當(dāng)無(wú)線信號(hào)向信號(hào)接收終端傳輸時(shí)，人們常常想為什么不能直接集中信號(hào)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)進(jìn)行發(fā)送，而是向著廣闊的空間發(fā)射信號(hào)呢？其實(shí)這就涉及到了波束賦形的概念，這個(gè)似乎非常簡(jiǎn)單，就像所有人都知道它卻沒(méi)有人想到它一樣。

波束賦形（Beamforming，BF）是自適應(yīng)陣列智能天線的一種實(shí)現(xiàn)方式，是一種在多個(gè)陣元組成的天線陣列上實(shí)現(xiàn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。波束賦形的目標(biāo)是根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)，形成對(duì)基帶（中頻）信號(hào)的最佳組合或者分配。具體地說(shuō)，其主要任務(wù)是補(bǔ)償無(wú)線傳播過(guò)程中由空間損耗、多徑效應(yīng)等因素引入的信號(hào)衰落與失真，同時(shí)降低同信道用戶間的干擾。因此，首先需要建立系統(tǒng)模型，描述系統(tǒng)中各處的信號(hào)，而后才可能根據(jù)系統(tǒng)性能要求，將信號(hào)的組合或分配表述為一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題，尋求其最優(yōu)解。

波束賦形技術(shù)是如何工作的

在發(fā)射端，波束賦形器控制每一個(gè)發(fā)射裝置的相位和信號(hào)幅度，從而在發(fā)射出的信號(hào)波陣中獲得需要相長(zhǎng)和相消干涉模式。在接收端，不同接收器接收到的信號(hào)被以一種恰當(dāng)?shù)姆绞浇M合起來(lái)，從而獲得期盼中的信號(hào)輻射模式。

可是實(shí)際上，有時(shí)最簡(jiǎn)單的概念執(zhí)行起來(lái)卻是最困難的，尤其是想在那些低價(jià)位的無(wú)線產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)的話，就更有難度了。但所幸目前來(lái)說(shuō)，波束賦形技術(shù)已經(jīng)在高端的802.11n和802.11ac無(wú)線路由器中部署應(yīng)用，并開(kāi)始逐步普及開(kāi)來(lái)。下面來(lái)看看它是如何工作的。

波束賦形技術(shù)示意圖

那些不支持波束賦形的無(wú)線路由器（或無(wú)線接入點(diǎn)）和無(wú)線適配器在進(jìn)行數(shù)據(jù)廣播時(shí)，幾乎是向所有方向上平均傳遞信號(hào)的。而為了使更多的數(shù)據(jù)到達(dá)目標(biāo)設(shè)備，而不是輻射到大氣中，那些支持波束賦形的無(wú)線設(shè)備則將信號(hào)傳遞集中在面向每個(gè)客戶端上，進(jìn)行集中地?cái)?shù)據(jù)傳輸。

我們可以通過(guò)一個(gè)形象的圖片（如下圖）來(lái)了解，不支持波束賦形的無(wú)線設(shè)備就像一個(gè)沒(méi)有遮擋的燈泡（信號(hào)發(fā)射器），是向所有方向輻射光（數(shù)據(jù)）的。而支持波束賦形的無(wú)線設(shè)備則像是有遮擋的燈泡，只向著無(wú)遮擋處發(fā)光一樣，支持波束賦形的無(wú)線路由器只集中向接入的無(wú)線客戶端發(fā)射信號(hào)。

采用波束賦形技術(shù)后的信號(hào)示意圖（右）

如果Wi-Fi客戶端也支持波束賦形技術(shù)的話，無(wú)線路由器和客戶端可以交換各自的位置有關(guān)的信息，以確定最佳的信號(hào)傳遞路線。任何發(fā)射波束賦形信號(hào)的設(shè)備被稱(chēng)為波束賦形發(fā)射器，接收波束賦形信號(hào)的設(shè)備則被稱(chēng)為波束賦形接收器。

波束賦形技術(shù)的特點(diǎn)

波束賦形技術(shù)可以幫助改善無(wú)線帶寬的利用率，而且可以提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳輸范圍。因此，使用該技術(shù)可以提高視頻流、語(yǔ)音質(zhì)量，以及其他對(duì)帶寬和延遲敏感的無(wú)線傳輸?shù)葢?yīng)用。

波束賦形技術(shù)可以被采用多入多出（MIMO）技術(shù)的無(wú)線發(fā)射器和接收器所使用，通過(guò)使用多個(gè)天線來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，以期達(dá)到提高無(wú)線吞吐量和無(wú)線覆蓋范圍的目的。MIMO技術(shù)是基于802.11n標(biāo)準(zhǔn)推出，并繼續(xù)在802.11ac標(biāo)準(zhǔn)中被重用和升華的一項(xiàng)無(wú)線傳輸技術(shù)。

而實(shí)際上，波束賦形技術(shù)是802.11n標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)可選功能，但建立這些標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際機(jī)構(gòu)（IEEE）并沒(méi)有說(shuō)明它究竟是如何被實(shí)施。現(xiàn)在用戶買(mǎi)的路由器可能會(huì)采用這種技術(shù)，但如果在你的筆記本電腦的Wi-Fi適配器不支持該技術(shù)的話，想實(shí)現(xiàn)波束賦形是行不通的。

一些廠商對(duì)此開(kāi)發(fā)了預(yù)先支持波束賦形配對(duì)的802.11n套件，但那些設(shè)備往往是昂貴的，所以并沒(méi)有對(duì)市場(chǎng)產(chǎn)生很大的影響。

未采用波束賦形技術(shù)的信號(hào)示意圖（左）和采用波束賦形技術(shù)的信號(hào)示意圖（右）

為了避免這樣的窘境，在今天采用802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的高端設(shè)備中，IEEE并沒(méi)有犯同樣的錯(cuò)誤。他們規(guī)定生產(chǎn)802.11ac無(wú)線產(chǎn)品的設(shè)備制造商不是一定要采用波束賦形技術(shù)，但是如果一旦采用了，就需要按照統(tǒng)一規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)和應(yīng)用，這就確保了以后每家公司的產(chǎn)品將可以相互兼容波束賦形技術(shù)。

Wi-Fi適配器也是決定波束賦形效果的重要條件

假設(shè)今后一臺(tái)802.11ac無(wú)線路由器支持波束賦形技術(shù)，而你的Wi-Fi適配器（無(wú)線網(wǎng)卡）不支持該技術(shù)，但他們還是會(huì)很好地在一起工作，只是不能將波束賦形技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)罷了。

綜上所述，隨著采用802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線產(chǎn)品普及，搭載波束賦形技術(shù)的無(wú)線設(shè)備為無(wú)線用戶提供了更為有效率的傳輸和覆蓋應(yīng)用，也為身處移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代的消費(fèi)者提供了更為節(jié)能而有效的無(wú)線傳輸解決方案。