圖3(b)描述了與兩個空間分離的設備（UE3 和UE4）同時進行的單小區（eNB3）通信。由于可以獨立地對每個空間多路復用傳輸層應用不同的波束賦形加權值，所以可以結合使用空分多址（SDMA）和多用戶MIMO（MU-MIMO）傳輸，提供經過改善的小區容量。

圖4顯示了兩種不同的波束賦形實施技術。圖4(a) 中的實例是固定傳統開關波束賦形器，其中包括一個8 端口Butler 矩陣波形賦形網絡。這個網絡實施由不同的可選擇固定時間或相位時延路徑矩陣使用90°混合耦合器和相移器組合實施而成。

產生的固定發射波束數量等于用于構成Butler 矩陣網絡的天線陣元N 的數量。（示例使用了8 個天線，產生了8 條可選擇的波束。）這有時也稱為“波束網格”的波束賦形網絡，支持選擇任何單獨的或組合的N 個固定發射波束，以便最大限度提高設備接收機的SINR。

在無線網絡中，最佳的eNB 下行鏈路發射波束選擇主要取決于對蜂窩小區中UE 位置的了解。這種了解實際上可通過測量eNB 接收天線陣列上的上行鏈路信號到達角（AoA）直接獲得，也可從上行鏈路控制信道質量反饋信息間接推導得出。

圖4.(a) 固定傳統開關波束賦形器（左），(b) 自適應波束賦形器（右）

圖中文字中英對照

8-port Butler matrix 1-of-8 Fixed Beam selection plus combinations Adaptive Beamformer Compensation Estimation Adapts per antenna weightings and beam pattern to received signal and channel estimations

8 端口Butler 矩陣 8 個中的1 個 固定波束選擇加組合 自適應波束賦形器 補償 估算 自適應的調整接收信號天線權重和波束方向圖并進行信道估算

為了進行對比，圖4 (b) 顯示了一個自適應波束賦形器實例。顧名思義，自適應波束賦形器能夠不斷地進行自適應和重新計算所應用的最佳發射波束賦形復數加權值，從而最好地匹配信道條件。 

因為自適應波束賦形器加權值不是固定的，所以它不僅能夠優化目標UE 上的接收SINR，還能更好地使選擇性和功率零點定位進行自適應，最大限度減少對其他用戶的干擾。

在無線網絡中，eNB 通常會通過直接測量在eNB 接收機陣列上觀測到的已接收上行鏈路參考信號來估算最佳加權值，隨后可根據這一信息計算上行鏈路到達角（AoA），并分解信道特征矩陣。

如果是在頻分雙工（FDD）系統中，下行鏈路和上行鏈路使用不同的射頻載波頻率，那么所施加的波束賦形發射復數加權值將主要取決于測得或推導的目標UE AoA 信息，以及蜂窩小區中任何其他UE 的相關信息。上行鏈路上的UE 所報告的信道反饋信息也可為加權值估算提供幫助。

如果是在時分雙工（TDD）系統中，由于下行鏈路和上行鏈路共享相同的射頻載波頻率，所以可以假定信道互易性。因此，TDD 系統中的波束賦形可能比FDD 系統更出色。所選出的波束賦形發射復數加權值可以與從eNB 接收信號推導出的結果一樣，最好地匹配分解后的信道特征矩陣向量。這些匹配信道的波束賦形加權值可幫助優化目標UE 接收機上觀測到的SINR。eNB 不依賴于上行鏈路上的用戶設備所提供的信道反饋信息，盡管在實際上，eNB 波束賦形加權值估算過程中仍可能會使用這些信息。

LTE 中的波束賦形

LTE 定義了多種可支持波束賦形的下行鏈路發射模式。特別受到關注的是發射模式7、8 和9。3GPP 第8 版推出了支持單層波束賦形的TM7。第9 版增加了支持雙層波束賦形的TM8，而第10 版增加了TM9，它可以支持多達8 層發射。

