Beamforming là gì? Những điều cần biết về công nghệ Beamforming

Beamforming là công nghệ quan trọng trong việc nâng cao các tiêu chuẩn truyền thông không dây hiện đại như wifi và 5G. Sự tích hợp giữa Beamforming và MU-MIMO giúp thông tin được truyền tải một cách chính xác và có định hướng hơn, từ đó gia tăng tốc độ dữ liệu và hiệu suất mạng tổng thể. Vậy công nghệ Beamforming là gì? Cùng Hoàng Hải tìm hiểu thông qua bài viết bên dưới nhé.

Beamforming là gì?

Beamforming là một kỹ thuật xử lý tín hiệu giúp tăng cường hiệu suất của hệ thống truyền thông không dây. Nó liên quan đến việc định hướng truyền hoặc nhận sóng vô tuyến theo một hướng cụ thể, thay vì phát tín hiệu theo mọi hướng một cách đồng đều. Chẳng hạn, khi một tín hiệu không dây được phát ra từ một nguồn riêng lẻ, tín hiệu này sẽ lan truyền và độ mạnh ngày càng giảm nếu khoảng cách ngày càng xa. Tuy nhiên, khi có công nghệ Beamforming, hệ thống sẽ điều chỉnh pha và mức độ của tín hiệu để tạo một điểm tập trung trong không gian giúp cải thiện chất lượng tín hiệu, tăng phạm vi và giảm nhiễu. Beamforming được sử dụng phổ biến trong các hệ thống truyền thông không dây MIMO như 5G, LTE và WLAN.

Các kỹ thuật Beamforming phổ biến hiện nay

Digital beamforming

Digital beamforming là kỹ thuật mà mỗi anten riêng lẻ có bộ chuyển đổi riêng. Điều này cho phép thu và truyền đồng thời nhiều chùm tia mà không cần yêu cầu kiểm soát pha nghiêm ngặt. Bên cạnh đó, một kỹ thuật mã hóa trước cũng được tích hợp vào chùm tia này thay vì dựa vào sự chênh lệch pha giữa các luồng dữ liệu để xác định hướng đi của chùm tia. Kỹ thuật này giúp tạo ra các chùm tia theo nhiều hướng mong muốn cùng một lúc. 

Analog Beamforming

Phương pháp này hướng một luồng dữ liệu đầu vào duy nhất qua một tập hợp các đường truyền vào một mảng pha. Mỗi ăng-ten nhận tín hiệu với các độ lệch pha riêng biệt, quyết định hướng của chùm tia phát ra. Sự khác biệt về pha giữa các tín hiệu phát đến mỗi anten xác định hướng của chùm tia. 

Hybrid Beamforming

Kỹ thuật này kết hợp các yếu tố từ cả phương pháp Digital beamforming và Analog  Beamforming. Phương pháp này xây dựng các mẫu truyền từ một mảng anten bằng cách sử dụng định hình chùm tia tương tự cùng với mã hóa trước kỹ thuật số. Nó giới hạn số lượng chùm tia tương tự trong khi vẫn thích ứng với các biến thể tần số đáng kể.

Massive MIMO

Massive MIMO là công nghệ anten cho mạng không dây, trong đó nhiều anten được sử dụng ở cả đầu phát và đầu thu. Massive MIMO sử dụng tần số chung sau đó được điều hướng theo nhiều hướng. Nó đòi hỏi bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số và một khu vực có nhiều nhiễu tín hiệu. Các thời điểm tín hiệu đến khác nhau tạo thành nhiều kênh song công phân chia theo thời gian, cung cấp dự phòng đường dẫn. 

=> Tìm hiểu thêm: MU-MIMO là gì? Những điều cần biết về MU-MIMO

Beam steering

Thay đổi pha của tín hiệu đầu vào trên mỗi phần tử ăng ten phát ra. Phương pháp này về cơ bản theo dõi thiết bị thu, điều khiển tín hiệu đến thiết bị đó. Một tần số chung được điều khiển bằng chùm tín hiệu theo đúng hướng. Trong khi đó, các tín hiệu khác nhau có thể được gửi đến các thiết bị khác.

