Naši schopnost komunikovat s ostatními a snadno získávat informace umožnila bezdrátová komunikace, která se stala základním prvkem našeho každodenního života. S rostoucí potřebou rychlejšího a spolehlivějšího bezdrátového připojení však roste i touha po špičkových řešeních pro zvýšení kvality signálu a omezení rušení. Jednou z takových technologií, která výrazně zlepšuje bezdrátovou komunikaci, je tvarování paprsku. Tento článek se zabývá koncepcí beamformingu, jeho fungováním, digitální implementací a jeho spojením s MIMO.
Beamforming je v podstatě technika zpracování signálu, která směruje signály určitým směrem a zvyšuje tak výkon bezdrátových komunikačních sítí. Tradiční bezdrátové komunikační systémy mají širokou oblast pokrytí, ale slabou sílu signálu v daném místě, protože vysílají signály stejně ve všech směrech. Intenzita signálu v cílovém přijímači se v podstatě zvyšuje, zatímco rušení z jiných směrů se snižuje, zatímco formování paprsku naopak soustřeďuje vysílaný výkon do určitého směru.
Myšlenka prospěšného a škodlivého rušení je ústředním bodem teorie formování paprsku. Síla signálu se zvyšuje pečlivým řízením fáze a amplitudy několika různých signálů tak, aby vznikl koherentní signál v požadovaném směru. Toho se dosáhne kombinací signálů tak, aby se v požadovaném směru kladně sčítaly a v opačném směru se vzájemně rušily. Výsledkem je, že přijímač přijímá silnější signál s lepším odstupem signálu od šumu, čímž vzniká spolehlivější a efektivnější bezdrátové komunikační spojení.
Aby bylo možné signál zaměřit podle potřeby, používá se při digitální implementaci formování paprsku mnoho antén. Tyto antény může obsahovat vysílač, přijímač nebo obojí. Formování vysílacího paprsku je označení pro proces použití několika antén na vysílači. V této situaci vysílač upravuje fázi a amplitudu signálu z každé antény tak, aby jej zaměřil na cílový přijímač. Na druhé straně se tato metoda nazývá beamforming příjmu, kdy se na přijímači používá několik antén. V tomto případě přijímač mísí signály získané z mnoha antén, aby posílil zamýšlený signál a zároveň omezil rušení.
Je důležité si uvědomit, že formování paprsku a vícenásobný vstup a výstup (MIMO) jsou dvě různé, ale příbuzné myšlenky. Použití více antén na vysílači a přijímači ke zvýšení kapacity a spolehlivosti bezdrátových komunikačních systémů se nazývá MIMO. Na druhé straně se formování paprsku zaměřuje na nasměrování signálů do určitých směrů, aby se zvýšila intenzita signálu a snížilo rušení. Ačkoli MIMO může být použito ke zlepšení výkonu beamformingu, není samo o sobě totéž jako beamforming. Ve skutečnosti se techniky formování paprsku často používají v systémech MIMO ke zlepšení bezdrátových komunikačních sítí.
Formování paprsku je účinná metoda zpracování signálu, která soustředěním signálů do určitých směrů zlepšuje bezdrátovou komunikaci. Formování paprsku využívá konstruktivní i destruktivní interferenci k posílení signálu v cílovém přijímači při minimalizaci rušení z jiných směrů. V digitální aplikaci se soustředěné paprsky vytvářejí změnou fáze a amplitudy jednotlivých signálů na vysílači, přijímači nebo na obou. Ačkoli spolu souvisejí, formování paprsku a MIMO jsou samostatné myšlenky, přičemž MIMO se zaměřuje na kapacitu a spolehlivost a formování paprsku na směr signálu. Formování paprsku má zásadní význam pro zlepšení kvality signálu a zajištění bezproblémového připojení v našem stále propojenějším světě s tím, jak se vyvíjejí bezdrátové komunikační technologie.
V závislosti na konkrétním scénáři a požadavcích může být vhodnější MU-MIMO nebo beamforming. Obě technologie jsou určeny ke zlepšení bezdrátové komunikace různými způsoby a každá má své přednosti.
Bezdrátový směrovač nebo přístupový bod může díky technologii MU-MIMO (Multi-User numerous-Input Multiple-Output) komunikovat s mnoha zařízeními najednou, což zvyšuje kapacitu a efektivitu sítě. To je užitečné zejména v prostředí s mnoha přístroji, například v přetížených domácnostech nebo kancelářích.
Beamforming je naopak metoda, která směruje bezdrátový signál určitým směrem, což vede k robustnějšímu a spolehlivějšímu spojení mezi směrovačem a určeným zařízením. Formování paprsku může zvýšit sílu signálu, dosah a celkový výkon tím, že signál zaměří na konkrétní zařízení, což je výhodné zejména pro zařízení, která jsou od směrovače vzdálená.
Závěrem lze říci, že technologie MU-MIMO je výhodná, pokud se jedná o více zařízení, zatímco formování paprsku je užitečné, pokud je vyžadováno spolehlivé a přesné připojení. Rozhodnutí mezi MU-MIMO a beamformingem nakonec závisí na konkrétních potřebách a prostředí, ve kterém budou použity.
Dva typy formování paprsku jsou následující:
1. Analogové formování paprsku: Při analogovém formování paprsku se ke změně fáze a amplitudy signálů používají analogové techniky zpracování. V tradičnějších bezdrátových komunikačních systémech se tato technika často používá. 2. Digitální formování paprsku: Při digitálním formování paprsku se signály digitálně zpracovávají za účelem korekce amplitudy a fáze. Tato sofistikovanější metoda poskytuje procesu formování paprsku větší flexibilitu a kontrolu. Moderní bezdrátové komunikační systémy ji často využívají.