Beamforming is een techniek in meervoudige antennesystemen die uitgezonden signalen focust (Transmit Beamforming) of selectief luistert naar signalen uit een specifieke richting (Receive Beamforming). Dit wordt bereikt door de fase en amplitude van signalen van individuele antenne-elementen aan te passen, waardoor een geconcentreerde “straal” van RF-energie ontstaat.
Beamforming vergroot het draadloze communicatiebereik, vermindert interferentie en vergroot de capaciteit, wat toepassingen als 4G, 5G, radar, sonar en satellietcommunicatie ten goede komt.
Wat is beamforming bij meerdere antennetechnieken?
Beamforming is een fundamentele techniek in systemen met meerdere antennes die de prestaties van draadloze communicatie verbetert door verzonden signalen in een specifieke richting te focussen of de ontvangst van signalen vanuit een gewenste richting te sturen. Hier volgt een gedetailleerde uitleg van beamforming bij meerdere antennetechnieken:
1. Inleiding tot straalvorming:
- Beamforming wordt gebruikt in scenario’s waarbij meerdere antennes worden gebruikt bij de zender of ontvanger (of beide).
- Het heeft tot doel de radiofrequentie (RF)-energie in een specifieke richting te concentreren, waardoor effectief een “straal” van energie wordt gevormd.
Soorten straalvorming:
Er zijn twee primaire soorten beamforming:
A. Verzend Beamforming (TB):
- Bij TB focust de zender (die meerdere antennes kan hebben) het verzonden signaal in een bepaalde richting.
- Het bereikt dit door de fase en amplitude van de signalen aan te passen die door elk antenne-element worden verzonden om constructieve interferentie in de gewenste richting te creëren.
- TB kan de signaalkwaliteit en het bereik verbeteren, waardoor het bijzonder nuttig is voor point-to-point-communicatie.
B. Ontvang straalvorming (RB):
- In RB luistert de ontvanger (die meerdere antennes kan hebben) selectief naar signalen die uit een specifieke richting komen.
- Dit gebeurt door de fase en amplitude van de ontvangen signalen van elk antenne-element aan te passen om het signaal vanuit de gewenste richting te versterken.
- RB helpt interferentie te verminderen en de signaal-ruisverhouding (SNR) te verbeteren in luidruchtige omgevingen.
Phased Array-antennes:
- Beamforming wordt gewoonlijk geïmplementeerd met behulp van phased array-antennes, die bestaan uit meerdere antenne-elementen die op afstand van elkaar staan.
- Elk element kan afzonderlijk worden bestuurd om de fase en amplitude van het verzonden of ontvangen signaal aan te passen.
- Door deze parameters zorgvuldig te controleren, kan de array de straal in verschillende richtingen sturen.
Toepassingen:
Beamforming wordt gebruikt in verschillende toepassingen, waaronder:
- Draadloze communicatie: Beamforming verbetert de signaalsterkte en dekking in draadloze netwerken, zoals 4G LTE en 5G, door signalen naar specifieke gebruikers of basisstations te leiden.
- Radarsystemen: Radarsystemen gebruiken beamforming om radarstralen op specifieke doelen te richten, waardoor de detectie- en volgnauwkeurigheid wordt verbeterd.
- Sonarsystemen: In onderwateromgevingen gebruiken sonarsystemen beamforming om objecten, zoals onderzeeërs of zeedieren, te lokaliseren en te volgen.
- Satellietcommunicatie: Beamforming wordt gebruikt bij satellietcommunicatie om signalen te concentreren op specifieke geografische regio’s.
Voordelen van Beamforming:
Beamforming biedt verschillende voordelen, waaronder:
- Verbeterd bereik: Door energie in een specifieke richting te richten, vergroot beamforming het effectieve communicatiebereik.
- Interferentiereductie: Het kan interferentie van ongewenste bronnen verminderen, waardoor de signaalkwaliteit verbetert.
- Vergrote capaciteit: Beamforming kan meerdere gebruikers of apparaten tegelijkertijd bedienen door voor elk afzonderlijke bundels te creëren, waardoor de netwerkcapaciteit wordt vergroot.
Uitdagingen:
Beamforming vereist nauwkeurige synchronisatie en coördinatie tussen antennes en kan in complexe omgevingen gevoelig zijn voor fouten.
Samenvattend is beamforming een sleuteltechniek in systemen met meerdere antennes die de richting van verzonden of ontvangen signalen optimaliseert. Het heeft toepassingen in draadloze communicatie, radar, sonar en satellietcommunicatie en biedt een verbeterd bereik, vermindering van interferentie en een grotere capaciteit in deze systemen.