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近年來(lái)，通信運(yùn)營(yíng)商競(jìng)相提高無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)的地位，不僅視其為有線寬帶接入的輔助手段，更不吝將其上升到戰(zhàn)略高度，提升無(wú)線局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。本文主要為您介紹無(wú)線局域網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一——波束成形(Beamforming)，包括基本概念和發(fā)展趨勢(shì)。
背景由來(lái)
波束成形是天線技術(shù)與數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的結(jié)合，目的用于定向信號(hào)傳輸或接收。波束成形，并非新名詞，其實(shí)它是一項(xiàng)經(jīng)典的傳統(tǒng)天線技術(shù)。早在上世紀(jì) 60年代就有采用天線分集接收的陣列信號(hào)處理技術(shù)，在電子對(duì)抗、相控陣?yán)走_(dá)、聲納等通信設(shè)備中得到了高度重視�；跀�(shù)字波束形成(DBF)的自適應(yīng)陣列干擾置零技術(shù)，能夠提高雷達(dá)系統(tǒng)的抗干擾能力，是新一代軍用雷達(dá)必用的關(guān)鍵技術(shù)。定位通信系統(tǒng)通過(guò)傳聲器陣列獲取聲場(chǎng)信息，使用波束成形和功率譜估計(jì)原理，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，確定信號(hào)來(lái)波方向，從而可對(duì)信源進(jìn)行精確定向。只不過(guò)，由于早年半導(dǎo)體技術(shù)還處在微米級(jí)，所以它沒(méi)有在民用通信中發(fā)揮到理想的狀態(tài)。
而發(fā)展到WLAN階段，特別是應(yīng)用在個(gè)人通信中，信號(hào)傳輸距離和信道質(zhì)量以及無(wú)線通信的抗干擾問(wèn)題便成為瓶頸。支持高吞吐是WLAN技術(shù)發(fā)展歷程的關(guān)鍵。802.11n主要是結(jié)合物理層和MAC層的優(yōu)化，來(lái)充分提高WLAN技術(shù)的吞吐。此時(shí)，波束成形又有了用武之地。
基本原理
波束成形，源于自適應(yīng)天線的一個(gè)概念。接收端的信號(hào)處理，可以通過(guò)對(duì)多天線陣元接收到的各路信號(hào)進(jìn)行加權(quán)合成，形成所需的理想信號(hào)。從天線方向圖 (pattern)視角來(lái)看，這樣做相當(dāng)于形成了規(guī)定指向上的波束。例如，將原來(lái)全方位的接收方向圖轉(zhuǎn)換成了有零點(diǎn)、有最大指向的波瓣方向圖。同樣原理也適用用于發(fā)射端。對(duì)天線陣元饋電進(jìn)行幅度和相位調(diào)整，可形成所需形狀的方向圖。
如果要采用波束成形技術(shù)，前提是必須采用多天線系統(tǒng)。例如，多進(jìn)多出(MIMO)，不僅采用多接收天線，還可用多發(fā)射天線。由于采用了多組天線，從發(fā)射端到接收端無(wú)線信號(hào)對(duì)應(yīng)同一條空間流(spatial streams)，是通過(guò)多條路徑傳輸?shù)摹Ｔ诮邮斩瞬捎靡欢ǖ乃惴▽?duì)多個(gè)天線收到信號(hào)進(jìn)行處理，就可以明顯改善接收端的信噪比。即使在接收端較遠(yuǎn)時(shí)，也能獲得較好的信號(hào)質(zhì)量。
MIMO可大大提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速率、覆蓋范圍和性能。當(dāng)基于MIMO而同時(shí)傳遞多條獨(dú)立空間流時(shí)，系統(tǒng)的吞吐量可成倍地提高。MIMO系統(tǒng)支持空間流的數(shù)量取決于發(fā)送天線和接收天線的最小值。如發(fā)送天線數(shù)量為3，而接收天線數(shù)量為2，則支持的空間流為2。在市場(chǎng)上，經(jīng)歷了三年3×3模式的量產(chǎn)磨合期后，今年4X4模式嶄露頭角，立刻引起了業(yè)界重視。
