近年來，通信運營商競相提高無線局域網（WLAN）的地位，不僅視其為有線寬帶接入的輔助手段，更不吝將其上升到戰略高度，提升無線局域網的網絡質量和用戶體驗成為社會關注的焦點。本文主要為您介紹無線局域網關鍵技術之一——波束成形（Beamforming），包括基本概念和發展趨勢。

　　背景由來

　　波束成形是天線技術與數字信號處理技術的結合，目的用于定向信號傳輸或接收。波束成形，并非新名詞，其實它是一項經典的傳統天線技術。早在上世紀60年代就有采用天線分集接收的陣列信號處理技術，在電子對抗、相控陣雷達、聲納等通信設備中得到了高度重視。基于數字波束形成（DBF）的自適應陣列干擾置零技術，能夠提高雷達系統的抗干擾能力，是新一代軍用雷達必用的關鍵技術。定位通信系統通過傳聲器陣列獲取聲場信息，使用波束成形和功率譜估計原理，對信號進行處理，確定信號來波方向，從而可對信源進行精確定向。只不過，由于早年半導體技術還處在微米級，所以它沒有在民用通信中發揮到理想的狀態。

　　而發展到WLAN階段，特別是應用在個人通信中，信號傳輸距離和信道質量以及無線通信的抗干擾問題便成為瓶頸。支持高吞吐是WLAN技術發展歷程的關鍵。802.11n主要是結合物理層和MAC層的優化，來充分提高WLAN技術的吞吐。此時，波束成形又有了用武之地。

　　基本原理

　　波束成形，源于自適應天線的一個概念。接收端的信號處理，可以通過對多天線陣元接收到的各路信號進行加權合成，形成所需的理想信號。從天線方向圖 （pattern）視角來看，這樣做相當于形成了規定指向上的波束。例如，將原來全方位的接收方向圖轉換成了有零點、有最大指向的波瓣方向圖。同樣原理也適用用于發射端。對天線陣元饋電進行幅度和相位調整，可形成所需形狀的方向圖。

　　如果要采用波束成形技術，前提是必須采用多天線系統。例如，多進多出（MIMO），不僅采用多接收天線，還可用多發射天線。由于采用了多組天線，從發射端到接收端無線信號對應同一條空間流（spatial streams），是通過多條路徑傳輸的。在接收端采用一定的算法對多個天線收到信號進行處理，就可以明顯改善接收端的信噪比。即使在接收端較遠時，也能獲得較好的信號質量。

　　MIMO可大大提高網絡傳輸速率、覆蓋范圍和性能。當基于MIMO而同時傳遞多條獨立空間流時，系統的吞吐量可成倍地提高。MIMO系統支持空間流的數量取決于發送天線和接收天線的最小值。如發送天線數量為3，而接收天線數量為2，則支持的空間流為2。在市場上，經歷了三年3×3模式的量產磨合期后，今年4X4模式嶄露頭角，立刻引起了業界重視。

　　應用舉例

　　本文列舉一個4x4 三空間流的802.11n 解決方案。

　　Marvell 今年發布了支持4x4-3SS Wi-Fi 802.11n 性能的Avastar系列。這將顯著提高筆記本、臺式電腦、平板電腦、智能手機、電子閱讀器、打印機、路由器、機頂盒、高清電視、游戲設備、DVD播放器等性能。它采用波束成形技術后，使1x1- 4x4 MIMO 產品和傳統設備之間的鏈路耐用性大大改善。 以雙頻接入熱點（AP）為例， 它有如下特點：

　　性能高達450 Mbps數據率

　　支持802.11n 技術規范

　　支持802.11ac 技術規范

　　由數字信號處理DSP 實現，不要求額外的特殊硬件