Beamforming是一種通用信號處理技術，用於控制傳播的方向和射頻信號的接收，作為Wi-Fi802.11n標準的可選部分，分為內在的和外在的兩種基本類型。
Beamforming可以獲得陣列增益、分集增益和復用增益。
基本介紹
- 中文名：波束成形
- 外文名：beamforming
- 屬於：通用信號處理技術
- 用於：控制傳播的方向和射頻信號的接收
簡介,背景,定義,套用,
簡介
beamforming被定義為兩種基本類型：內在的和外在的。
內在的beamforming被設計為用來提升Wi-Fi訪問點的傳播性能，通過精確的計算來決定最佳的Wi-Fi信號組合或到接收端的最佳路徑。但如果沒有外在的客戶端反饋，訪問點無法得知是否該路徑是最佳的或者他們是否在順暢工作。
外在的beamforming使用詳細的來自客戶端的信道矩陣。但是，當前的Wi-Fi客戶端並不支持該802.11n可選特性。
背景
2009年2月5日，Ruckus Wireless對思科系統公司認可了beamforming在提高Wi-Fi性能方面的價值表示贊同，並且描述了beamforming增強的系統性能，這些性能是實現下一代802.11n技術高性能和可靠性方面的基礎。 Beamforming這種通過集成在晶片上的數位訊號處理器來實現的技術，是802.11n標準的可選部分。
“通過傳播beamforming獲得足夠的信號增益和覆蓋，需要做許多系統級別的工作，而不只是獲得用戶的反饋和對實時干擾的信號控制”Steve Martin，Ruckus Wireless工程技術副總裁說。“僅僅實施beamforming晶片集而不做系統級別的最佳化，就好像讓一個機器人駕駛一輛跑車----有其他車輛在前面突然猛轉他就不知所措了。”
Ruckus Wireless引入了beamforming系統，該系統在物理層使用了智慧型天線陣列和智慧型天線控制軟體，在不斷變化的射頻環境中，令系統性能得到最佳化。與其他廠商兼容，但並不依賴於他們產品的客戶端反饋，Ruckus專利的BeamFlex智慧型Wi-Fi天線系統是業界首創的，能夠使用802.11a/b/g/n自帶的媒體訪問控制(MAC)層協定來持續最佳化性能的系統。
而且，Ruckus beamforming天線陣列有很多定向天線構成，可以實時進行配置，無需人工干預即可對訪問點在方向和Wi-Fi信號組合上進行完全控制，同時可以主動迴避和反射干擾。由於這些控管，Ruckus智慧型Wi-Fi接入點可提供比一般接入點多三倍信號覆蓋範圍，更可確保更穩定傳輸性能。
定義
Beamforming是發射端對數據先加權再傳送，形成窄的發射波束，將能量對準目標用戶，從而提高目標用戶的解調信噪比，這對改善小區邊緣用戶吞吐率特別有效。
套用
Beamforming通常有兩大類實現方式：MIMO Beamforming和DOA Beamforming。
MIMO Beamforming（簡稱MIMO-BF）技術是利用信道信息對發射數據進行加權，形成波束的一種波束賦形方法。MIMO-BF技術又可分為開環和閉環兩種模式。
開環Beamforming技術利用上行信道信息，對發射信號進行加權，不需要接收端反饋信道信息給發射端，發射端通過上行信道自行估計得到。開環Beamforming技術對覆蓋和吞吐量的提升都有比較明顯的效果。但是，由於需要利用上行信號估計下行傳送權值，處理時延大，因此適用於低速場景。另外，開環Beamforming技術利用了上下行信道的互易特性，故系統實現時需要對各個收發通路進行校正。
閉環Beamforming技術需要終端反饋信道信息如碼本（Codebook）給發射端，利用反饋信息對發射信號進行加權。同樣由於受反饋時延的影響，閉環Beamforming技術也只在低速場景有較好的性能。另外，由於受反饋精度的影響，閉環Beamforming技術總體上比開環的性能要略差，但系統實現相對簡單，不需要對天線收發通道進行校正。根據業界情況，目前TDD系統只使用開環Beamforming技術，而閉環Beamforming技術則套用於FDD系統。
DOA Beamforming（簡稱DOA-BF）技術是通過估計信號的到達角（DOA：Direction of Arrival），利用DOA信息生成發射權值，使發射波束主瓣對準最佳路徑方向的一種波束賦形方法。
與MIMO-BF相比，DOA-BF有以下特點：
1）DOA-BF技術要求天線陣列間距小（通常小於一個載波波長），在多徑豐富的場合分集效果比較差，在非直視徑（NLOS：Non Line of Sight）場合，由於DOA估計不準也會使性能下降。因此，DOA-BF技術對密集城區使用效果不是很理想，而對農村和郊區等場合比較有效。但從業務發展的角度考慮，農村和郊區的業務量需求通常不高，採用DOA-BF實現的代價又比較高，因此而MIMO-BF技術通常由於天線間距都比較大，蒐集多徑的能力比較強，特別適合在話務量高的密集城區使用，以提升系統容量，有效降低高話務區域的建網成本或擴容成本。
2）DOA-BF技術對天線陣元的一致性要求比較高。因此，系統實現時不僅需要進行收發通道校正，還需要進行天線校正，而校正不理想時會使系統性能下降，故DOA-BF系統實現複雜度比較高簡單來說，基站發射的功率在空間的分布不平衡。比如用戶在北邊，就把功率集中發到北邊，其它方向的功率就比較小（功率的總和基本是常數）。這是通過8根天線的array合成的效果。實用意義不大。
基站發射的功率在空間的分布不平衡。
