这是最好的年代，也是最坏的年代。
生活在科技大迸发的年代里，你是否感觉到一丝幸亏? 虚拟实践、主动驾驶，许多令人血脉偾张的新式运用正在井喷式地迸发，含糊了虚拟和实践的鸿沟，并深刻地改变着咱们触碰和认知国际的方法。
而这，关于通讯人而言却是一场艰苦卓绝的战役。
众说周知，无线通讯依托于电磁波传达，最名贵的资源莫过于频带。为防止移动通讯网、无线电视、播送、军用频段等的彼此搅扰，每个国家都对无线频段的运用做出了严厉的区分。根据电磁波在空气中传达的特性，6G赫兹以下频段因其在空气中衰减小、穿透力强等长处，被视为优质频带资源，许多依托无线电的运用都会集在这一频段资源上，因而无比拥堵。
另一方面，用户对移动通讯网的数据需求正出现迸发性的增加，特别是需求实时传输很多数据的无线运用，如视频直播、高清电话会议、虚拟实践游戏等，对网络容量是严峻的检测。而“要害型使命机器通讯” (mission-critical machine type communication) 又对通讯的可靠性和时延提出了极为严苛的要求，此类运用包括工业主动化、车辆通讯等。1000倍于4G LTE体系的网络容量和1毫秒极低时延已逐步成为业界对下一代无线通讯网要求的一致。
面临激烈需求，背靠紧缺资源，怎么满意科技迸发年代最底层速率的需求，为社会架起一条高速信息管道? “5G”正在给出答案。5G (Fifth Generation)，即第五代无线通讯体系，是在走过模仿通讯、第二代、第三代和正在阅历的第四代LTE体系之后，通讯人正在攀爬的另一座顶峰。
一个体系的改造换代，其间必包括了许多的立异点，5G也是如此。笔者将与你共享其间的一项要害技能，大规模天线阵列。它的运用不单能够大幅度进步网络容量和用户体会，也将对通讯职业产成深远的影响，1分钟下载一部高清电影的年代现已离咱们不远了。
波束成形
了解大规模天线首要需求了解波束成形技能。传统通讯方法是基站与手机间单天线到单天线的电磁波传达，而在波束成形技能中，基站端具有多根天线，能够主动调理各个天线发射信号的相位，使其在手机接纳点构成电磁波的叠加，然后到达进步接纳信号强度的意图。
从基站方面看，这种运用数字信号处理发生的叠加作用就好像完成了基站端虚拟天线方向图的结构，因而称为“波束成形” (Beamforming)。经过这一技能，发射能量能够聚集到用户地点方位，而不向其他方向涣散，而且基站能够经过监测用户的信号，对其进行实时盯梢，使最佳发射方向跟从用户的移动，确保在任何时候手机接纳点的电磁波信号都处于叠加状况。
打个比如，传统通讯就像灯泡，照亮整个房间，而波速成形就像手电筒，亮光能够智能地聚集到方针方位上。
一般全向天线，掩盖一切区域
波速成形后的天线，将能量会集到一个方向
在实践运用中，多天线的基站也能够一起瞄准多个用户，结构朝向多个方针客户的不同波束，并有用削减各个波束之间的搅扰。这种多用户的波束成形在空间上有用地分离了不同用户间的电磁波，是大规模天线的根底地点。
大规模天线阵列
大规模天线阵列正是根据多用户波束成形的原理，在基站端安置几百根天线，对几十个方针接纳机调制各自的波束，经过空间信号阻隔，在同一频率资源上一起传输几十条信号。这种对空间资源的充沛发掘，能够有用运用名贵而稀缺的频带资源，而且几十倍地进步网络容量。
我们能够从下图中美国莱斯大学的大规模天线阵列原型机中看到由64个小天线组成的天线阵列，这很好地展现了大规模天线体系的雏形。
美国莱斯大学 Argos 大规模天线阵列原型机
大规模天线阵列为何能不坚定通讯底层?
大规模天线并不仅仅简略地扩增天线数量，由于突变能够引起突变。根据大数定理和中心极限定理，样本数趋向于无量，均值趋向于期望值，而独立随机变量的均值散布趋向于正态散布。随机变量趋于稳定，这正是“大”的美。
在单天线对单天线的传输体系中，由于环境的复杂性，电磁波在空气中经过多条途径传达后在接纳点或许相位相反，彼此削弱，此刻信道很有或许陷于很强的式微，影响用户接纳到的信号质量。而当基站天线数量增多时，相关于用户的几百根天线就具有了几百个信道，他们彼此独立，一起堕入式微的概率便大大减小，这关于通讯体系而言变得简略而易于处理。
大规模天线有哪些优点?
榜首，当然是大幅度进步网络容量。
第二，由于有一堆天线一起发力，由波速成形构成的信号叠加增益将使得每根天线只需以小功率发射信号，然后防止运用贵重的大动态规模功率放大器，削减了硬件本钱。
第三，大数规律造就的平整式微信道使得低延时通讯成为或许。传统通讯体系为了对立信道的深度式微，需求运用信道编码和交错器，将由深度式微引起的接连突发过错涣散到各个不同的时间段上(交错器的意图行将不一起间段的信号揉杂, 然后涣散某一短时间内的接连过错)，而这种揉杂进程导致接纳机需完好承受一切数据才干取得信息，构成时延。在大规模天线下，得益于大数定理而发生的式微消失，信道变得杰出，对立深度虚弱的进程能够大大简化，因而时延也能够大幅下降。
值得一提的是，与大规模天线构成完美匹配的是5G的另一项要害技能–毫米波。毫米波具有丰厚的带宽，但是衰减激烈，而大规模天线的波束成形正好补足了其短板。
