到底什么是波束成形Beamforming？

中科院半导体所 · 公众号 · · 2024-06-09 09:25

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文章来源：通信百科

原文作者：爱上天线

本文介绍了什么是波束成形Beamforming。

为了更好地理解这一复杂概念，让我们通过一个类比来说明。我们将天线的覆盖范围想象成手电筒发出的光。手电筒的光线可以指向用户，但是如果用户离咱们很远，光线（即覆盖范围）就会变得很弱。

如果我们有两根手电筒，可以想到一种增强光线（即覆盖范围）的方法：即用另一根手电筒（或天线）从另一个方向也指向该用户。这样，两个光源（或天线波束）同时照射到用户，从而提高了效率。

现在，我们将这个类比应用到移动通信的现实世界中。

那么我们如何根据需要来调整天线波束的方向呢？这里要就说到今天主题：波束成形技术，它可以精确地控制信号的传输。

让我们通过一个演示来详细了解这一过程。

首先，我们从用户1的传输角度来考虑。假设用户1距离接收器很远，他传输的信号波前几乎并行到达天线。

接下来，想象一个接收该信号的天线。信号以一定的角度 a 到达天线，并在电路中被测量和处理。

但是，如果我们考虑第2根天线，它与第一根天线相隔一段距离d。信号将以延时（Δt）到达这根天线。这里就是波束成形的神奇之处：知道了这个延时，我们可以调整信号，使得两路信号在合路器中以相同的方式转发。这样，我们就能得到两个信号的叠加效果！

此外，假设现在有另一个信号来自另一个用户（用户2），在我们的示例中用红色表示。这是一个不需要的干扰信号。在我们的示例中，用户2的信号无延迟地到达两个天线。在第 1 根天线中，信号正常处理；在第 2 根天线中，我们对信号应用延时。这样，两个信号就会相互抵消，从而消除了干扰。

通过增加更多的天线，比如再增加第 3 根天线，我们就可以收集更多的功率，这在信号微弱且噪声较大的情况下尤其有利。同时，通过处理角度、距离和延时，我们可以增强信号，使其更强大、更有针对性。

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