當(dāng)前位置:首頁(yè) > 通信技術(shù) > 通信技術(shù)
[導(dǎo)讀]Wi-Fi有限的覆蓋范圍和傳輸速率是其面臨的主要挑戰(zhàn)之一。例如,當(dāng)今的“聯(lián)網(wǎng)家庭”可能出現(xiàn)如下的場(chǎng)景:分處不同樓層的電腦、打印機(jī)、電話、電視機(jī)、平板電腦和游戲機(jī)等設(shè)備通過(guò)多道墻體連接到家中的WLAN上

Wi-Fi有限的覆蓋范圍和傳輸速率是其面臨的主要挑戰(zhàn)之一。例如,當(dāng)今的“聯(lián)網(wǎng)家庭”可能出現(xiàn)如下的場(chǎng)景:分處不同樓層的電腦、打印機(jī)、電話、電視機(jī)、平板電腦和游戲機(jī)等設(shè)備通過(guò)多道墻體連接到家中的WLAN上。通常家中的無(wú)線接入點(diǎn)(AP)和電視機(jī)的擺放位置相對(duì)固定,這樣家中某些位置的設(shè)備到AP的連接性就不太好。在這種情況下,通過(guò)擴(kuò)大覆蓋范圍和提升速率來(lái)改進(jìn)互連性能的各種技術(shù)都極具價(jià)值。不僅是家庭網(wǎng)絡(luò),企業(yè)無(wú)線接入點(diǎn)和熱點(diǎn),也可從這類(lèi)改進(jìn)中受益。在提高連接性能方面最為高效的一項(xiàng)技術(shù)是發(fā)射波束賦形(Transmit beamforming)技術(shù)。

發(fā)射波束賦形技術(shù)通常不會(huì)帶來(lái)一般的新技術(shù)引進(jìn)中常見(jiàn)的問(wèn)題,例如需要做大規(guī)模硬件升級(jí)和缺乏向前兼容性等等。以下場(chǎng)景(圖1)都可利用到該技術(shù):面向整個(gè)家庭的媒體分發(fā)、多媒體流、通過(guò)電視瀏覽播放相機(jī)和手機(jī)中的內(nèi)容、向打印機(jī)發(fā)送照片以及提升游戲體驗(yàn)等。

圖1:互連式家庭 – 短距離覆蓋

發(fā)射波束賦形技術(shù)介紹

發(fā)射波束賦形(Tx BF)是在數(shù)字信號(hào)處理(DSP)邏輯電路中采用的一種技術(shù),用來(lái) 擴(kuò)大特定客戶(hù)端或設(shè)備的覆蓋范圍并提升數(shù)據(jù)速率。在一個(gè)基本的單接收數(shù)據(jù)流系統(tǒng)中,該技術(shù)的工作原理為:從每根天線發(fā)出的信號(hào)在接收天線端進(jìn)行組合。特別值得一提的是,傳輸信號(hào)的相位可以進(jìn)行調(diào)整以控制波束的指向。IEEE 802.11n詳細(xì)描述了發(fā)射波束賦形技術(shù),該技術(shù)利用了MIMO系統(tǒng)中的多個(gè)發(fā)射天線的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)估計(jì)發(fā)射端和接收端之間的信道,該技術(shù)在這類(lèi)系統(tǒng)中高效的控制各個(gè)數(shù)據(jù)流的方向來(lái)提高總體增益。因此,可以把該技術(shù)簡(jiǎn)單看成是在已知信道上的一種分集發(fā)射形式。

在典型的802.11系統(tǒng)中,AP波束賦形能夠?yàn)榭蛻?hù)端提供更高的增益。該技術(shù)可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率,并減少重傳次數(shù),進(jìn)而提高了系統(tǒng)容量和頻譜利用率。以從四發(fā)射天線系統(tǒng)波束賦形至單接收天線系統(tǒng)為例,其增益提高可達(dá)12dB,覆蓋范圍可擴(kuò)大兩倍。波束賦形技術(shù)對(duì)這種發(fā)射與接收天線數(shù)量不同的非對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)的性能提升效果最大(圖2)。

