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什么是波束赋形

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什么是波束赋型(beamforming)

波束赋型是一种信号处理技术,它通过对每个天线发射的信号进行相位和幅度调整,将信号聚焦成一个狭窄的波束,定向发射到目标用户。

怎么理解这个概念?

要从天线的角度来理解。

0dbi的天线

0dBi的天线指的是增益为0分贝相对于各向同性天线(isotropic)的天线。各向同性天线是一种理想化的天线,它在所有方向上均匀地辐射功率,其增益被定义为0dBi。

一个0dBi的天线它的能量是像太阳一样,全向发射的。也就是说每个方向的能量都是均匀辐射的。

也就是说假设接收机在天线的一个点位上,只是接收到发射机一部分能量。并且由于多径效应。效果还会打折。    

随着对信息接收的发展,速率越来越高,信号带宽越来越宽,发射机的效率也越来越低。发射机的效率是随着带宽改变的,业内也一直致力于改善发射机效率(前馈,预失真,DPD)

业内一直有句话,天线是决定传输最后一公里的决定因素。

提升发射信号的利用率一直是射频系统致力于改善的方向,传输越远,需要的功率就越来越大,但是发射机的功率不能无限增加(成本,效率,实现难度);另一边如果提升接收端的效率——发射机的能量都被接收机接收,就可以降低对发射机的要求。

发射机的能量都被接收机接收的方法就是定向发射,用多个天线阵列完成天线的定向辐射(4G)。通过相位幅度的不断调整,实现天线辐射方向的调整就是波束赋型。(5G NR)    

波束赋型的主要优势包括:

提高信号强度:通过集中信号能量,波束赋型可以显著提高特定方向上的信号强度,从而提高数据传输速率和通信质量。

降低干扰:波束赋型可以减少对非目标方向的信号辐射,从而降低干扰,提高通信的可靠性。

提高频谱效率:通过减少信号干扰,波束赋型可以提高频谱利用率,支持更多用户同时接入网络。

扩展覆盖范围:波束赋型可以将信号集中到特定方向,有效扩展网络的覆盖范围。

适应性强:波束赋型可以根据用户的位置和移动动态调整波束的方向,以提供最佳的通信质量。

降低多径效应:波束赋型技术可以将信号集中到特定的方向,减小了多径效应的影响,提高了信号的质量和可靠性。

提高系统的抗干扰能力:波束赋型技术使得信号在特定方向集中传输,减小了来自其他方向的干扰信号的影响,提高了系统的抗干扰能力。

自适应性:波束赋型技术可以根据系统需求和环境变化进行自适应调整,当信号传输环境发生变化时,波束赋型技术可以自动调整发射天线的方向和强度分布,以适应新的传输环境,从而提高传输效率。    

          

尽管波束赋型技术具有巨大的优势,但其应用也面临一些挑战,如信道状态信息(CSI)的获取、算法复杂度以及硬件成本等。信道状态信息的获取往往受到噪声和干扰的影响,难以达到理想的精度。此外,波束赋型算法非常复杂,需要大量的计算资源,这对基站和用户的处理能力提出了更高的要求。

            

来源:射频通信链
通信
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-07-28
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匹诺曹
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