Cách thức hoạt động của Beamforming

Beamforming hoạt động bằng cách tập trung các tín hiệu sóng RF (Radio Frequency) lại với nhau sau đó sử dụng các kỹ thuật về độ trễ và điều chế pha để các tín hiệu có thể chồng lên nhau theo các hướng cụ thể và tạo thành một chùm tia tổng hợp mạnh mẽ. Quá trình này bao gồm:

• Hệ thống tiến hành phân tích các đặc điểm không gian và pha tương đối của tín hiệu từ các hướng khác nhau.
• Dựa trên phân tích đó, hệ thống sẽ điều chỉnh pha và độ khuếch đại của từng phần tử một cách linh hoạt để tối ưu hóa mô hình bức xạ.
• Các tín hiệu được xử lý từ mỗi phần tử anten được kết hợp để tạo ra chùm tia tập trung hướng tới bộ thu mong muốn, đồng thời loại bỏ nhiễu từ các hướng khác.

Lợi ích của công nghệ Beamforming là gì?

Công nghệ Beamforming mang lại nhiều lợi ích, bao gồm truyền thông tin nhanh hơn với ít lỗi hơn, tăng phạm vi phủ sóng và dung lượng tín hiệu, khả năng chống nhiễu tốt hơn và chất lượng tín hiệu tốt hơn. Vì các tín hiệu được tập trung vào các thiết bị mục tiêu, nên nó giảm thiểu nhiễu tần số do bức xạ điện từ gần đó từ các nguồn khác gây ra. Ngoài ra, nó cải thiện hiệu quả của các công nghệ mạng di động, bao gồm 4G LTE và 5G, đồng thời nâng cao trải nghiệm chung của người dùng cuối.

Ứng dụng của Beamforming 

Beamforming trong Wi-Fi

Khi sử dụng Beamforming, cường độ tín hiệu được cải thiện ở những khu vực khó tiếp cận trong gia đình như tủ quần áo, hông nhà. Tuy nhiên, cần phải có công nghệ MIMO để truyền tín hiệu chồng chéo cần thiết cho Beamforming. Nhờ vào beamforming 5G, thiết bị nhận có thể được cung cấp nhiều tín hiệu hơn giúp giảm nhiễu giữa các chùm tia riêng lẻ. 

Beamforming trong 5G

5G sử dụng Beamforming để giải quyết các vấn đề về nhiễu sóng và hạn chế phạm vi. Massive MIMO và hybrid beamforming là những công nghệ thường được sử dụng trong 5G.

Beamforming trong chăm sóc sức khỏe

Công nghệ định hình chùm tia của Beamforming giúp thiết lập độ phân giải của hệ thống siêu âm. Công nghệ này kích hoạt các thành phần đầu dò trong quá trình chuyển chùm tia và tiếp nhận tiếng vang phản xạ. Từ đó đem lại hình ảnh chất lượng cao hơn.

Câu hỏi thường gặp

Beamforming có làm wifi nhanh hơn không? 

Beamforming tăng cường độ tín hiệu trong khi kích hoạt các tính năng như MIMO và MU-MIMO. Beamforming sẽ không làm cho Wi-Fi của bạn phủ sóng khoảng cách xa nhưng sẽ cung cấp chất lượng tín hiệu tốt hơn và truyền thông tin nhanh hơn.

Beamforming có làm tăng tốc độ mạng không?

Có, beamforming làm tăng tốc độ mạng không dây bằng cách nâng cao chất lượng tín hiệu và cung cấp khả năng chống nhiễu tốt hơn. Điều này dẫn đến việc truyền thông tin nhanh hơn với ít lỗi hơn.

Beamforming khác với công nghệ không dây truyền thống như thế nào?

Beamforming khác với công nghệ không dây truyền thống ở chỗ nó hướng tín hiệu đến các thiết bị cụ thể thay vì phát chúng theo mọi hướng. Việc truyền tín hiệu có định hướng này cho phép sử dụng băng thông hiệu quả đồng thời giảm tắc nghẽn mạng.

Tổng kết

Beamforming là một kỹ thuật đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống truyền thông không dây. Hy vọng rằng với những thông tin mà Hoàng Hải chia sẻ có thể giúp cho bạn đọc hiểu rõ hơn về khái niệm công nghệ Beamforming là gì? Hoàng Hải sẽ cập nhật thêm nhiều bài biết thông tin hơn nữa. Hy vọng rằng vẫn nhận được sự đón đọc từ Quý bạn đọc.