Аналоговое формирование луча против цифрового формирования луча

Я читаю некоторые исследовательские статьи о беспроводной связи, в которых рассказывается о методах формирования луча и их различиях в системах Tx-Rx с несколькими антеннами (MIMO). В нем говорится, что аналоговое формирование луча может поддерживать только один поток (или одного пользователя) за раз, в то время как цифровое формирование луча может поддерживать несколько потоков и пользователей.

Может ли кто-нибудь внятно объяснить, почему это так?

Чтобы задать более прямой вопрос, почему я не могу создавать лучи в нескольких направлениях, несущие разные информационные потоки, используя массив антенн при использовании аналогового формирования луча?

Не совсем. Я предполагаю, что вопрос применим к любому общему сценарию.
Не могли бы вы добавить некоторый контекст, например, статьи, о которых идет речь?

Ответы (1)

Формирование луча, по своей сути, представляет собой не что иное, как объединение сигналов от разных источников, чтобы максимизировать сигнал и минимизировать шум. Это достигается за счет физического разделения антенн, так что между приемами на все антенны возникает задержка. Затем вы вводите электрические задержки, чтобы снова выровнять полученные сигналы. Таким образом, сигнал суммируется и усиливается за счет количества приемных антенн. Шум не складывается таким же образом, поэтому окончательная сумма имеет лучшее отношение сигнал/шум, чем принятый сигнал от любой отдельной антенны.

Термин «формирование луча» исходит из идеи, что этот эффект суммирования во многом похож на наличие одной направленной антенны с высоким коэффициентом усиления, направленной на источник. Направленность антенны называется «луч». Поскольку вы делаете направленную антенну из ненаправленных антенн, вы формируете луч: формирование луча.

Направление лучей определяется задержками между различными антеннами.

В аналоговой системе у вас есть набор антенн с фиксированными задержками — ваш луч направлен в одном конкретном направлении.

Вы можете построить аналоговую систему, в которой вы разделяете сигнал от каждой антенны на несколько задержек и суммируете их вместе, чтобы получить несколько лучей. Я думаю, что потери и нежелательные задержки необходимых разветвителей и усилителей снизят полезность такой системы до такой степени, что она не будет стоить затраченных усилий.

Цифровая система отличается тем, что вы можете программно изменять задержки. Потери отсутствуют, поэтому вы можете сделать столько лучей, сколько ваш процессор может обработать в реальном времени.

Цифровые системы включают алгоритмы, с помощью которых базовая станция пытается улучшить связь с клиентами, направляя на них лучи. Временные задержки, с которыми сигнал от клиентов поступает на базовую станцию, можно использовать для расчета задержек, необходимых для наведения луча. По сути, базовая станция определяет направление к клиенту и направляет один из своих лучей в этом направлении.

Спасибо! Не могли бы вы уточнить следующее: скажем, если у меня есть массив антенн 2x2, и если у меня есть в общей сложности 4 фазовращателя, каждый из которых питает один элемент антенны в массиве. Могу ли я сказать, что эта структура будет генерировать луч с определенной направленностью, определяемой значениями фазового сдвига?
Да. Точно. Хотя вы, вероятно, можете сделать это всего с тремя фазовыми сдвигами. Нулевая задержка все равно остается задержкой.
Еще раз спасибо! У меня есть еще некоторые ожидающие путаницы. «Цифровая система отличается тем, что вы можете программно изменять задержки. Здесь нет потерь, поэтому вы можете сделать столько лучей, сколько ваш процессор может обработать в реальном времени». Я не могу ясно понять последнюю часть этого. Я понимаю, что я могу легко сдвинуть фазовые задержки, используя цифровую систему. Но даже в цифре в любой момент времени есть только 4 (или 3) фазовращателя, которые питают элементы моей антенной решетки. Так не будет ли это единственным направленным лучом в любой момент? NB: Это может звучать глупо, но я запутался :(
Никаких фазовращателей в цифровой системе нет вообще. Все фазовые сдвиги выполняются в программном обеспечении. Таким образом, практически любая задержка, которая вам нужна, может быть достигнута. У вас есть только ограниченное количество антенн, и это диктует максимальное улучшение отношения сигнал/шум. Объем обработки, которую вы можете выполнить, определяет, насколько точно вы можете направить луч, и это определяет, какого улучшения соотношения сигнал/шум вы действительно можете добиться.
Хорошо. Теперь я понимаю, что фазовращателей в сцене цифрового формирования луча нет. Но все же, не правда ли, что только 4 задержки могут достигать антенны «в любой момент времени» в 4-х антенной решетке. Поэтому я пришел к выводу, что возможен только 1 луч за раз. Где я не прав? Не могли бы вы помочь.
Вы оцифровываете сигналы в цифровой системе. У вас есть 4 потока данных. Вы можете применить столько различных наборов из 4 задержек к этим наборам данных, сколько хотите, таким образом создавая столько лучей, сколько хотите.
Ох, ладно. Я не осознавал возможности оцифровки и создания N параллельных потоков данных, где N — количество антенн. Таким образом, N лучей могут быть сформированы в любой момент времени, и их направления могут быть настроены с течением времени, используя различные наборы временных задержек. Я надеюсь, что я, наконец, прав. Благодаря тонну :)
N - это не количество антенн. У вас есть 4 оцифрованных сигнала, и из них вы можете сделать N лучей.
Количество лучей не имеет ничего общего с количеством антенн; вместо этого он ограничен мощностью вычислительных систем в сборке, которая может быть довольно высокой, учитывая, что это почти идеально распараллеленная задача (только разветвление суммирования результатов для передачи имеет масштабирование стоимости по ширине, и что легко управляется)