高增益自適應(yīng)波束賦形來增強(qiáng)覆蓋范圍，通過使用高階空間復(fù)用來增強(qiáng)容量。大規(guī)模天線陣列的覆蓋增強(qiáng)能力對(duì)于緩解較高載頻下的傳播挑戰(zhàn)至關(guān)重要。容量增強(qiáng)能力對(duì)于以高密度部署（例如，在較低載波頻率下）運(yùn)行的干擾受限系統(tǒng)將是重要的。此外，MIMO技術(shù)可以將能量轉(zhuǎn)向所需的方向，而較窄的波束寬度可以在系統(tǒng)中產(chǎn)生較少的干擾。通過使用有源天線系統(tǒng)（AAS：active antenna system），還可以實(shí)現(xiàn)更好的能效和更好的業(yè)務(wù)條件適應(yīng)性。

對(duì)于5G接入，單用戶、多用戶和波束賦形解決方案是必不可少的。由于不同的載波頻率和部署場(chǎng)景，可以設(shè)想使用不同的傳輸和接收技術(shù)。圖1和圖2所示的全數(shù)字基帶、混合陣列、模擬/RF陣列解決方案將以各種方式在gNB和UE的不同實(shí)現(xiàn)中使用。此外，以前向兼容的方式指定在特定載波頻率和帶寬上使用哪種技術(shù)是困難的，并且在標(biāo)準(zhǔn)化方面并不可取。然而，理解不同的候選架構(gòu)對(duì)于定義與天線陣列架構(gòu)無關(guān)的系統(tǒng)非常重要。如圖1和圖2所示，三種主要陣列架構(gòu)之間的差異在于波束賦形部署發(fā)生的位置（如射頻/模擬域與基帶/數(shù)字域）。

基帶架構(gòu)：在圖1的基帶架構(gòu)中，每個(gè)天線組件或天線端口都有一個(gè)收發(fā)器單元，波束賦形操作在上混頻到RF之前發(fā)生在基帶數(shù)字域中。基帶架構(gòu)提供了高度的靈活性，例如跨OFDMA子載波的頻率選擇性波束賦形，但代價(jià)是在每個(gè)天線元件后面使用收發(fā)器單元。這種架構(gòu)是LTE的選擇，因?yàn)樘炀€端口的數(shù)量（例如大約32個(gè)端口）與天線成本之間的關(guān)系仍然可以管理。

RF架構(gòu)：在cmWave或mmWave頻帶中使用大規(guī)模天線陣列帶來了各種挑戰(zhàn)，因?yàn)橄到y(tǒng)帶寬高，需要大量天線元件來克服這些頻帶中的傳播挑戰(zhàn)。在大規(guī)模陣列中，在每個(gè)天線元件后面使用單獨(dú)的收發(fā)器變得非常困難，這不僅是因?yàn)槌杀驹颍乙驗(yàn)閷拵捫枰浅８咚俚?/span>A/D和D/A處理器，這些處理器具有顯著的功耗要求?？紤]到可以使用相當(dāng)多的端口，例如256個(gè)，簡(jiǎn)單地將相同的MIMO基帶架構(gòu)擴(kuò)展到高頻帶目前在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。因此，基帶架構(gòu)的替代方案是全RF架構(gòu)，如圖1所示，其中MIMO和波束賦形的控制在模擬域中的RF處執(zhí)行，RF組件也具有相移和潛在的增益調(diào)整能力。與基帶架構(gòu)相比，使用RF架構(gòu)的頻率選擇性波束形成通常是不可行的，因?yàn)樵谡麄€(gè)信號(hào)帶寬上在RF處應(yīng)用發(fā)射權(quán)重。

