فناوری بیم فورمینگ چیست؟

Beamforming  نوعی مدیریت فرکانس رادیویی (RF) است که در آن یک سیگنال بی سیم به سمت یک دستگاه گیرنده خاص هدایت می شود.

بیم فورمینگ در بسیاری از فناوری ها از جمله ارتباطات بی سیم، آکوستیک، رادار و سونار استفاده می شود. تکنیک مدیریت RF امواج رادیویی و صوتی را برای انتقال یا دریافت سیگنال هدایت می کند.

به جای ارسال سیگنال از یک آنتن پخش برای پخش شدن در همه جهات ( نحوه ارسال سیگنال به طور سنتی ) بیم فورمینگ از چندین آنتن برای ارسال و هدایت سیگنال یکسان به سمت یک دستگاه گیرنده مانند لپ‌تاپ، تلفن هوشمند یا تبلت استفاده می‌کند.

این اتصال منجر به انتقال داده های بی سیم سریع تر و مطمئن تر می شود.

این ایده از سال 1905 سرچشمه می گیرد، اما اخیراً این فناوری در شبکه های Wi-Fi و نسل پنجم (5G) اعمال شده است.

به عنوان مثال، استاندارد 802.11 مشخصاتی را برای روترها برای پیاده سازی بیم فورمینگ Wi-Fi ارائه می دهد.

بیم فورمینگ چگونه کار می کند؟

Beamforming  بسته به نوع یا اجرای آن متفاوت عمل می کند.

با این حال، با داشتن چندین آنتن در مجاورت نزدیک، سیگنال‌های متعددی را در زمان‌های مختلف ارسال می‌کنند، یک برج بیم فورمینگ یا روتر بیم فورمینگ می‌تواند سیگنال‌هایی را که ارسال می‌کند تنظیم کند.

این تنظیم بهترین مسیر را برای سیگنال برای رسیدن به دستگاه کاربر تعیین می کند. در یک جمله، بیم فورمینگ، پرتو RF را هنگام عبور از فضای فیزیکی شکل می دهد.

عناصر تشعشع کننده ( یا بخش هایی از آنتن که برای پشتیبانی از جریان های RF طراحی شده اند ) در چندین آنتن نیاز به انتقال سیگنال در طول موج ها و فازهای یکسان دارند.

سایر تکنیک های بیم فورمینگ شامل موارد زیر است:

• بیم فورمینگ آنالوگ از تغییر دهنده های فاز برای ارسال سیگنال یکسان از چندین آنتن استفاده می کند. سیگنال روی فازهای مختلفی تنظیم می شود که یک الگوی آنتن ایجاد می کند که جهت خاصی را نشان می دهد. فازهای سیگنالِ سیگنال های آنتن در دامنه RF تنظیم می شوند که پوشش را بهبود می بخشد.
• بیم فورمینگ دیجیتال سیگنال های مختلفی برای هر آنتن در یک باند پایه دیجیتال دارد. گیرنده های دیجیتال در عناصر تابشی هر آنتن قرار می گیرند. فازهای متفاوتی برای باندهای فرکانسی مختلف اعمال می‌شود که باعث می‌شود بیم فورمینگ دیجیتال انعطاف‌پذیرتر باشد. یک پردازشگر بیم فورمینگ دیجیتال می تواند پرتوهای مستقل متعددی را در هر جهتی هدایت کند. این روش برای مالتی پلکس فضایی مفید است.
• بیم فورمینگ ترکیبی/هیبریدی ترکیبی از بیم فورمینگ آنالوگ و دیجیتال است. رویکرد ترکیبی از بیم فورمینگ آنالوگ همراه با پیش‌کدگذاری دیجیتال، که برای پشتیبانی از انتقال چند جریانی استفاده می‌شود، برای تشکیل الگوهای ارسال شده از آرایه آنتن استفاده می‌کند. این فرآیند تعداد پرتوهای آنالوگ را تعیین می کند و در عین حال امکان تغییرات فرکانس را فراهم می کند. ایستگاه های پایه 5G می توانند از شکل بیم فورمینگ هیبریدی استفاده کنند.
• Massive MIMO یا چند ورودی و چند خروجی، یک فناوری آنتن برای شبکه های بی سیم است که در آن چندین آنتن در هر دو انتهای فرستنده و گیرنده استفاده می شود.Massive MIMO از یک فرکانس مشترک استفاده می کند که سپس در چندین جهت هدایت می شود. این به پردازنده های سیگنال دیجیتال و منطقه ای با تداخل سیگنال زیادی نیاز دارد. زمان‌های مختلف رسیدن سیگنال، کانال‌های دوطرفه تقسیم زمانی متعددی را تشکیل می‌دهند که افزونگی مسیر را فراهم می‌کنند. MIMO  Massiveدر فناوری بی سیم، Wi-Fi و 5G استفاده می شود.
• فرمان پرتو فاز سیگنال های ورودی را در هر عنصر آنتن تابشی تغییر می دهد. این روش اساساً دستگاه گیرنده را ردیابی می کند و یک سیگنال را به آن هدایت می کند. یک فرکانس رایج با یک پرتو سیگنال در جهت صحیح هدایت می شود. در همین حال، سیگنال های مختلفی را می توان به دستگاه های دیگر ارسال کرد.