圖5 顯示了在TD-LTE 蜂窩網絡中使用的典型eNB 射頻天線配置。該網絡可支持TM7、TM8 和TM9 MIMO 波束賦形模式。

圖5.用于TD-LTE TM7、TM8 和TM9 的典型8 天線配置

圖中文字中英對照

~ 0.5 x wavelength spacing +45 degree polarization = A1, A2, A3, A4 -45 degree polarization = A5, A6, A7, A8

~ 半波長間距 +45 °極化= A1、A2、A3、A4 -45 °極化= A5、A6、A7、A8

此例為一個8 陣元物理天線，采用兩組天線單元配置。兩組天線單元彼此以90? 正交交叉極化。天線組0 包括天線單元1 至4，以+45? 進行極化。天線組1 包括天線單元5 至8，以-45進行極化。

給定組內的每個天線陣元都是空間分離的，間距大約為半個射頻載波波長。這樣可以使天線組中的天線陣元高度相關，對于相干波束賦形非常有利。由于兩個天線組彼此之間是交叉極化的，它們之間的相關度很低，所以有利于空間多路復用。因此，典型的TD-LTE eNB 射頻天線物理配置可同時滿足MIMO 空間多路復用和相干波束賦形這兩個合理但又矛盾的關聯要求。

典型的TD-LTE eNB 波束賦形測試系統配置

圖6.典型的TD-LTE 波束賦形測試系統配置

圖中文字中英對照

Agilent MXG or ESG-C signal generator CALIBRATION REF SIGNAL INJECT POINT eNB BB eNB RRH Ant 1 CAL coupler UE1 UL RF channel emulator 2x8 UE1 DL RF channel emulator 8x2 Uplink feedback (SRS, CQI, PMI, RI) Agilent N7109A 8-channel analyzer RF splitter RF circulator RF attenuator

Agilent MXG 或EXG 信號發生器 校準參考信號注入點 eNB BB eNB RRH 天線1 校準耦合盤 UE1 上行鏈路射頻信道仿真器2x8 UE1 下行鏈路射頻信道仿真器8x2 上行鏈路反饋（SRS、CQI、PMI、RI） Agilent N7109A 8 通道分析儀 射頻分離器 射頻循環器 射頻衰減器

波束賦形的主要測試挑戰是需要驗證和顯示物理射頻天線陣列的波束賦形信號性能，以便對以下指標進行驗證：

•eNB 射頻天線校準精度
•基帶編碼波束賦形加權算法正確性
•射頻天線處的MIMO 信號和雙層EVM

圖6 中的測試系統使用Agilent N7109A 多通道信號分析儀和支持TD-LTE 測量的89600 VSA 軟件。多通道信號分析儀可以支持8 個相位相干射頻測量信道，并可與適合的射頻分離器和衰減器一起輕松集成到典型的TD-LTE 基站測試裝置中。

系統校準是進行準確測量的關鍵。校正向導程序可以引導用戶完成系統校準過程，提示用戶將信號分析儀通道1 測量電纜連接到雙路校準分離器（圖6 中用虛線標出的注入點處）的第一個輸出端口。所有交叉信道表征測量都將以通道1 為參考。隨后，校正向導程序提示用戶將剩下的通道2 至8 測量電纜（位于虛線上）逐次連接到雙路校準分離器的第二個輸出端口，每次連接一條電纜。通過這種方式，校正向導程序能夠表征所需要的交叉信道校正，對信號分析儀的波束賦形測量進行補償，消除測量電纜、連接器、分離器和衰減器中固有的所有失配效應，從而使用戶可以在射頻天線輸出端看到天線賦形性能的直接、經過校正的測量結果。不過，對射頻電纜和連接器給測試系統帶來的幅度和相位變化進行校準固然重要，但也不能過分夸大。

如圖7 所示，首先使用VSA 軟件和多通道信號分析儀顯示從全部8 個天線單元進行的時間同步射頻信號捕獲。用戶可以快速識別基礎的射頻功率或定時性能差錯，而后再執行更高級的解調測量。

圖7. 8天線發射信號的時間同步捕獲

圖中文字中英對照

8 channel RF spectrum 8 channel RF time

8 信道射頻頻譜 8 信道射頻時間