混合架構(gòu)：全基帶和全RF架構(gòu)的替代方案是混合架構(gòu)，其中MIMO和波束賦形的控制在RF和基帶之間分離。圖2顯示了混合架構(gòu)的兩個(gè)示例，其中除了基帶MIMO預(yù)編碼之外，在RF處對(duì)多個(gè)流進(jìn)行波束賦形。在混合架構(gòu)中，每個(gè)RF波束由收發(fā)器驅(qū)動(dòng)，多流波束加權(quán)或預(yù)編碼在基帶應(yīng)用于收發(fā)器的輸入。圖2的左圖顯示了“完全連接”陣列配置的混合架構(gòu)，其中多個(gè)RF波束賦形權(quán)重向量并行應(yīng)用于陣列的所有天線元件。相反，右圖顯示了“子陣列”配置的混合架構(gòu)，其中每個(gè)RF權(quán)重向量應(yīng)用于天線元件的唯一子集。子陣列配置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在天線元件后面缺少求和裝置。混合架構(gòu)提供了額外的靈活性，并且超過了全RF架構(gòu)，因?yàn)榛鶐Оl(fā)射部分可以跨信號(hào)帶寬進(jìn)行調(diào)整以進(jìn)一步優(yōu)化性能。此外，利用基帶預(yù)編碼提供多波束傳輸?shù)哪芰τ型鰪?qiáng)容量以及覆蓋性能。

從標(biāo)準(zhǔn)化的角度來看，支持不同的體系結(jié)構(gòu)并不一定要求在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中使用任何特定的體系結(jié)構(gòu)。考慮到混合架構(gòu)設(shè)計(jì)的方法可以用基帶架構(gòu)來支持。當(dāng)然，涉及在模擬RF域中形成的波束的方法也可以在基帶數(shù)字域中實(shí)現(xiàn)，盡管實(shí)際實(shí)現(xiàn)問題可能有很大不同。然而，為數(shù)字架構(gòu)設(shè)計(jì)的方法不一定能夠用RF或混合架構(gòu)有效地或?qū)嶋H地實(shí)現(xiàn)。一刀切的策略不適用于不同的頻帶。

天線陣列尺寸：隨著載波頻率的增加，波長減小，天線元件的尺寸通常與波長成比例。其結(jié)果是，隨著載波頻率的增加，能夠適應(yīng)給定固定區(qū)域的天線數(shù)量顯著增加。從另一個(gè)角度來看，隨著載波頻率的增加，具有固定數(shù)量天線元件的陣列的尺寸顯著減小。下面的表1顯示了作為頻率函數(shù)的具有8行、8列和2個(gè)偏振的陣列的大?。僭O(shè)共定位交叉偏振元件的2D陣列）。下面的表2從3.5GHz的128天線2D陣列所需的面積開始，并顯示了作為載頻函數(shù)的可適應(yīng)該面積的天線數(shù)量。在這兩個(gè)表中，假設(shè)天線之間的間距為一個(gè)，其波長為載波頻率。

天線陣列配置：均勻矩形面板陣列模型涉及使用由多個(gè)子面板組成的單個(gè)面板陣列，其中每個(gè)子面板是中定義的2D交叉極化陣列。這種布置通常由每個(gè)子面板的兩個(gè)收發(fā)器單元組成，并且每個(gè)收發(fā)器單元通常饋送跨越一個(gè)子面板內(nèi)的共極化元件的波束。然而，在一些部署中，可能需要具有全向覆蓋的站點(diǎn)，在這種情況下，定義涉及交叉極化元件的圓形陣列的附加配置可能是有利的。

天線陣列校準(zhǔn)：通常，波束賦形方案需要某種形式的校準(zhǔn)，以確保指向所需方向的良好波束模式。由于存在特定于供應(yīng)商的校準(zhǔn)方案，可能不需要天線陣列校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化支持。

最近，在LTE Rel-13和Rel-14中，為支持更大的天線陣列和更多的天線端口做了大量工作。FD-MIMO和eFD MIMO工作旨在支持LTE Rel-13和Rel-14的多達(dá)32個(gè)天線端口。對(duì)于NR系統(tǒng)，Rel-13和Rel-14中的FD-MIMO和eFD MIMO機(jī)制應(yīng)被用作MIMO和波束賦形設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，重點(diǎn)是在嚴(yán)重的覆蓋挑戰(zhàn)和容量挑戰(zhàn)場(chǎng)景中提供對(duì)具有混合架構(gòu)的大規(guī)模天線陣列的有效支持。

