Beamforming analógico vs Beamforming digital

Estoy leyendo algunos artículos de investigación sobre comunicación inalámbrica donde hablan sobre técnicas de formación de haces y sus diferencias en los sistemas MIMO (Multiple Antenna Tx-Rx). Dice que la formación de haz analógico solo puede admitir una transmisión (o un usuario) a la vez, mientras que la formación de haz digital puede admitir múltiples transmisiones y usuarios.

¿Alguien puede explicar claramente por qué es este el caso?

Para preguntar más directamente, ¿por qué no puedo crear haces en múltiples direcciones que transportan diferentes flujos de información usando un conjunto de antenas mientras uso la formación de haces analógicos?

No exactamente. Sin embargo, supongo que la pregunta es aplicable a cualquier escenario general.
¿Podría agregar algo de contexto, como los artículos en cuestión?

Respuestas (1)

La formación de haces es, en su base, nada más que combinar las señales de diferentes fuentes para maximizar la señal y minimizar el ruido. Esto se hace separando físicamente las antenas para que haya un retraso entre la recepción en todas las antenas. Luego introduce retrasos eléctricos para alinear las señales recibidas nuevamente. De esa forma, la señal se suma y se amplifica por el número de antenas receptoras. El ruido no se suma de la misma manera, por lo que la suma final tiene una mejor relación señal/ruido que la señal recibida de cualquier antena individual.

El término "formación de haz" proviene de la idea de que este efecto de suma actúa de manera muy similar a tener una antena direccional única con alta ganancia apuntando a la fuente. La direccionalidad de una antena se denomina "haz". Dado que está haciendo una antena direccional a partir de antenas no direccionales, está formando un haz: formación de haz.

La dirección en la que apunta el haz está determinada por los retrasos entre las diferentes antenas.

En un sistema analógico, tiene un conjunto de antenas con retrasos fijos: su haz apunta en una dirección particular.

Puede construir un sistema analógico en el que divida la señal de cada antena en múltiples retrasos y los sume para obtener múltiples haces. Creo que las pérdidas y los retrasos no deseados de los divisores y amplificadores necesarios reducirían la utilidad de dicho sistema hasta el punto en que no valdría la pena el esfuerzo.

Un sistema digital es diferente en que puede variar los retrasos en el software. No hay pérdidas, por lo que puede generar tantos haces como su procesador pueda manejar en tiempo real.

Los sistemas digitales incorporan algoritmos mediante los cuales la estación base intenta mejorar la comunicación con los clientes dirigiendo rayos hacia ellos. Los retrasos de tiempo en los que la señal de los clientes llega a la estación base se pueden utilizar para calcular los retrasos necesarios para apuntar el haz. Básicamente, la estación base determina la dirección hacia el cliente y apunta uno de sus haces en esa dirección.

¡Gracias! ¿Podría aclarar lo siguiente? Digamos que tengo un conjunto de antenas de 2x2, y si tengo un total de 4 desfasadores, cada uno de los cuales alimenta un elemento de antena en el conjunto. Entonces, ¿puedo decir que esta estructura generará un haz con una direccionalidad específica determinada por los valores de cambio de fase?
Sí. Exactamente. Sin embargo, probablemente puedas hacerlo con solo tres cambios de fase. Un retraso de cero sigue siendo un retraso.
¡Gracias de nuevo! Aún tengo algunas confusiones pendientes. "Un sistema digital es diferente en el sentido de que puede variar los retrasos en el software. No hay pérdidas, por lo que puede generar tantos haces como su procesador pueda manejar en tiempo real". No soy capaz de entender claramente la última parte de esto. Entiendo que puedo deslizar fácilmente los retrasos de fase usando un sistema digital. Pero incluso en digital, en cualquier momento dado, solo hay 4 (o 3) cambiadores de fase que alimentan los elementos de mi conjunto de antenas. Entonces, ¿no será un solo haz direccional en cualquier instante? NB: Puede sonar estúpido, pero estoy confundido :(
No hay cambios de fase en un sistema digital en absoluto. Todo el cambio de fase se realiza en el software. Por lo tanto, se puede alcanzar prácticamente cualquier retraso que necesite. Solo tiene un número limitado de antenas, y eso dicta la máxima mejora en la relación señal/ruido. La cantidad de procesamiento que puede hacer dicta la precisión con la que puede apuntar el haz, y eso determina la mejora de la relación señal/ruido que realmente puede lograr.
Bueno. Ahora entiendo que no hay cambios de fase en la escena de formación de haces digitales. Pero aún así, ¿no es cierto que solo 4 retrasos pueden llegar a la antena "en un momento dado" en una matriz de 4 antenas? Así que estaba concluyendo que solo es posible 1 haz a la vez. ¿Dónde estoy equivocado? Podrías ayudar.
Usted digitaliza las señales en el sistema digital. Tienes 4 flujos de datos. Puede aplicar tantos conjuntos diferentes de 4 retrasos a esos conjuntos de datos como desee, por lo que puede hacer tantos haces como desee.
Ah, okey. No me di cuenta de la capacidad de digitalizar y hacer N flujos de datos paralelos donde N es el número de antenas. Por lo tanto, se pueden formar N haces en un momento dado y sus direcciones se pueden ajustar a lo largo del tiempo utilizando diferentes conjuntos de retrasos a lo largo del tiempo. Espero estar finalmente en lo cierto. Gracias una tonelada :)
N no es el número de antenas. Tiene 4 señales digitalizadas, y de ellas puede hacer N haces.
El número de haces no tiene nada que ver con el número de antenas; en cambio, está limitado por el poder de los sistemas de cómputo en el ensamblado, que podría ser bastante alto dado que esta es una tarea casi perfectamente paralelizada (solo el fan-in de sumar los resultados para la transmisión tiene escala de costos con el ancho, y eso se maneja fácilmente)
Beamforming analógico vs Beamforming digital
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