波束成形

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光束

• 波束我们可能觉得有点抽象，但是光束相信大家一定都很熟悉
• 当一束光的方向都相同时，就成了光束，类似手电筒发出的光
• 如果光向四面八方散射，则不能形成光束，类似于电灯泡发出的光

波束

• 和光束一样，当所有波的传播方向都一致时，即形成了波束

波束成形的应用

• 雷达通过波束的反射时间来计算物体与自身的距离，并通过扫描波束方向来探测整个空间中所有目标的位置
• 卫星天线在接收和发射卫星信号时，都会使用波束（接收端是我们生活中常见的“锅盖天线”）；因为卫星和地面接收天线的距离非常远，信道衰减非常大，于是卫星信号到达地面时能量已经非常小

“光束成形”

• 可见光近似沿直线传播，衍射能力很弱
• 因此实现“光束成形”很简单，只要用反光材料把其它方向的光反射即可（类比手电筒）

波束成形

• 在无线通讯系统中，信号以衍射能力很强的电磁波的形式存在，因此无法通过简单的反射来实现
• 实用的波束成型方案使用的是智能天线阵列

智能天线阵列

• 智能天线阵列原理并不复杂。当由两个波源产生的两列波互相干涉时，有的方向两列波互相增强，而有的方向两列波正好抵消
• 在波束成形中，我们有许多个波源（即天线阵列），通过仔细控制波源发射的波之间的相对延时和幅度我们可以做到电磁波辐射的能量都集中在一个方向上（即接收机所在的位置），而在其他地方电磁波辐射能量很小（即减少了对其他接收机的干扰）

• 此外天线辐射的方向可以通过改变波源之间的相对延时和幅度来实现，可以轻松跟踪发射端和接收端之间相对位置的改变

  
  波束成形系统架构

存在问题

波束成形技术固然能改善系统性能，增加接收距离，但同时也会增加设备成本和功耗。在多天线都处于连接的状态下，即使在严重的衰落情况下，它提供的信号增益也可获提高，但要求信号处理能力也要很强。所以，多天线带来的问题是要求数据处理速度高，控制成本，并降低功耗。因而，芯片的高集成度高性能和电源管理高效性是至关重要的。一方面要提高吞吐量，同时又要将功耗降到最低。