802.11 波束成形技術總結

• 摘要
• 原理
• 波束成形的類別
• • 顯式波束成形（Explicit TXBF）
  • • • 1. 探測數據
      • B. 反饋信道信息
      • C. 波束成形階段
      • 補充
  • 隱式波束成形(Implicit TXBF)
  • 總結

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摘要

波束成形技術成型于802.11n協議，并沿用至802.11ac、ax協議，是MU-MIMO技術的基礎。其能夠將信號以集中和定向的方式發送給接收端的，用以提高信號質量。

原理

在多天線系統（MIMO）中，如果多條天線發出的信號波形在接收端相位相反，就會造成信號衰減；如果多條天線發出的信號波形在接收端相位相同，就能使信號增強，波束成形技術是通過對傳輸信號加權來改善接收情況。如圖所示

波束成形的類別

波束成形技術可以分為顯式波束成形和隱式波束成形。

顯式波束成形（Explicit TXBF）

發射端A向接收端B發送探測幀，接收端B收到探測幀后向A反饋信道信息，A收到信息后進行波束成形。

步驟如下：

1. 探測數據

分為兩種：802.11n中存在NDP方式和交錯前導碼方式，而802.11ac僅有VHT（Very High Throughout）NDP方式。

• （VHT）NDP（Null Data Packet）方式：

A首先向B發送一個（VHT）NDP-Announcement（HT Control域中字段=1）幀通知B將會發送（VHT）NDP幀。

A接著會發送一個（VHT）NDP幀進行探測，NDP是一個HT-SIG中Not Sounding=0，Lenth=0，且無DATA部分的數據幀。

在802.11ac中，歸因于MU-MIMO（多用戶MIMO），VHT NDP-A和NDP將會同時發送給多個用戶。

• 交錯前導碼（Staggered preambles）方式：

交錯前導碼即包含了DLTF和ELTF的前導碼。

A直接向B發送帶有交錯前導碼且HT-SIG中Not Sounding=0的帶有數據的MAC幀進行探測。

B. 反饋信道信息

分為三種形式：CSI、非壓縮波束成形權重值、壓縮波束成形權重值、compressed V matrix。前三種為802.11n的方式，最后一種是802.11ac的反饋格式。

• CSI方式：接收端B直接將原始的CSI信息發送給A，由A計算生產最終的權重。
• 非壓縮波束成形：B收到探測后，直接計算出完整的權重值后反饋給A。
• 壓縮波束成形：B收到探測后，只計算出壓縮的權重值后反饋給A。
• compressed V matrix：預定的第一個接受者B收到探測后，從NDP的前導序列測量出原始的CSI，壓縮后使用VHT壓縮反饋幀反饋給A，并由A計算出權重值進行波束成形；之后A會發送Poll采用輪詢的方式使其他節點發送反饋幀。這是802.11ac、802.11ax獨有的方式，與802.11n不兼容。

C. 波束成形階段

發射端A根據B反饋的或自己計算的權重信息進行波束成形。

補充

802.11ac的顯式壓縮反饋（ECFB），其開銷非常大，取決于客戶度天線數量、壓縮程度以及載波數量。同時，對于信道信息的反饋是周期性的。
為了減少波束成形的成形的復雜，從802.11ac開始，波束成形探測方式只支持NDP，反饋格式僅支持compressed V martrix。

隱式波束成形(Implicit TXBF)

發射端A向接收端B發送探測請求，接收端B收到探測請求后發送探測響應幀，A在收到探測響應幀后，完成從B到A的信道信息評估，并根據兩個傳輸方向的信道互易性得到A到B的信道信息評估。

總結

波束成形就是通過對信道進行探測并反饋接收矩陣，再根據矩陣進行預編碼以精確控制發送的能量至指定客戶端的技術。

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總結

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