Il beamforming è una tecnica nei sistemi ad antenna multipla che focalizza i segnali trasmessi (Transmit Beamforming) o ascolta selettivamente i segnali da una direzione specifica (Receive Beamforming). Si ottiene regolando la fase e l’ampiezza dei segnali provenienti dai singoli elementi dell’antenna, creando un “raggio” concentrato di energia RF.
Il beamforming migliora la portata della comunicazione wireless, riduce le interferenze e aumenta la capacità, a vantaggio di applicazioni come 4G, 5G, radar, sonar e comunicazioni satellitari.
Cos’è il beamforming nelle tecniche con antenne multiple?
Il beamforming è una tecnica fondamentale nei sistemi ad antenna multipla che migliora le prestazioni della comunicazione wireless focalizzando i segnali trasmessi in una direzione specifica o indirizzando la ricezione dei segnali da una direzione desiderata. Ecco una spiegazione dettagliata del beamforming nelle tecniche con più antenne:
1. Introduzione al beamforming:
- Il beamforming viene utilizzato in scenari in cui vengono impiegate più antenne sul trasmettitore o sul ricevitore (o su entrambi).
- Ha lo scopo di concentrare l’energia a radiofrequenza (RF) in una direzione specifica, formando efficacemente un “fascio” di energia.
Tipi di beamforming:
Esistono due tipi principali di beamforming:
UN. Trasmissione del beamforming (TB):
- Nella TBC, il trasmettitore (che può avere più antenne) focalizza il segnale trasmesso in una direzione particolare.
- Ciò si ottiene regolando la fase e l’ampiezza dei segnali inviati da ciascun elemento dell’antenna per creare un’interferenza costruttiva nella direzione desiderata.
- TB può migliorare la qualità e la portata del segnale, rendendolo particolarmente utile per la comunicazione punto a punto.
B. Ricevi beamforming (RB):
- In RB il ricevitore (che può avere più antenne) ascolta selettivamente i segnali che arrivano da una direzione specifica.
- Lo fa regolando la fase e l’ampiezza dei segnali ricevuti da ciascun elemento dell’antenna per migliorare il segnale dalla direzione desiderata.
- RB aiuta a mitigare le interferenze e a migliorare il rapporto segnale-rumore (SNR) in ambienti rumorosi.
Antenne a schiera di fasi:
- Il beamforming viene comunemente implementato utilizzando antenne a schiera, costituite da più elementi di antenna distanziati.
- Ogni elemento può essere controllato individualmente per regolare la fase e l’ampiezza del segnale trasmesso o ricevuto.
- Controllando attentamente questi parametri, l’array può orientare il raggio in diverse direzioni.
Applicazioni:
Il beamforming viene utilizzato in varie applicazioni, tra cui:
- Comunicazione wireless: Il beamforming migliora la potenza del segnale e la copertura nelle reti wireless, come 4G LTE e 5G, indirizzando i segnali verso utenti o stazioni base specifici.
- Sistemi radar: I sistemi radar utilizzano il beamforming per focalizzare i raggi radar su bersagli specifici, migliorando la precisione di rilevamento e tracciamento.
- Sistemi sonar: Negli ambienti sottomarini, i sistemi sonar utilizzano il beamforming per localizzare e tracciare oggetti, come sottomarini o vita marina.
- Comunicazione satellitare: Il beamforming viene utilizzato nella comunicazione satellitare per concentrare i segnali su regioni geografiche specifiche.
Vantaggi del beamforming:
Il beamforming offre numerosi vantaggi, tra cui:
- Portata migliorata: Concentrando l’energia in una direzione specifica, il beamforming estende la portata effettiva della comunicazione.
- Riduzione delle interferenze: Può mitigare le interferenze provenienti da fonti indesiderate, migliorando la qualità del segnale.
- Capacità aumentata: Il beamforming può servire più utenti o dispositivi contemporaneamente creando beam separati per ciascuno, aumentando la capacità della rete.
Sfide:
Il beamforming richiede una sincronizzazione e un coordinamento precisi tra le antenne e può essere suscettibile di errori in ambienti complessi.
In sintesi, il beamforming è una tecnica chiave nei sistemi ad antenna multipla che ottimizza la direzione dei segnali trasmessi o ricevuti. Ha applicazioni nella comunicazione wireless, radar, sonar e comunicazione satellitare, offrendo portata migliorata, riduzione delle interferenze e maggiore capacità in questi sistemi.