Dans les systèmes MIMO (Multiple Input Multiple Output), la formation de faisceaux est une technique qui joue un rôle central dans l’amélioration des performances de communication en manipulant la directionnalité des signaux transmis ou reçus. La formation de faisceaux peut être globalement classée en deux types principaux : la formation de faisceaux en émission et la formation de faisceaux en réception. Examinons l’explication détaillée de ces types et explorons leurs variations :
1. Transmettre la formation de faisceau :
- Description :
- La formation de faisceaux de transmission consiste à ajuster la phase et l’amplitude des signaux au niveau de l’émetteur pour créer des interférences constructives dans la direction souhaitée.
- Types :
- 1.1 Formation de faisceaux à transmission explicite (ETBF) :
- L’ETBF nécessite un retour explicite d’informations sur l’état du canal (CSI) du récepteur (UE) vers l’émetteur (eNodeB).
- L’émetteur ajuste le signal en fonction du CSI reçu, optimisant ainsi la transmission pour les conditions actuelles du canal.
- 1.2 Formation de faisceaux de transmission basée sur un livre de codes :
- Les techniques basées sur un livre de codes utilisent des vecteurs ou des matrices de formation de faisceaux prédéfinis.
- L’émetteur sélectionne un vecteur de formation de faisceau à partir du livre de codes en fonction des conditions du canal, sans retour explicite.
- 1.1 Formation de faisceaux à transmission explicite (ETBF) :
2. Recevoir la formation de faisceau :
- Description :
- La formation de faisceaux de réception consiste à ajuster la phase et l’amplitude des signaux au niveau du récepteur pour améliorer la réception des signaux provenant d’une direction spécifique.
- Types :
- 2.1 Combinaison de ratio maximum (MRC) :
- MRC est une technique de base de formation de faisceaux de réception qui combine les signaux de plusieurs antennes avec des poids différents.
- Les pondérations sont ajustées pour maximiser la puissance du signal, améliorant ainsi la qualité globale du signal reçu.
- 2.2 Forçage zéro (ZF) :
- La formation de faisceaux de réception ZF vise à annuler les interférences provenant de directions indésirables.
- Il permet d’annuler les interférences en ajustant les poids pour créer des valeurs nulles dans la direction des sources d’interférences.
- 2.3 Erreur quadratique moyenne minimale (MMSE) :
- La formation de faisceaux de réception MMSE minimise l’erreur quadratique moyenne entre le signal reçu et le signal souhaité.
- Il prend en compte à la fois le signal souhaité et les interférences, en optimisant les pondérations pour améliorer la qualité du signal.
- 2.1 Combinaison de ratio maximum (MRC) :
3. Formation de faisceau hybride :
- Description :
- La formation de faisceaux hybride combine des éléments de formation de faisceaux d’émission et de réception.
- Types :
- 3.1 Formation de faisceau analogique :
- La formation de faisceaux analogiques est appliquée dans le domaine RF (radiofréquence) à l’aide de composants analogiques tels que des déphaseurs et des atténuateurs.
- Il contrôle la direction du faisceau avant que le signal n’atteigne le traitement numérique en bande de base.
- 3.2 Formation de faisceaux numérique :
- La formation de faisceaux numérique est appliquée dans le domaine numérique après la conversion analogique-numérique.
- Il affine la formation de faisceau en fonction de la représentation numérique du signal.
- 3.1 Formation de faisceau analogique :
4. Formation conjointe de faisceaux de transmission et de réception :
- Description :
- La formation de faisceaux conjointe optimise simultanément les faisceaux d’émission et de réception pour améliorer les performances globales de communication.
- Types :
- 4.1 MIMO en boucle fermée :
- Le MIMO en boucle fermée implique des mécanismes de retour d’information dans lesquels le récepteur fournit des informations à l’émetteur sur l’état du canal.
- L’émetteur ajuste la formation du faisceau en fonction des commentaires reçus.
- 4.2 MIMO en boucle ouverte :
- Le MIMO en boucle ouverte ne repose pas sur un retour explicite du récepteur.
- L’émetteur détermine les poids de formation de faisceau sans retour, ce qui peut être adapté aux scénarios avec une capacité de retour limitée.
- 4.1 MIMO en boucle fermée :
Conclusion :
La formation de faisceaux dans les systèmes MIMO est une technique polyvalente qui peut améliorer considérablement les performances et l’efficacité de la communication sans fil. La formation de faisceaux d’émission et de réception, la formation de faisceaux hybride et la formation de faisceaux d’émission et de réception conjointe offrent chacune des avantages uniques et sont applicables dans différents scénarios. En manipulant intelligemment la directionnalité des signaux, la formation de faisceaux permet aux systèmes MIMO d’atteindre des débits de données plus élevés, une meilleure couverture et une fiabilité améliorée dans divers environnements de communication sans fil.