【MIMO 从入门到精通】[P6]【What is Beamforming?】

前言：

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? ? ?Beamforming 是MIMO 技术里面的核心技术之一，所以讲MIMO 必须对Beamforming

有所了解，本篇主要了解一下beamforming

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? ? ? Explains how a beam is formed by adding delays to antenna elements.

?? 波束赋形（Beamforming）又叫波束成型、空域滤波，是一种使用传感器阵列定向发送和接收信号的信号处理技术。波束赋形技术通过调整相位阵列的基本单元的参数，使得某些角度的信号获得相长干涉，而另一些角度的信号获得相消干涉。波束赋形既可以用于信号发射端，又可以用于信号接收端。

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在发射端，波束赋形器控制每一个发射装置的相位和信号幅度，从而在发射出的信号波阵中获得需要相长和相消干涉模式.

? ? ?在接收端，不同接收器接收到的信号被以一种恰当的方式组合起来，从而获得期盼中的信号辐射模式。
? ? ? ?以水下声纳发射为例，我们希望向远处的船只发送一束集中尖锐的声纳信号。如果声纳发射装置的每个声纳发生器同时向一艘船发声纳信号，由于远方船只的方位角度，有的声纳发射器的信号先到达船只，有的声纳发射器的信号后到达船只，无法做到让所有声纳信号发生器的信号同时到达这条船只。有了波束赋形技术，就可以调整不同声纳发生器的信号发射时间（离船远的先发信号，离船近的后发信号），这样，所有的声纳信号就能同时击中船只，获得一个强大的声纳脉冲信号击中船只的效果。
? ? ? ? ?在被动式声纳系统或者主动式声纳的接收端，波束赋形技术为不同的水下听音器收集到的信号加上不同的时延（离开目标最近的水下听音器加上最长的时延），这样就能同时听到所有水下听音器的声音，就像声音是来自同一个水下听音器，从而获得最佳的效果。 [1]

?目录：

? 1： 单天线收发原理

? 2： 多天线收发原理

? 3：?Beamforming

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一? 单天线收发原理

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?如上图:

发射端： 基站以电磁波的形式传输一个正弦波信号到接收方

接收端： 手机只有单根天线，通过电路振荡器还原出基站发送的正弦波.

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二? 多天线收发原理

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如上图：

发射源：

? ? ? ? 如上图红色部分,发射端天线通过电磁振荡传播电磁波

接收源：

? ? ? ? ?天线: 距离发射源较远，电磁波较晚到达

? ? ? ? ?天线: 距离发射源较近，电磁波较早到达，

? ? ? ? ???物理距离为d,时间延迟为, 所以在Y2 天线端增加一个延时电路，

? ? ? ? ? ?这样通过延时电路后，在接收端?正弦波的相位,幅度，周期就完全一样

然后通过一个加法器把?收到的信号相加,相当于接收方的信号能量增加了一倍。

这种针对同频信号,通过延时器和加法器,信号变得更强了，波形的幅度变大，达到赋形的效果

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三? ?Beamforming

? ? ? ?如上图：

? ? ? ?发射源：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?以不同的角度发射震荡电磁波

? ? ? ?接收源：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???之间接收电磁波已经没有延迟了

? ? ?但是因为?端有个delay 电路，导致，天线的输出波形跟相位相差180度,相差一半的波长。两路信号通过加法器输出后,信号相互消除,为0.

? ?如果我们固定住delay 延时器，如下图发射器从不同角度发射信号

接收端： 通过不同天线接受信号，然后叠加得到的信号会有不同的效果

有的信号相消，有的信号增强了，这就是beamforming 技术，

? ? ? ?例1 ：，如下图3个antenna 场景：

? ? ? ? ? ? 我们可以设置不同delay,然后对不同的antenna 上面 的信号相加

最后得到不同的效果，如下图，结果信号幅度会变得更强，

例2：4Rx antenna

add 后波形幅度如下图

?发射源：

? ? ? ? ? ? 如下图四种颜色，代表不同的发射角度

接收端：

? ? ? ? ? ?固定住delay延时电路:

? ? ? ? ?接收端4根天线收到电磁波的时间不同，有不同的delay.

? ? ? ?在delay 电路固定的场景下，不同的波束经过delay 电路后，

然后再add ,就会出现上图，有的方向幅度变大，形状变长了，

有的方向信号相消，幅度变小，形状变短了。 这就是波束赋形原理。

波束赋形里面的核心算法是通过仿真 设计 delay 电路,增加模型的泛化能力。

特别是移动场景,或者手机晃动场景，原来方向有最强的波束,当UE变化角度后

有可能变成最弱了。

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