做5G物理层仿真的人,看到“毫米波UDN加波束成形”基本能在脑子里还原出一个场景:某个热点区域里塞了几十个发射功率不高的小基站,频率从sub-6G跳到28GHz甚至更高的毫米波频段,覆盖半径被压缩到几十米。用户终端想正常收到下行数据,第一件事不是解调,而是先把自己和基站之间的波束方向对准。这个项目就是在这样的背景下展开的:对带有位置感知的波束成形做链路级建模,并评估它在UDN密集部署下对同频干涉的影响。整体代码基于Matlab,规模不必很大,但把毫米波信道、天线阵列、波束管理、干扰统计这几个环节都串起来了,适合正在搞波束管理算法、想做NR毫米波链路级仿真验证,或者拿这类题做毕设的朋友参考。
这里要先把“干涉评估”四个字解释清楚。在链路级仿真里,它不是说两个波束物理上发生光的干涉,而是指同一时频资源上,多个服务波束和其他干扰波束传到同一个接收机后形成的干扰叠加结果。超密集网络里小区又多又近,这种情况非常普遍。下面我会从项目思路、系统模型、仿真参数、核心实现到调试经验一层层拆,争取让没跑过毫米波仿真的朋友也能照着搭出一版能出图的工程。
1. 项目在解决的问题:毫米波、UDN和位置感知为什么拧在一起
1.1 毫米波小基站密到这种程度,链路问题到底出在哪
毫米波频段最突出的毛病是传输损耗大。同一个发射机,频率提高一倍,自由空间路径损耗大致增加6dB,再加上穿透损耗、雨衰、人体遮挡,传统全向覆盖的思路在FR2频段基本走不通。所以现在都用模拟波束成形把能量集中到一个窄波束上,换一个方向性增益来均衡距离损耗。但高频带来的第二个问题也随之而来:波束太窄,基站不知道该往哪个方向打。如果还停在4G时代那种“全向发、终端自己挑”的思路,可能用户站在基站正前方50米也收不到稳定的信号。
UDN则是另一个维度的应对方式。既然毫米波单站覆盖不了多远,那就把站密起来,间距压到50米以内。这样用户总能找到距离很近的基站,链路预算更容易覆盖。与此同时,UDN会导致另一个副作用——一个用户旁边不止有一个基站,而是可能有好几个基站都在它几百米范围内,如果它们用同一个频段发射并且波束方向恰好旁瓣打过来,就会形成强烈干扰。超密集场景里的毫米波系统往往不是热噪声受限,而是干扰受限,这个问题在链路级仿真里会表现得非常明显。
1.2 为什么用户位置信息可以直接当成波束方向解
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