بیم فورمینگ 5G

بیم فورمینگ را می‌توان با سیگنال‌های 5G برای غلبه بر موانعی که معمولاً با آن مواجه است، از جمله تداخل و محدودیت‌های برد، استفاده کرد. بیم فورمینگ 5G امکان ارسال سیگنال های متمرکز بیشتری را به دستگاه گیرنده مانند تلفن هوشمند یا لپ تاپ فراهم می کند. این فرآیند تداخل بین پرتوهای فردی را به حداقل می رساند.

بیم فورمینگ هیبریدی و MIMO Massive نامزدهای رایج برای 5G هستند. به عنوان مثال، MIMO Massive ممکن است از آرایه های چند آنتنی و مالتی پلکس فضایی برای انتقال چندین سیگنال مستقل استفاده کند.

مزایای بیم فورمینگ

از مزایای بیم فورمینگ می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• توان بیشتر در جهت مشخص شده پرتو هدایت می شود.
• کیفیت سیگنال بالاتر به دستگاه گیرنده می رسد که ظرفیت پوشش برج سلولار یا ایستگاه پایه را افزایش می دهد.
• انتقال اطلاعات سریعتر و خطاهای کمتری وجود دارد.
• از تداخل سیگنال بین دستگاه ها اجتناب می شود زیرا سیگنال ها فقط در صورت نیاز پخش می شوند.
• اجرای بیم فورمینگ آنالوگ نسبتاً ساده است و نیاز به برق کمتری دارد.

محدودیت های فعلی بیم فورمینگ

با این حال، بیم فورمینگ محدودیت هایی دارد:

• گاهی اوقات به منابع محاسباتی و توان بیشتری برای محاسبات بیم فورمینگ نیاز دارد.
• سیستم‌های بیم فورمینگ دیجیتال و Massive MIMO ممکن است پیچیده‌تر باشند، به‌ویژه با توجه به آنتن‌های بیشتر و سایر سخت‌افزارهای مورد استفاده.
• هزینه آن بیشتر از سیستم های سنتی است.

آینده فناوری بیم فورمینگ

Beamforming این پتانسیل را دارد که در شبکه‌های Wi-Fi و 5G رایج‌تر شود و ممکن است به یک فناوری ضروری برای کمک به شبکه‌های ارتباطی برای رسیدن به نرخ داده و ظرفیت‌های شبکه در آینده تبدیل شود. علاوه بر این، با بهبود الگوریتم های بیم فورمینگ، بیم فورمینگ قادر خواهد بود بهترین مسیرهای داده را انتخاب کند.

شما می توانید برای مشاهده و خرید انواع تجهیزات شبکه با فروشگاه ژوپیتل در تماس باشید.