波束成形(Beamforming)?是?利用多個天線（相控陣）傳輸完全相同的信號，極大增強了沿指定方向傳輸信號的強度。波束成形技術將信號以一種能量集中和定向方式發送給無線終端的技術，能全面改善無線終端接收的信號質量，并提升吞吐量。在Wi-Fi?標準中，從Wi-Fi 4（802.11n）開始引入該技術。
波束成形、波束形成、波束成型和波束賦形意思相同。
波束成形技術
使用多天線即形成一個窄天線波束。相干驅動天線（在天線元件之間會有適當的相位時延）可以形成信號波束。相控陣天線能夠使用波束成形網絡 (BFN) 中出現的時延，產生沿特定方向傳播的均勻波前。均勻波前可以使一組低方向性的天線在發射或接收應用中表現得像高方向性天線一樣。信道之間的相位時延決定了天線方向圖，如圖1所示。時延則改善了接收機的信噪比并降低了該區域的整體干擾。
在傳統的波束成形應用中，通過對每條信號路徑進行復數加權 (幅度和/或相位) 來 "控制" 天線陣，以便在無線鏈路上獲得最佳信噪比 (SNR)，之后，同時從每個天線陣元傳輸相同的信號或數據符號。在針對空間分集或者空間復用進行優化的波束成形器中，每個天線陣元同時傳輸兩個數據符號的加權組合。
波束成形技術要求發射機端了解信道特性，在此情形下，可能需要在接收機處對信道進行測量，并將信息發送回發射機。發射機端的信道信息可以是完整的，也可以是不完整的。完整的信道信息意味著發射機知道信道矩陣 [H]。不完整信息可能是指瞬時信道的一些參數，例如信道矩陣的條件數或者與發射和/或接收相關特征關聯的統計屬性。條件數是最大奇異值與最小奇異值之比。條件數提供對矩陣求逆的精度指示，而這一精度決定了 MIMO復用技術的適用程度。條件數接近 1 (0 dB) 表示良態矩陣，而大于 6 dB 的值表示定義不清的信道矩陣。信號分析儀可以直接測量 MIMO條件數。
一種利用發射機端信道信息的預編碼框架如圖2 所示。將待發射符號 s0、s1、s2 和 s3 ... 乘以一個加權函數，這個加權函數可以理解為 "波束成形器"。在應用預編碼加權后，作為空間復用，同時從兩個發射天線發射兩個獨立的數據流。
如圖2 所示，在第一個符號時間內，從上部天線發射的數據 x0 是前兩個數據符號 s0 和 s1 的線性組合。在同一時間內，下部天線發射表示這兩個符號不同組合的數據 x1，從而有效地使數據速率加倍。這里，發射數據與輸入符號的關系由下式表示。
將 2x2 預編碼矩陣表示為 [W]，然后用矩陣形式將發射的信號關聯
對于這種預編碼方案，傳輸速率的增加數量也與發射 — 接收天線對數成正比，同時這種方案在發射機端增加了靈活性，可以優化無線信道的信號傳輸，這種附加靈活性也可以提高系統的性能。
波束成形為什么很重要？
波束成形是5G毫米波通信系統中使用的一項關鍵技術，它使用相控陣天線發送聚焦信號，能夠在?FR2（毫米波）頻段實現可靠、高效的通信。波束成形集成電路在這個通信系統中發揮著核心作用。
什么是波束成形集成電路？
波束成形集成電路是一個多端口的模塊器件，可將多向發射機/接收機模塊整合到連有許多天線的射頻前端中。這些模塊包括移相器、步進衰減器、功率放大器（PA）和低噪聲放大器（LNA）。未來的集成電路還將包括變頻器。
為了確保高效和可靠的 5G 毫米波通信，設計人員需要在從設計到驗證再到制造的整個工作流程，在線性和非線性條件下對波束成形集成電路的關鍵元器件進行嚴格的性能測試。因此，他們必須使用能夠在毫米波頻段提供高精度測量的測試解決方案，以及能夠快速執行元器件級和系統級仿真的仿真工具來進行設計和驗證。
用于 5G 毫米波通信的貼片天線
