Entwicklung von Beamformern für drahtlose Kommunikation, Radar, Sonar, medizinische Bildgebung und Lautsprechersysteme

Beamforming is a technique used to improve the signal-to-noise ratio of received signals, eliminate undesirable interference sources, and focus transmitted signals to specific locations. Beamforming is central to systems with sensor arrays, including MIMO wireless communications systems such as 5G, LTE, and WLAN. MIMO beamforming in wireless applications can also be used to increase data stream capacity between a base station and user elements. Optimization-based beamforming techniques are becoming more popular in modern wireless communication systems. This includes hybrid beamforming, where optimization techniques are used to efficiently partition system architectures between baseband and RF systems to reduce the cost.

Beamsteering generated for a phased array system using MATLAB.

Das Beamforming ist eine wichtige Technik, um das Signal-Rauschen-Verhältnis erhaltener Signale zu verbessern, unerwünschte Interferenzquellen zu eliminieren und übertragene Signale auf einen bestimmten Ort zu konzentrieren. Es bildet das Kernstück moderner drahtloser Kommunikationssysteme wie 5G, LTE und WLAN und wird in Sensor-Arrays in Radar, Sonar, medizinischer Bildgebung und Audiosystemen verwendet.

Die Entwicklung eines Beamformers und die Evaluierung alternativer Algorithmen sind nur der erste Schritt zur Erreichung der erforderlichen Leistung eines drahtlosen Kommunikationssystems oder eines Radarsystems. Um die Leistung zu bewerten, muss der Beamformer in ein Modell auf Systemebene integriert und für eine Reihe von Parameter-, Steuerungs- und Kanalkombinationen evaluiert werden. Eine weitere Herausforderung entsteht durch Trade-Offs auf Systemebene zwischen der Durchführung von Beamforming im Hochfrequenzbereich und/oder im Digitalbasisband. Alle diese Vorgänge werden am besten früh im Entwurfsprozess durchgeführt.

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, können Beamforming-Algorithmen im Kontext eines gesamten Systems modelliert werden, das Hochfrequenz-, Antennen- und Signalverarbeitungskomponenten umfasst. MATLAB® und Simulink® bieten einen vollständigen Satz von Tools und Algorithmen für die Modellierung und die Simulation, mit denen Beamformer entworfen, getestet und integriert werden sowie vollständige Analysen auf Systemebene durchgeführt werden können. Sie können beispielsweise Folgendes damit durchführen:

To learn more about beamforming, see Phased Array System Toolbox™ and Communications Toolbox™.

  • Beamformer für LTE, WLAN- und 5G-Kommunikations-Systeme entwerfen und die Leistung auf Verbindungebene evaluieren
  • Sensor-Array-Systeme mit konventionellen und adaptiven Schmalband- und Breitband-Beamformern entwerfen und modellieren
  • Beamforming in End-to-End-Radar- und -Sonarsysteme integrieren
  • Beamformer für ein Mikrofon-Array entwerfen, um die Leistung von Audio-Anwendungen zu verbessern

Weitere Informationen finden Sie unter MATLAB, Simulink, LTE Toolbox™, WLAN Toolbox™ und Phased Array System Toolbox™.


Beispiele und Anleitungen

Kommunikation und Radar

Pattern Synthesis and Adaptive Beamforming

MIMO Communications Systems

Sonar und Akustik

HDL Deployment for Beamformers

Siehe auch: drahtlose kommunikation, FPGA design und codesign, MATLAB, Simulink, OFDM, massive MIMO, channel model, Radarsystementwurf, Videos zum Radarsystementwurf