Beamforming là gì? Khi công nghệ không dây và truyền thông dữ liệu phát triển, nhiều kỹ thuật tối ưu hóa tín hiệu và giảm nhiễu đã được tạo ra. Trong đó, Beamforming là một kỹ thuật quan trọng giúp tối ưu hóa hiệu suất truyền tải tín hiệu không dây đáng chú ý. Trong bài viết dưới đây, chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu kỹ hơn về Beamforming và một số ứng dụng nổi bật của nó ngoài tối ưu hóa độ chính xác và hiệu suất của truyền thông không dây!

Beamforming là gì?

Beamforming là một kỹ thuật quản lý tần số radio (RF) trong đó tín hiệu không dây được định hướng đến một thiết bị nhận cụ thể. Beamforming được áp dụng trong nhiều công nghệ, bao gồm truyền thông không dây, âm thanh, radar và sonar. Kỹ thuật quản lý RF này định hướng sóng radio và âm thanh cho việc truyền hoặc thu tín hiệu.

Thay vì gửi một tín hiệu từ một ăng-ten phát sóng để lan truyền theo tất cả các hướng (cách mà tín hiệu thông thường được gửi đi) thì Beamforming sử dụng nhiều anten để phát và định hướng cùng một tín hiệu đến một thiết bị nhận duy nhất, chẳng hạn như máy tính xách tay, điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng. Kết nối này dẫn đến việc truyền dữ liệu không dây nhanh hơn và đáng tin cậy hơn.

Gần đây, công nghệ này đã được áp dụng vào Wi-Fi và các mạng thế hệ thứ năm (5G). Một ví dụ, tiêu chuẩn 802.11 đưa ra một thông số kỹ thuật cho các bộ định tuyến để triển khai Beamforming Wi-Fi.

Beamforming hoạt động như thế nào?

Tìm hiểu Beamforming là gì bạn cần biết Beamforming hoạt động khác nhau, tùy thuộc vào loại hoặc cách triển khai của nó. Tuy nhiên, bằng cách có nhiều ăng-ten ở gần nhau gửi ra nhiều tín hiệu vào các thời điểm khác nhau, một trạm hoặc bộ định tuyến sử dụng Beamforming có thể điều chỉnh các tín hiệu mà nó gửi đi. Sự điều chỉnh này xác định đường dẫn tốt nhất để tín hiệu đạt đến thiết bị khách. Tóm lại, Beamforming tạo hình tia RF khi nó đi qua một không gian vật lý.

Các phần tử bức xạ hoặc các phần của ăng-ten được thiết kế để hỗ trợ dòng RF – trong nhiều ăng-ten cần phải truyền một tín hiệu ở cùng bước sóng và pha giống nhau.

Các kỹ thuật Beamforming khác bao gồm:

Analog Beamforming sử dụng bộ dịch pha để gửi cùng một tín hiệu từ nhiều ăng-ten. Tín hiệu được thiết lập ở các pha khác nhau, tạo ra một mẫu ăng-ten chỉ vào một hướng cụ thể. Các pha tín hiệu của các ăng-ten được điều chỉnh trong miền RF, từ đó cải thiện khả năng phủ sóng.

Digital Beamforming có các tín hiệu khác nhau cho mỗi ăng-ten trong dải cơ sở số. Các bộ thu số được đặt tại các yếu tố phát xạ của mỗi ăng-ten. Các pha khác nhau được áp dụng cho các dải tần số khác nhau, cho phép Beamforming số linh hoạt hơn. Sau đó, một bộ xử lý Beamforming số có thể chỉ đạo nhiều tia độc lập theo bất kỳ hướng nào. Phương pháp này hữu ích cho việc đa luồng không gian.

Hybrid Beamforming là gì? Nó là sự kết hợp của Analog Beamforming và Digital. Phương pháp lai này sử dụng Beamforming analog cùng với tiền mã hóa số, được sử dụng để hỗ trợ truyền thông nhiều luồng, để tạo ra các mẫu được truyền từ một mảng anten. Quá trình này xác định số lượng tia Analog trong khi cho phép một số biến thể về tần số. Các trạm cơ sở 5G có thể sử dụng Hybrid Beamforming.

Massive MIMO hay nhiều đầu vào và đầu ra, là một công nghệ ăng-ten cho các mạng không dây nơi nhiều ăng-ten được sử dụng ở cả hai đầu phát và đầu thu. Massive MIMO sử dụng một tần số chung sau đó được điều khiển theo nhiều hướng. Nó yêu cầu các bộ xử lý tín hiệu số và một khu vực có nhiều nhiễu tín hiệu. 

