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處理技術(shù)，它是通過組合天線陣列中元件來實現(xiàn)的，利用了特定角度的信號會受到相關(guān)干擾，而其他信號會受到干擾抵消。波束賦形可用于發(fā)送端和接收端，以實現(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的信噪比、消除不良干擾源以及將發(fā)射信號聚焦到特定的位置；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、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，傳感器陣列輸出用戶感興趣(有用)的信號。

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饋送到每個天線，然后使用模擬移相器來控制陣列發(fā)射的信號，因此波束由一系列移相器控制，以從多個天線發(fā)送相同的信號，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)字基帶中的每個天線設(shè)計不同的信號。每個天線都有一個 RF CHAIN這使得數(shù)字波束賦形對于空間多路復(fù)用特別理想，我們希望在空間復(fù)用中傳輸信號的疊加，每個信號都具有單獨的方向性。

                        圖2.數(shù)字波束賦形

波束賦形允許更大的靈活性，因為可以將不同的功率和相位分配給不同的天線。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。