无线通信中的波束成形类型

先决条件：无线通信中的空间滤波技术

简单来说，波束成形是一种通过调整传输信号的相位和幅度，使信号只向特定方向传播的技术。通过这种方式，可以加强信号在特定方向上的强度。

为什么需要波束成形呢？

• 它提升了传输范围以及信号质量。
• 它能够高效地利用电力，同时减少干扰。
• 可实现最大数据传输量。
• 所消耗的功率将会小于全向天线所需的功率。
• 连接性良好。
• 较小的呼叫中断和数据泄露事件也会发生。
• 通过多个信号路径的协同组合，它能够实现信号的多样性增强。

波束成形可以通过应用预编码矩阵来实现。对传输过来的信号进行 weighing/评估以特定方向形成一束光线。

波束成形类型

存在两种类型的波束成形方式。

• 模拟波束成形
• 数字波束成形

模拟波束成形：在模拟波束成形中，相位和振幅的变化被应用于模拟信号，从而形成定向波束。这种技术被用于早期的无线通信系统中。在接收端，来自不同天线的信号会在ADC转换之前被合并在一起。

数字波束成形：在数字波束成形中，相位和振幅的变化是在发射端进行数字到模拟转换之前对数字信号进行的处理，从而创造出定向的波束。这种技术被广泛应用于现代无线通信系统中，其灵活性远远高于传统的模拟波束成形技术。

数字波束成形有两种不同的类型：

• 预编码：在发射端，信号会经过预处理，从而在接收端形成一条聚焦的波束。
• 后期处理：信号在接收端被接收后，经过处理后被转化为一个向发射器方向传输的聚焦光束。

波束成形技术的应用

• Wi-Fi网络
• 蜂窝网络
• 雷达系统
• 卫星通信

总体而言，波束成形是一种非常有效的技术，它能够提升各种应用场景中无线通信系统的性能。

波束成形是如何实现的呢？

• 为了实现波束成形，需要将多个天线排列成阵列。每个天线都会发送相同的信号，但信号的相位各不相同。
• 通过调整每个信号的相位，可以将这些信号进行组合，从而在接收器的方向上产生更强的信号。

波束成形技术的优势

• 它提升了信号的质量。
• 信号的覆盖范围增加了。
• 在拥挤的环境中表现得更出色。

波束成形技术的缺点

• 它只能在有限的范围内发挥作用。
• 其性能可能会受到各种环境因素的影响，比如建筑物、墙壁、雨水以及其他障碍物等。
• 使用多个天线意味着需要较高的硬件成本。

无线通信中模拟式与数字式波束成形的比较