Beamforming

Beamforming är en signalbehandlingsteknik som används i moderna trådlösa nätverk så som inom 5G och moderna Wi-Fi-standarder.

Enkelt uttryckt innebär beamforming att radiosignalen riktas in mot mottagaren istället för att sändas brett över ett område. På så sätt används sändenergin mer effektivt och kommunikationen blir både stabilare och snabbare.

Liknelse - Glödlampa VS Spotlight

För att förstå syftet med beamforming av radiosignaler kan man jämföra med ljus:

Utan beamforming

En traditionell basstation fungerar som en glödlampa i taket. Den lyser upp hela rummet jämnt, oavsett var mottagaren befinner sig. Mycket energi går till ytor där den inte gör någon nytta.

Med beamforming

Basstationen fungerar istället som en riktbar spotlight. Den fokuserar ljuskäglan – radiosignalen – dit mottagaren är vilket ger starkare signal med mindre energiförlust.

Hur fungerar beamforming?

Beamforming bygger på att sändaren har flera antennelement, oftast i en Massive MIMO konfiguration.

Genom att sända samma signal från flera antenner men med mycket små tids- eller fasförskjutningar kan radiosignalerna manipuleras på olika sätt:

I önskad riktning förstärker signalerna varandra (konstruktiv interferens).
I andra riktningar släcker de delvis ut varandra (destruktiv interferens).

Resultatet blir en smal och riktad signal-lob som kan styras digitalt i realtid utan att antennen behöver röra sig fysiskt.

Varför är beamforming viktigt för 5G?

Beamforming är en nyckelfunktion för 5G, särskilt vid högre frekvensband där räckvidden annars är begränsad.

Tekniken bidrar bland annat till:

Längre räckvidd

Genom att fokusera energin kan signalen nå längre och ta sig igenom hinder som väggar och fönster mer effektivt.

Mindre störningar

Eftersom signalen inte sänds brett åt alla håll minskar påverkan på andra användare och grannceller.

Ökad kapacitet

Beamforming gör det möjligt att kommunicera med flera användare samtidigt på samma frekvens så länge de befinner sig i olika riktningar.

I praktiska tillämpningar "märks" beamforming med andra ord genom stabilare uppkoppling i radiomässigt svåra miljöer. Exempelvis i utrymmen med mycket metall, maskiner och reflektioner kan systemet dynamiskt hitta och använda den bästa signalvägen mellan basstation och terminal.