无线通信中的空间过滤(波束成形)

波束成形是一种将无线信号集中在特定接收设备上的策略，而不是像通常那样使无线电波从广播天线沿各个方向传播。随后的更直接的连接比没有波束形成的连接更快，更可靠。如今，波束成形对于刚刚开始出现的5G网络至关重要。

波束成形可确保更快，更接地的Wi-Fi信号，并且每个小工具的覆盖范围更长。路由器不仅以每种方式进行通信，还努力以一种适合小工具的方式来传达小工具所期望的远程信息。这样，波束成形的结果就是-出色的Wi-Fi信号和更好的小工具采集能力。

常规系统的问题以及使用波束成形技术的缓解措施：
当接入点天线发送给一组用户时，它会生成特定形状的波束以覆盖这些用户，波束的形状取决于接入点天线在各个方向上的增益量，增益越高光束沿该方向到达的距离越远。信号能量以这种形状从接入点发送到天线，该形状内的所有用户都从接入点天线接收信号能量，当接入点天线正在接收数据时，用户使用窄波束将信号发送到接入点从订户发射的信号正在监听与发送时相同波束形状的信号，当来自订户和接入点的波束相交时，接入点可以听到订户接收到的数据，这意味着信号的频率与接入点和进入接入点天线波束形状的用户可能会干扰来自用户的信号，从而导致数据丢失。

上行波束成形减轻了干扰或数据丢失的情况，因为接入点形成了一个窄波束，该波束在特定方向上具有较高的增益，而不是传统系统中使用的广角，该波束指向订阅接入点以接收数据从，与用户波束相交并接收其数据，同时又减少了来自干扰的干扰，因为接入点形成的波束对干扰的波束的增益较低，从而使接入点对其信号充耳不闻，作为接入点想要收听其他用户，则从接入点发出的光束在指向感兴趣用户的方向上形成，从而再次减轻了干扰产生的干扰。

当来自接入点天线的信号能量在一个广角上时，下行链路波束成形解决了传统系统的另一个问题，但是天线能够生成的总信号能量在该角度上进行了扩展，但是当接入点天线正在向一个用户发送信号时以类似于上行链路波束形成的方式，将信号能量聚焦于较窄的波束以向订户提供较高的信号电平将是有益的，接入点天线形成指向目标用户的窄波束并使用该波束向对于用户，这可以向用户提供更高的信号电平，从而改善了网络性能，因为与常规系统中的宽波束相比，信号能量被狭窄地聚焦。通过上行链路和下行链路波束成形，仅改变所需的接入点天线，无线系统即可表现出极大的抗干扰能力和系统增益。

对于802.11ac，此问题已得到解决。有一种进行波束成形的标准方法，并且任何有助于波束成形的802.11ac小工具都可以与不同的波束成形一起工作。基本上，诸如路由器和PC之类的802.11ac小工具可以相互讲话，并提供有关其相对位置的数据。波束成形是802.11ac Wi-Fi标准的规范化方面。无论如何，并非所有802.11ac小工具都需要帮助进行波束成形。因为您拥有802.11ac小工具，但这并不意味着它可以支撑波束成形。但是，如果小工具支持波束成形，则它会以规范化的方式进行。

空间过滤大致可分为：

1.显式波束成形：显式空间滤波是传感器集群中用于在特定方向上接收或传输信号的信号处理策略。这是通过在天线阵列中连接组件来实现的，这样特定点的信号会受到有用的阻抗，而其他信号会受到破坏性的阻碍。可以在发送和接收端都利用波束成形，以实现空间选择性。

2.隐式波束成形： 通过“隐式空间滤波”，无线路由器会努力利用波束成形方法来改善明显建立的小工具(即没有802.11ac设备的小工具)的信号功率。原则上，旧的802.11n，g和b小工具将有所改进。这种类型的空间过滤仅是一项优势，它也为您已建立的小工具带来了一些波束成形优势。

空间过滤的主要优点：

• 扩大Wi-Fi覆盖范围并减少死角
• 为语音和高清视频传达稳定的Wi-Fi关联
• 更好的Wi-Fi吞吐量
• 减少无意义的RF阻塞
• 通过以特定的方式使信号居中，波束成形使您可以向接收者传达更高的信号质量-并由此暗示更快的数据移动和更少的错误-不会期望帮助提高广播功率。从根本上讲，这是远程系统管理的神圣目标，也是大多数改进远程通信的方法的目标。
• 另外一个优点是，由于您无需在不需要的标题中传达信号，因此波束成形可以减少尝试获取不同信号的人遇到的障碍。

空间过滤的局限性：

• 波束成形的约束条件通常包括所需的处理资源；在许多情况下，波束成形计算所需的时间和力量资产最终抹黑了它的有利环境。
• 顺便说一下，随着处理器能力和效率的提高，波束形成方法已经足够合理，可以与购物者组织的硬件相结合。
• 由于使用多个天线和其他硬件系统，因此硬件复杂度更高。
• 由于增加的硬件资源和使用先进的DSP芯片，与非波束形成系统相比，波束形成系统的成本更高。
• 由于使用更多的资源，波束成形系统中的功率要求更高。因此，波束形成系统中的电池消耗更快。