圖2:企業(yè)園區(qū) – 長(zhǎng)距離覆蓋

發(fā)射波束賦形技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

要實(shí)現(xiàn)發(fā)射波束賦形技術(shù),系統(tǒng)發(fā)射端應(yīng)有兩根或兩根以上天線?;厩樾问?,兩個(gè)發(fā)送系統(tǒng)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)流到單個(gè)接收系統(tǒng)。發(fā)射波束賦形技術(shù)是基于每個(gè)數(shù)據(jù)包,在OFDM系統(tǒng)的每個(gè)子載波的基帶上實(shí)現(xiàn)的。

要實(shí)現(xiàn)發(fā)射波束賦形技術(shù),就需要計(jì)算方向矩陣(加到發(fā)送信號(hào)上的權(quán)重),以針對(duì)特定客戶(hù)端來(lái)控制信號(hào)的方向。而權(quán)重是通過(guò)信道估計(jì)得出的,又稱(chēng)信道狀態(tài)信息(CSI)。不同的芯片廠商對(duì)此會(huì)有不同的實(shí)現(xiàn)方法。將方向矩陣加到發(fā)送信號(hào)上的一端稱(chēng)為波束賦形發(fā)射方(BFer),其指向的另一端是波束賦形接收方(BFee)。

一般而言,波束賦形技術(shù)不要求接收端(BFee)感知到發(fā)射端(BFer)正在進(jìn)行波束賦形。在這種情況下,接收端不可能也不會(huì)為改進(jìn)信號(hào)指向性提供任何反饋信息。假定信道是互易的(即上行鏈路和下行鏈路信號(hào)方向是相向的),那么發(fā)射端會(huì)在自己這一端根據(jù)接收的信號(hào)對(duì)信道進(jìn)行估計(jì),然后利用這些估計(jì)值產(chǎn)生方向矩陣,用來(lái)控制發(fā)送信號(hào)的方向。

這種發(fā)射技術(shù)的實(shí)現(xiàn)并不受限于802.11n標(biāo)準(zhǔn)限制,由于其內(nèi)容能完全識(shí)別接收客戶(hù)端,這使得其除了對(duì)802.11n的接收端設(shè)備可以進(jìn)行波束賦形外,對(duì)傳統(tǒng)設(shè)備也一樣可以。此外,這種技術(shù)也不會(huì)增加系統(tǒng)的反饋成本。因此,該技術(shù)可帶來(lái)顯著的總體增益效果。

802.11n標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種類(lèi)型的波束賦形技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法:隱式反饋和顯式反饋。

該標(biāo)準(zhǔn)還定義了稱(chēng)為信道“發(fā)聲”的過(guò)程,用來(lái)測(cè)定信道狀態(tài)信息, 并為此定義了一種發(fā)聲數(shù)據(jù)包。不過(guò),因?yàn)椴ㄊx形技術(shù)不需要接收端的反饋,所以發(fā)聲數(shù)據(jù)包是該標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)可選功能,因而不要求接收端能處理NDP或帶有交錯(cuò)前導(dǎo)碼的數(shù)據(jù)包,這正是傳統(tǒng)設(shè)備中的應(yīng)用場(chǎng)景。

隱式反饋:隱式反饋型發(fā)射波束賦形技術(shù)基于以下假定:波束賦形發(fā)射端和接收端之間的上、下行信道是互易的(即上行鏈路和下行鏈路信號(hào)方向是相向的)。波束賦形發(fā)射端發(fā)送一個(gè)訓(xùn)練請(qǐng)求(TRQ),即一個(gè)802.11標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)包,并等待收到一個(gè)作為回應(yīng)的發(fā)聲數(shù)據(jù)包。一接收到發(fā)聲數(shù)據(jù)包,發(fā)射端就對(duì)接收信道進(jìn)行估計(jì),并計(jì)算方向矩陣。該方向矩陣將用來(lái)在發(fā)送方向上控制隨后發(fā)送的信號(hào)的方向。不過(guò),這種方法要求計(jì)算校正矩陣,以消除上行鏈路信道和下行鏈路信道之間的任何失配。換句話說(shuō),這種方法要求校準(zhǔn),以保持信道的互易性。