“MIMO” 和 “波束成形” 一樣嗎？
絕對不是。
“波束成形”是指對發射無線電信號的方向和“形狀”進行操控。
上文描述的 MIMO 天線技術方法中至少有一些涉及利用有源天線陣元的相位關系來“形成”這些波束。因此，MIMO 可以利用波束成形的優勢；事實上，全頻 MIMO 有兩種模式可以嚴格地用“MIMO 波束成形”來描述。但相控陣波束成形也用于許多非 MIMO 應用中。
毫米波大規模MIMO系統需要結合大量此類波束成形天線，以顯著提高傳輸容量并減少對相鄰用戶的干擾。它們結合了復雜的算法和波束控制裝置，從而將無線電信號集中起來，為特定應用形成更窄的波束。
相控陣天線技術
相控陣技術遠非新技術，已經在各種軍事應用中用了幾十年了。然而如今，該技術在頻段2的5G系統中的應用正迅速獲得關注，這是因為該技術能改善信號強度、增益、方向性和帶寬等多方面的性能。
相控陣使用多個天線單元，通過改變每個單元的相對相位來控制輻射方向圖或波束。通過微波傳輸線和功率分配器系統連接天線單元。在相控陣天線設計中，利用兩個或多個輻射信號之間的干涉或“波束成形”，來控制發射波束的方向。該天線通過調整發送到陣列中每個發射器的驅動信號之間的相位差，來實現波束成形。相控陣天線中發射器的數量少則數個，多至數千個。
當來自每個發射器的信號完全同相時，它們會產生干涉，并在特定方向上產生強輻射。輻射方向可通過設置傳輸到不同發射器的信號相移來控制。而相移則由依次傳輸到相繼發射器的信號之間的微小延遲來控制。使用移相器可以在相控陣天線中合成數百個波束。
相控陣天線有哪些類型？
●線陣列 -?將陣列單元配置在一條直線上，在這種情況下，只需要使用一個移相器。不過，波束方向被限制在一個單平面上。如要形成面天線，則需要在垂直方向上排列多個線陣列天線。
●平面陣列 -?這種陣列中，每個天線都配有一個移相器。通過單天線的矩陣排列，形成平面天線，波束可以在兩個平面中偏轉。但這種架構需要大量的移相器，增加了復雜性和成本。
●頻率掃描陣列 -?這種架構中，天線不需要移相器。波束轉向由發射機的頻率來控制。
最近，同時支持多個波束的數字波束成形技術正在取得進展，該技術用無線網絡替換現有電路。無線網絡能夠重新配置和添加天線陣列單元、具有操作適應性、并提供通過軟件升級系統性能的便利性。通過數字波束成形，消除了窄帶限制，支持寬帶操作。這種單天線架構最終可提供雷達、通信和電子戰等所需的多種功能。
在軍事/航天領域的雷達應用中，相控陣技術提供了更高的性能和靈活性、低剖面、快速重定位以及易于跟蹤多目標；對于軍事通信，它能夠同時接入多個無人機/載具和近地軌道衛星，可支持更快、更具成本效益的信號切換；而電子戰用例則包括電子攻擊和保護平臺。即使在電磁噪聲環境中，也能實現干擾信號的方向性控制和敵方信號的精確定位。
此外，在太空中，該技術還能夠滿足衛星應用中的寬帶需求。
然而如今，相控陣技術在5G領域亦處于重要位置。對于5G來說，相控陣天線的關鍵是在毫米波段實現更寬的帶寬、更遠覆蓋范圍和更大容量。毫米波系統在短距離的室內應用中相對容易部署，但在室外部署時，會存在傳播損耗、雨水衰減、大氣吸收以及高衰減和陰影等問題。
最近的半導體技術進步，產生了更具成本效益的相控陣技術，該技術正被用于衛星、雷達和5G。例如，集成了以皮秒精度同步的、數百個小型天線的Starlink相控陣天線系統。該系統中，在無需機械移動的情況下，只需通過調整每個天線之間的延遲，一臺Starlink設備就可以對天空中的多顆衛星實施跟蹤。推薦閱讀：
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