无线局域网关键技术之一:波束成形技术

2011-07-08 15:54:38来源: 通信世界网

今年以来通信运营商竞相提高无线局域网(WLAN)的地位,不仅视其为有线宽带接入的辅助手段,更不吝将其上升到战略高度。从中国移动的部署来看,似有四架马车GSM,TD-SCDMA, TD-LTE, WLAN齐头并进之趋。于是,提升无线局域网的网络质量和用户体验成为关注焦点。本文介绍无线局域网关键技术之一——波束成形(Beamforming),包括基本概念和发展趋势。

背景由来

波束成形是天线技术与数字信号处理技术的结合,目的用于定向信号传输或接收。 波束成形,并非新名词,其实它是一项经典的传统天线技术。早在上世纪60年代就有采用天线分集接收的阵列信号处理技术,在电子对抗、相控阵雷达、声纳等通信设备中得到了高度重视。基于数字波束形成(DBF)的自适应阵列干扰置零技术,能够提高雷达系统的抗干扰能力,是新一代军用雷达必用的关键技术。定位通信系统通过传声器阵列获取声场信息,使用波束成形和功率谱估计原理,对信号进行处理,确定信号来波方向,从而可对信源进行精确定向。只不过,由于早年半导体技术还处在微米级,所以它没有在民用通信中发挥到理想的状态。

而发展到WLAN阶段,特别是应用在个人通信中,信号传输距离和信道质量以及无线通信的抗干扰问题便成为瓶颈。支持高吞吐是WLAN技术发展历程的关键。802.11n主要是结合物理层和MAC层的优化,来充分提高WLAN技术的吞吐。此时,波束成形又有了用武之地。

基本原理

波束成形,源于自适应天线的一个概念。接收端的信号处理,可以通过对多天线阵元接收到的各路信号进行加权合成,形成所需的理想信号。从天线方向图(pattern)视角来看,这样做相当于形成了规定指向上的波束。 例如,将原来全方位的接收方向图转换成了有零点、有最大指向的波瓣方向图。同样原理也适用用于发射端。对天线阵元馈电进行幅度和相位调整,可形成所需形状的方向图。

如果要采用波束成形技术, 前提是必须采用多天线系统。例如,多进多出(MIMO),不仅采用多接收天线,还可用多发射天线。由于采用了多组天线,从发射端到接收端无线信号对应同一条空间流(spatial streams), 是通过多条路径传输的。在接收端采用一定的算法对多个天线收到信号进行处理,就可以明显改善接收端的信噪比。即使在接收端较远时,也能获得较好的信号质量。

MIMO可大大提高网络传输速率、覆盖范围和性能。当基于MIMO而同时传递多条独立空间流时,系统的吞吐量可成倍地提高。MIMO系统支持空间流的数量取决于发送天线和接收天线的最小值。如发送天线数量为3,而接收天线数量为2,则支持的空间流为2。在市场上,经历了三年3×3模式的量产磨合期后,今年4X4模式崭露头角,立刻引起了业界重视。

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关键字:无线  波束成形

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2011/0708/article_6244.html
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