顯式反饋:在顯式波束賦形中,波束賦形接收端根據(jù)接收到的由發(fā)射端發(fā)送的發(fā)聲數(shù)據(jù)包對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方法的不同,波束賦形接收端會(huì)將原始信道估計(jì)值,或者將計(jì)算好的方向矩陣以壓縮或非壓縮形式反饋給發(fā)射端。在前一種情況下,波束賦形發(fā)射端負(fù)責(zé)進(jìn)行方向矩陣的計(jì)算。由于發(fā)射端和接收端均對(duì)信道進(jìn)行過(guò)估算,顯示反饋可提供非??煽康姆较蚓仃?。

性能的提升

在家庭和企業(yè)環(huán)境中進(jìn)行的OTA測(cè)試中(圖3和圖4),發(fā)射波束賦形技術(shù)提供高達(dá)12dB的明顯增益。發(fā)射波束賦形技術(shù)還延長(zhǎng)了高清視頻傳送應(yīng)用的傳輸距離,在相同的帶寬下,傳輸覆蓋范圍提升約兩倍。由于擴(kuò)大了傳輸覆蓋范圍,使得在小區(qū)邊緣采用比以前更高端的調(diào)制方法成為可能,從而提高了系統(tǒng)的總體容量。

圖3:增益提升

圖4:覆蓋范圍提升

限制

基于標(biāo)準(zhǔn)的波束賦形技術(shù)在系統(tǒng)中增加了反饋成本。此外,由于信道狀態(tài)信息是隨時(shí)間而變化的,尤其是隨著AP或客戶(hù)端的移動(dòng)而變化,因此方向矩陣需要頻繁更新。而且,基于標(biāo)準(zhǔn)的波束賦形需要針對(duì)每個(gè)客戶(hù)端進(jìn)行。因?yàn)榭赡馨ㄐ艠?biāo)在內(nèi)的廣播信號(hào)不能優(yōu)化,所以AP的總體最大傳輸距離不能僅通過(guò)波束賦形來(lái)提高。對(duì)于剛好滿(mǎn)足所需最低天線數(shù)量的2x2系統(tǒng),從發(fā)射波束賦形技術(shù)中獲得的增益有限。

但是,4x4系統(tǒng)正在成為事實(shí)上的AP配置,因此2x2的限制就不存在了。就采用了2x2 AP的系統(tǒng)而言,僅對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行微小的改變,就有可能提供更好的增益。此外,因?yàn)榇蠖鄶?shù)企業(yè)接入點(diǎn)和熱點(diǎn)都已經(jīng)采用了MIMO系統(tǒng),而且這類(lèi)系統(tǒng)現(xiàn)在也正在進(jìn)入家庭接入點(diǎn)中,所以采用波束賦形就格外有益。最后,再來(lái)看一下前述用戶(hù)場(chǎng)景,在這種情況下,AP和某一個(gè)客戶(hù)端(如電視)是相對(duì)固定的,這又使得針對(duì)每個(gè)客戶(hù)端的覆蓋范圍和速率提升非常必要。

本文結(jié)論

在對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)改變最小的情況下,發(fā)射波束賦形技術(shù)實(shí)現(xiàn)了重要的技術(shù)升級(jí),擴(kuò)大了覆蓋范圍并提高了傳輸速率,進(jìn)而提升了以多媒體內(nèi)容為核心需求的用戶(hù)體驗(yàn)。發(fā)射波束賦形技術(shù)可以提供的優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其受到的限制。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專(zhuān)欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車(chē)的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車(chē)技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車(chē)工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車(chē)。 SODA V工具的開(kāi)發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車(chē) 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來(lái)越多用戶(hù)希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來(lái)越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開(kāi)幕式在貴陽(yáng)舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱(chēng),數(shù)字世界的話語(yǔ)權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