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智慧化的發射技術──波束成形

上網時間: 2012年03月15日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:波束成形  無線接取點  Wi-Fi  連網家庭  DSP 

作者:Bhama Vemuru

Marvell公司

資深技術市場工程師

Wi-Fi有限的覆蓋範圍和傳輸速率是其面臨的主要挑戰之一。例如,目前的‘連網家庭’可能出現如下的場景:分處不同樓層的電腦、印表機、電話、電視機、平板電腦和遊戲機等設備透過多道牆體連接到家中的WLAN上。通常家中的無線接取點(AP)和電視機的擺放位置相對固定,這樣家中某些位置的設備到AP的連接性就不太好。在這種情況下,透過擴大覆蓋範圍和提升速率來改進互連性能的各種技術都極具價值。不僅是家庭網路,企業無線接取點和焦點,也可從這類改進中受益。在提高連接性能方面最為高效的一項技術是發射波束成形(Transmit beamforming)技術。

發射波束成形技術通常不會帶來一般的新技術引進中常見的問題,例如需要做大規模硬體升級和缺乏向前相容性等等。以下場景(圖1)都可利用到該技術:針對整個家庭的媒體分發、多媒體串流、透過電視瀏覽播放相機和手機中的內容、向印表機發送照片以及提升遊戲體驗等。


圖1:互連式家庭 - 短距離覆蓋。

發射波束成形技術介紹

發射波束成形(Tx BF)是在數位訊號處理(DSP)邏輯電路中採用的一種技術,用來擴大特定客戶端或設備的覆蓋範圍並提升數據速率。在一個基本的單接收數據串流系統中,該技術的工作原理為:從每根天線發出的訊號在接收天線端進行組合。特別值得一提的是,傳輸訊號的相位可以進行調整以控制波束的指向。IEEE 802.11n詳細描述了發射波束成形技術,該技術利用了MIMO系統中的多個發射天線的優勢。透過估計發射端和接收端之間的訊息通道,該技術在這類系統中高效的控制各個數據串流的方向來提高總體增益。因此,可以把該技術簡單看成是在已知訊息通道上的一種分集發射形式。

在典型的802.11系統中,AP波束成形能夠為客戶端提供更高的增益。該技術可以提高數據傳輸速率,並減少重傳次數,進而提高了系統容量和頻譜利用率。以從四發射天線系統波束成形至單接收天線系統為例,其增益提高可達12dB,覆蓋範圍可擴大兩倍。波束成形技術對這種發射與接收天線數量不同的非對稱系統的性能提升效果最大(圖2)。


圖2:企業園區 - 長距離覆蓋。


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