智能化的发射技术--波束赋形

隐式与显式波束赋形

802.11n标准定义了两种类型的波束赋形技术的实现方法：隐式反馈和显式反馈。

该标准还定义了称为信道“发声”的过程，用来测定信道状态信息， 并为此定义了一种发声数据包。不过，因为波束赋形技术不需要接收端的反馈，所以发声数据包是该标准中的一个可选功能，因而不要求接收端能处理NDP或带有交错前导码的数据包，这正是传统设备中的应用场景。

隐式反馈：隐式反馈型发射波束赋形技术基于以下假定：波束赋形发射端和接收端之间的上、下行信道是互易的(即上行链路和下行链路信号方向是相向的)。波束赋形发射端发送一个训练请求(TRQ)，即一个802.11标准数据包，并等待收到一个作为回应的发声数据包。一接收到发声数据包，发射端就对接收信道进行估计，并计算方向矩阵。该方向矩阵将用来在发送方向上控制随后发送的信号的方向。不过，这种方法要求计算校正矩阵，以消除上行链路信道和下行链路信道之间的任何失配。换句话说，这种方法要求校准，以保持信道的互易性。

显式反馈：在显式波束赋形中，波束赋形接收端根据接收到的由发射端发送的发声数据包对信道进行估计。根据实现方法的不同，波束赋形接收端会将原始信道估计值，或者将计算好的方向矩阵以压缩或非压缩形式反馈给发射端。在前一种情况下，波束赋形发射端负责进行方向矩阵的计算。由于发射端和接收端均对信道进行过估算，显示反馈可提供非常可靠的方向矩阵。

性能的提升

在家庭和企业环境中进行的OTA测试中(图3和图4)，发射波束赋形技术提供高达12dB的明显增益。发射波束赋形技术还延长了高清视频传送应用的传输距离，在相同的带宽下，传输覆盖范围提升约两倍。由于扩大了传输覆盖范围，使得在小区边缘采用比以前更高端的调制方法成为可能，从而提高了系统的总体容量。

图3：增益提升。

图4：覆盖范围提升。

限制

基于标准的波束赋形技术在系统中增加了反馈成本。此外，由于信道状态信息是随时间而变化的，尤其是随着AP或客户端的移动而变化，因此方向矩阵需要频繁更新。而且，基于标准的波束赋形需要针对每个客户端进行。因为可能包括信标在内的广播信号不能优化，所以AP的总体最大传输距离不能仅通过波束赋形来提高。对于刚好满足所需最低天线数量的2x2系统，从发射波束赋形技术中获得的增益有限。

但是，4x4系统正在成为事实上的AP配置，因此2x2的限制就不存在了。就采用了2x2 AP的系统而言，仅对系统设计进行微小的改变，就有可能提供更好的增益。此外，因为大多数企业接入点和热点都已经采用了MIMO系统，而且这类系统现在也正在进入家庭接入点中，所以采用波束赋形就格外有益。最后，再来看一下前述用户场景，在这种情况下，AP和某一个客户端(如电视)是相对固定的，这又使得针对每个客户端的覆盖范围和速率提升非常必要。

本文结论

在对现有系统改变最小的情况下，发射波束赋形技术实现了重要的技术升级，扩大了覆盖范围并提高了传输速率，进而提升了以多媒体内容为核心需求的用户体验。发射波束赋形技术可以提供的优势远远超过了其受到的限制。