波束賦形(BeamForming)和空間濾波是在天線傳感器陣列中用于定向傳輸或接收的一種信號(hào)處理技術(shù)，它是通過組合天線陣列中元件來實(shí)現(xiàn)的，利用了特定角度的信號(hào)會(huì)受到相關(guān)干擾，而其他信號(hào)會(huì)受到干擾抵消。波束賦形可用于發(fā)送端和接收端，以實(shí)現(xiàn)空間選擇性。

波束賦形技術(shù)優(yōu)勢

波束賦形能夠提高接收信號(hào)的信噪比、消除不良干擾源以及將發(fā)射信號(hào)聚焦到特定的位置；其具有傳感器陣列的系統(tǒng)的核心，包括MIMO無線通信系統(tǒng)技術(shù)，因此主要應(yīng)用于5G、LTE和WLAN網(wǎng)絡(luò)。

波束賦形技術(shù)應(yīng)用

鑒于其特性，波束賦形可用于無線電波或聲波。因此在雷達(dá)、聲納、地震學(xué)、無線通信、射電天文學(xué)、聲學(xué)和生物醫(yī)學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用，自適應(yīng)波束成形用于通過優(yōu)化、空間濾波和干擾抑制來檢測和估計(jì)，傳感器陣列輸出用戶感興趣(有用)的信號(hào)。

5G波束賦形

在5G(NR)無線網(wǎng)絡(luò)中目前有三種波束賦形技術(shù)，它們分別是：模擬波束賦形(Analog Beamforming)、數(shù)字波束賦形(Digital Beamforming)和混合波束賦形(Hybird Beamforming)；

模擬波束賦形

模擬波束賦形使用相同的信號(hào)饋送到每個(gè)天線，然后使用模擬移相器來控制陣列發(fā)射的信號(hào)，因此波束由一系列移相器控制，以從多個(gè)天線發(fā)送相同的信號(hào)，但相位不同。

                        圖1.模擬波束賦形

模擬波束賦形成本低但只支持單流傳輸是主要限制之一，這種方法不允許為不同的用戶應(yīng)用不同的波束賦形權(quán)重，因此一次只生成單個(gè)波束，這意味著波束賦形和 mimo 將失去空間多路復(fù)用的好處

數(shù)字波束賦形

數(shù)字波束賦形為數(shù)字基帶中的每個(gè)天線設(shè)計(jì)不同的信號(hào)。每個(gè)天線都有一個(gè) RF CHAIN這使得數(shù)字波束賦形對(duì)于空間多路復(fù)用特別理想，我們希望在空間復(fù)用中傳輸信號(hào)的疊加，每個(gè)信號(hào)都具有單獨(dú)的方向性。

                        圖2.數(shù)字波束賦形

波束賦形允許更大的靈活性，因?yàn)榭梢詫⒉煌墓β屎拖辔环峙浣o不同的天線。這是FR1頻段中經(jīng)常采用的解決方案。

混合波束賦形

混合波束賦形結(jié)合了數(shù)字波束賦形和模擬波束賦形，即部分波束賦形由基帶中的數(shù)字處理完成，部分波束賦形由模擬射頻波束賦形器完成。波束成形天線中的TRX和RF鏈的數(shù)量通常低于天線的數(shù)量。

                       圖3.混合波束賦形

啟用混合波束賦形的目的主要是盡量減少射頻鏈的數(shù)量，這將降低能耗和設(shè)計(jì)復(fù)雜性，使其更具成本效益。因此其更適合用于毫米波波段(FR2波段)的解決方案。