5g智慧云农（给忙碌者的5G基础知识课）
5g智慧云农（给忙碌者的5G基础知识课）您先别急。这是因为应用在相控阵雷达这种现代最为先进的军事雷达中的技术，今天同样也应用在了我们的5G天线里，这就是“波束赋形”。Hold on，Hold on，有读者可能要问了，这不讲5G吗？咋扯上相控阵雷达了？知道为啥美国政府天天指责华为后门后门的了吧，因为人家之前用过这招。而在这次战争中，美军的有源相控阵雷达在军舰上大显身手，为军舰上导弹进行远程打击提供了精确的引导。相控阵雷达，即相位控制电子扫描阵列雷达，利用大量小型天线单元排列成天线阵面，通过控制各天线单元发射的相位，就能合成不同相位波束，非常精确的用雷达波束去跟踪不同的物体。
1991年，当时嚣张的要上天的萨达姆武力侵占了科威特。仗着自己有钱（主要是石油）有军队有装备，萨达姆竟然产生了自己能与美军一战的想法（是不是萌萌哒）。
结果大家都已经知道了，美国率领的多国部队，以极小的代价取得决定性胜利，打残了伊拉克军队。
其中多国部队在战争中的预警、指挥、控制、通信和情报收集过程中，大量运用了高科技手段，让世界各国都第一次认识到了电子战、信息战在现代战争中的重要意义。
比如美军运用各种高科技手段，瘫痪了伊拉克的国内通信网络和战争指挥网络，其中就包括现在美国最为忌惮的通信设备的“后门”技术。
知道为啥美国政府天天指责华为后门后门的了吧，因为人家之前用过这招。
而在这次战争中，美军的有源相控阵雷达在军舰上大显身手，为军舰上导弹进行远程打击提供了精确的引导。
相控阵雷达，即相位控制电子扫描阵列雷达，利用大量小型天线单元排列成天线阵面，通过控制各天线单元发射的相位，就能合成不同相位波束，非常精确的用雷达波束去跟踪不同的物体。
Hold on，Hold on，有读者可能要问了，这不讲5G吗？咋扯上相控阵雷达了？
您先别急。这是因为应用在相控阵雷达这种现代最为先进的军事雷达中的技术，今天同样也应用在了我们的5G天线里，这就是“波束赋形”。
1、何为“波束赋形”
在上一篇文章给忙碌者的5G基础知识课（六）——Massive MIMO：5G真正的大杀器（技术小白一定要看下，否则容易看不懂下面的内容）中，我们提到了5G之所以能实现超大速率与超大容量，主要原因就是在天线技术上的突破。
由于使用了同时集成64个独立收发天线的Massive MIMO天线，5G AAU非常逆天的可以同相控阵雷达（同样是内置多个发射和接收单元）一样，将无线电波像聚光灯一样分别打向不同用户，天线发射的信号一方面能量更加集中，一方面对其他用户干扰极小，大大提升了用户接收到信号的质量，这就是波束赋形。
当然，对于5G来说，仅仅是覆盖更好，并没有什么卵用，我们的用户要的是啥？是速度（回答是“便宜”的同学可以先下课了）！
那么Massive MIMO技术是如何提升了用户的速率呢？
答案就是：对香农定理的“突破”！
2、空间上的突破
如果看过《给忙碌者的5G基础知识课》第二课给忙碌者的5G基础知识课（二）——香农的诅咒的同学，这时候可能就要举手了：
BOO老师，你之前不是说过香农定理就是理论上的极限吗？不是不能突破的吗？
让我们再简单回顾下香农定理的定义：
按照香农老爷子的研究结果，在使用的频带资源带宽（B）和传输信道信噪比（S/N）一定的情况下，信道的容量，也就是数据传输速率就定死了，是不能突破这个极限速率的。
（小伙子，听说你对我的定理有意见？）
相当于马路的宽度（带宽）和马路的平整度（信噪比）一定的情况下，你用大货车在上面运货，由于马路宽度限制了你使用货车的大小，马路平整度限制了你开车的速度，因此单位时间内能送货的数量（就是数据传输速率）就定死了，除非马路更宽你用更大的货车，或者马路更平整你能开的更快。
但是MIMO技术，却另辟蹊径：为啥就只有一条路？我就不能多修几条路同时用不同的货车运货吗？
于是乎，在每条独立的道路都受限于香农定理的情况下，MIMO天线靠着自己内置多个独立天线的特点，硬生生的在空气中（也就是空域）开辟了多条传输道路，并且在相同的频段资源上同时传输不同的数据，使得数据传输速率实现了翻番的增长。