由于支持高達(dá)100 GHz的載波頻率帶來的挑戰(zhàn)，SU/MU-MIMO和波束賦形解決方案的支持應(yīng)在天線端口數(shù)量、收發(fā)器端口數(shù)量、天線陣列架構(gòu)和物理天線元件數(shù)量方面完全可擴(kuò)展。此外，UE應(yīng)該在對(duì)SU/MU-MIMO和gNB處的波束賦形操作的最小假設(shè)下部署，這可以通過使用用戶特定參考符號(hào)來支持。除非不能以其他方式實(shí)現(xiàn)顯著的增益，否則傳輸和接收技術(shù)以及gNB天線配置應(yīng)當(dāng)對(duì)UE透明，并且應(yīng)當(dāng)避免特定于陣列的CSI報(bào)告方案。

在更高的載波頻率中，通常理解需要公共信道波束賦形來獲得足夠的小區(qū)覆蓋。將這種操作的支持限制在特定的載波頻率是不明智的。相反，應(yīng)該在所有頻率中利用公共信道波束賦形來改善覆蓋和小區(qū)檢測(cè)。

對(duì)于UE特定數(shù)據(jù)信道的傳輸，NR系統(tǒng)應(yīng)提供SU-MIMO和MU-MIMO兩者的靈活支持。數(shù)據(jù)傳輸策略應(yīng)與圖1所示的基帶和混合架構(gòu)兼容，盡管該系統(tǒng)應(yīng)與gNB和UE使用的特定架構(gòu)無關(guān)。

可以使用基于波束的框架來實(shí)現(xiàn)混合架構(gòu)的使用，該框架包括兩步傳輸方案，其中第一步（多波束波束賦形）涉及識(shí)別最適合UE的一個(gè)或多個(gè)波束，其中波束可以在RF或基帶上實(shí)現(xiàn)，盡管在更高的載波頻率下，RF實(shí)現(xiàn)可能是優(yōu)選的。這些波束可以經(jīng)由互易導(dǎo)出，或者從一組預(yù)定波束（小區(qū)特定）中選擇，例如，具有UE波束選擇/反饋過程的波束grid。第二步（多波束預(yù)編碼）是對(duì)這些波束進(jìn)行預(yù)編碼或聚合（最可能在基帶），以實(shí)現(xiàn)所需的傳輸秩。應(yīng)當(dāng)注意，這種兩步傳輸方案（多波束波束賦形，然后是多波束預(yù)編碼）可以由基帶或混合架構(gòu)支持，并且該標(biāo)準(zhǔn)可以并且應(yīng)該不受gNB和UE使用的架構(gòu)的影響。

對(duì)于多波束賦形的第一步（例如，基于互易性的波束或具有波束選擇反饋的供應(yīng)商特定波束grid），啟用供應(yīng)商特定的解決方案也很重要。因此，波束賦形參考信號(hào)應(yīng)該是優(yōu)選的。在利用具有波束選擇反饋的波束grid的示例中，應(yīng)注意，網(wǎng)格中的波束數(shù)量通常取決于陣列在水平和垂直維度上的大小。因此，該標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為不同數(shù)量的梁提供靈活透明的支撐。

對(duì)于多波束預(yù)編碼的第二步，應(yīng)當(dāng)研究各種選項(xiàng)，包括例如利用具有碼本反饋的用戶特定波束成形CSI-RS，利用經(jīng)由UL探測(cè)參考信號(hào)的互易性，或者作為低復(fù)雜度/低開銷解決方案的簡(jiǎn)單開環(huán)預(yù)編碼。

最后，為了增強(qiáng)覆蓋性能，NR系統(tǒng)應(yīng)該為UE在UL上的發(fā)射波束賦形和在DL上的接收波束賦形提供靈活的可擴(kuò)展支持，而不會(huì)引入大的系統(tǒng)開銷。