什么是波束赋形BeamForming技术？为什么需要波束赋形技术？

和字面上的意思一样，即波束赋形是一种形成波束的技术。

那么在这种情况下，波束Beam是什么意思呢?可以理解为“一套天线系统的电磁波辐射模式(传播模式)”。简单地说，波束形成是一种构造天线雷达方向图的技术。

上面看着很简单，但要真正的实现却是非常复杂，通常很难理解。所以下面只介绍这项技术的框架。首先我们从这项技术的需求来源来说起。

为什么需要波束赋形技术?

假设有两个天线系统，这两个天线发射的总能量完全相同。

在Case 1中，天线系统在所有方向上都以几乎相同的量辐射能量。天线周围的三个ue也将接收几乎相同数量的能量，但是没有定向到这些ue的大部分能量被浪费。

在Case 2中，辐射模式(“波束”)的信号强度以特定的方式“赋形”，即在朝向ue的方向上的辐射能量比没有朝向ue的其他部分的辐射能量要更大。

关于如何实现波束赋形的非常高层次的解释可以如下说明。它表示一组数据进入一个特定的函数，该函数形成一个特定的波束，并通过波束传输数据。Beam的形状和方向取决于所使用的函数类型。这种特殊函数通常被称为波束赋形函数BeamForming Function、映射函数Mapping Function或空间滤波器Spatial Filter。应用相同的映射函数或空间滤波器意味着它形成相同的波束(即相同方向、相同形状、相同功率的波束)。

现在的问题是如何实现这些映射函数(或波束赋形算法)。简单地说，映射函数的主要组成部分是

阵列中的天线单元数;

阵列中天线单元结构;

应用于每个数据(信号)路径的相位和振幅=>这可以在基带的软件或射频或毫米波频率的硬件(电路)中完成。

怎样“赋形”成波束?

现在，你会问“我们怎样才能形成一个波束Beam?”。如果想准确而清晰地理解这一机制，就需要我们去研究枯燥乏味的数学。我们在这里就不深入讨论其数学机制了，下面让我们对波束形成的原理，先建立一些直观的yw认识吧。

通常，形成波束的最简单方法是在一个阵列中放置多个天线。我们有许多不同的方法来对齐这些天线单元，但是最简单的方法是沿着如下示例所示的方式来对齐排列天线。可以很直观的看到，如果在阵列中放置更多天线单元，天线越多，形成的波束更为清晰直接。

第二种方法是将元素排列成二维正方形。同样，可以很直观的看到，当在阵列中放置的天线单元越多，我们将获得更为清晰的波束。

现在让我们考虑另一种二维数组，其中数组的形状不是正方形

波束赋形的几种技术

上面我们已经对“波束赋形”了比较直观的yw认识，那么它是通过什么技术来实现的呢?我们有多种不同的方法来实现波束赋形，下面是三种最常用的技术，我们简单介绍一下。

开关阵列天线：这是一种通过从天线系统的阵列中有选择地打开/关闭天线来改变波束图(辐射形式)的技术。

基于DSP的相位控制：这是一种通过改变通过每个天线的信号相位来改变波束图(辐射形式)的技术。使用DSP，可以改变每个天线端口的信号相位，以形成最适合一个或多个特定ue的特定波束图。

预编码波束赋形：这是一种通过应用特定的预编码矩阵来改变波束图(辐射形式)的技术。是LTE中使用的技术，在LTE中，以下传输模式隐含地或显式地实施“波束赋形”。本文来“通信百科”公众号整理发布TM 6-使用单个传输层的闭环空间复用;TM 7-波束形成(天线端口5);TM 8-双层波束形成(天线端口7和8)。

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