在上篇文章中我们提过，MIMO技术主要有3种功能，分别是：
1、空间分集；
2、空分复用；
3、波束赋形。
而上述能同时进行多路数据传输的技术就是其中的空分复用。然而，能最多传输的数据的路数，并不取决于基站的天线，而是手机的天线。你想想，就算基站天线能发射的独立数据流再多，如果你手机只有一个接收天线，那多少路数据最后都得混成一路一起接收下来，还咋区分？对不对？
在4G时代，由于手机都是2个接收天线，因此最多能实现相比非空分复用下的2倍速率的传输，而5G时代，要求手机必须具备4个接收天线，因此可实现下行4流独立传输，仅此一个技术就实现了相比4G传输速率的翻倍（下图中某款5G手机广告中的6天线，就指下行4天线和上行2天线，也就是说，使用这款手机做上行业务也可以两路数据独立发送）。
而5G使用的Massive MIMO天线，毕竟是内置了64个独立的收发单元才被叫做Massive的，相比4G的最多8个独立收发单元，如果仅仅是把数据传输速率翻了一倍就没意思了，Massive MIMO天线真正牛X的地方，还得说回“波束赋形”。
3、多流波束赋形，给你万箭齐发的体验
在4G时代，其实8T8R天线（只有移动的TDD制式使用）已经可以实现波束赋形，但是，受限于独立天线数太少，4G的波束赋形只能实现一路数据的传输。
上图展示的就是4G时代的单流波束赋形，虽然天线使用了精准波束服务用户，但大家需要共享相同的传输资源（用波束的颜色表示），无论是单用户还是小区整体的速率，都没啥提升。
而在5G时代，Massive MIMO天线由于内置的独立收发单元达到了4G的8倍（如果和联通电信的FDD天线比则是16倍），不再仅仅能实现单流的波束赋形，而是多流！相当于打向不同区域的波束，可以独立传输不同的数据（上图中不同颜色的波束代表不同的独立数据）。
那么最多能实现多少流独立数据的同时同频段传输呢？
16流！！（快来人按住香农老爷子的棺材板）
恐怖不？也就是说，在使用频段带宽资源相同的情况下，基站的容量理论上最大可以达到4G的16倍！！！
当然，第一，这只是理论的流数，如果无线质量不好或者同一个基站下面用户的地理位置区分不开的话，是远远无法实现这样恐怖的独立数据流传输的。
举个栗子，比如在非常安静的环境下（无干扰），同时有几个人跟你说话，你可能还听得清，但是如果是在KTV（有干扰），一个人你都听不清别说几个人了。
再举个栗子，比如同样安静的环境下，一种情况是几个人站在一起同时跟你说话，那么由于他们的声音混叠在了一起（用户地理位置没区分开），你就很难听清每个人的话语。而如果几个人分别站在你的东西南北，由于大家的话语能够在空间中区分开，你听清每个人说的话的概率就要大得多。
于是乎，Massive MIMO天线就是靠着自己的多流波束赋形能力，以及对单用户最高4流空分复用传输的能力，同时实现了基站级容量与单用户速率的跨越式提升。
尤其是在用户极其密集、用户数极多的场景，比如演唱会时，是不是你经常感觉到上不了网了？这就是因为4G基站的容量已经到头了。而使用Massive MIMO天线的5G基站，即使在演唱会、足球比赛、火车站等人流密集场景，也可以依靠自己的超大容量，实现用户感知的基本不下降。
另一方面，4G时代的波束赋形只能实现水平面的聚焦，而5G的Massive MIMO天线，可以实现波束立体的发射，就像下面的动图一样。
而且，可以跟踪用户的位置，打向三维空间的任意方向，因此这种MIMO技术也被称为3D-MIMO。这有啥用？
现在的楼房越建越高，以前的4G天线没法兼顾楼层的上下同时覆盖，而Massive MIMO天线就可以辣。
这样，即使是在高层的用户，也可以享受到更优质的5G网络了。
本文几个比较好看的图片截取自“中兴文档”，在此感谢。
今天的内容就到这里了。我会保持每周3-4篇（非节假日）的更新速度，且尽全力提供自己原创的高质量内容，如果喜欢，还请各位读者老爷们关注转发（卫星号：BOO聊通信）。