Các thời gian đến tín hiệu khác nhau tạo thành nhiều kênh phân chia thời gian, cung cấp độ lặp đường truyền. Massive MIMO được sử dụng trong công nghệ không dây, Wi-Fi và 5G.

Beam steering thay đổi pha của tín hiệu đầu vào trên mỗi yếu tố ăng-ten phát xạ. Phương pháp này cơ bản theo dõi thiết bị nhận, điều hướng tín hiệu đến nó. Một tần số chung được điều khiển với một tia tín hiệu theo hướng đúng. Trong khi đó, các tín hiệu khác có thể được gửi đến các thiết bị khác.

Lợi ích và hạn chế của Beamforming là gì?

Lợi ích

• Nhiều sức mạnh hơn được truyền theo hướng được chỉ định của chùm tia.
• Chất lượng tín hiệu cao hơn đến thiết bị nhận, giúp tăng khả năng phủ sóng của tháp di động hoặc trạm gốc.
• Truyền thông tin nhanh hơn và ít lỗi hơn.
• Tránh nhiễu tín hiệu giữa các thiết bị vì tín hiệu chỉ được phát khi cần thiết.
• Công nghệ tạo chùm tương tự tương đối đơn giản để thực hiện và yêu cầu công suất thấp hơn.

Hạn chế

• Đôi khi yêu cầu nhiều tài nguyên tính toán và công suất cho các phép tính Beamforming.
• Các hệ thống Beamforming kỹ thuật số và massive MIMO có thể phức tạp hơn, đặc biệt là khi xem xét nhiều ăng-ten và phần cứng khác được sử dụng.
• Chi phí của nó thường cao hơn so với các hệ thống truyền thống.

Beamforming có thực sự cần thiết cho Router Wi-Fi không?

Biết Beamforming là gì bạn sẽ thấy hầu hết công nghệ Beamforming hiện tại chỉ hoạt động khi được sử dụng với Router Wi-Fi tiêu chuẩn AC, có rất ít hoặc không có khả năng tương thích với các loại khác. Nếu bạn thường xuyên sử dụng Internet và yêu cầu tốc độ mạng nhanh, mượt mà thì Router Wi-Fi với công nghệ Beamforming là lựa chọn tuyệt vời. Tuy nhiên, giá của sản phẩm này sẽ chênh lệch hàng trăm nghìn khi so sánh với các loại khác.

Ứng dụng của Beamforming

Beamforming trong 5G

5G có thể sử dụng Beamforming để khắc phục những vấn đề phổ biến như nhiễu và hạn chế phạm vi. Tín hiệu được định hướng cụ thể có thể được cung cấp đến thiết bị nhận, chẳng hạn như điện thoại thông minh, nhờ vào Beamforming 5G. Phương pháp này giảm nhiễu giữa các tia riêng lẻ. Massive MIMO và hybrid Beamforming là những ứng cử viên cho 5G.

Beamforming trong Wi-Fi

Thay vì để tín hiệu không dây phát ra từ mọi hướng, như anten phát sóng, Beamforming sẽ tập trung tín hiệu vào một thiết bị nhận duy nhất. Kết nối trực tiếp kết quả nhanh chóng và đáng tin cậy hơn so với trường hợp không sử dụng Beamforming.

Tìm hiểu về Beamforming là gì bạn hãy nhớ khi kích hoạt Beamforming, cường độ tín hiệu có thể cải thiện ở những vùng trước đây khó tiếp cận, chẳng hạn như mép nhà hoặc gần tủ quần áo. Sử dụng Beamforming, bộ định tuyến của bạn có thể tạo ra tín hiệu mạnh hơn cho các thiết bị di động của bạn. Wi-Fi phải có công nghệ multiple-input multiple out (MIMO) để truyền nhiều tín hiệu chồng lấn cần thiết cho Beamforming.

Beamforming trong thiên văn học vô tuyến

Quá trình Beamforming kết hợp tín hiệu từ một số ăng-ten để tổng hợp một khẩu độ và chùm tia duy nhất một cách hiệu quả. Kể từ khi phát hiện ra sóng vô tuyến đầu tiên từ không gian, Beamforming (sự kết hợp tuyến tính của tín hiệu từ các cảm biến khác nhau) đã được sử dụng trong thiên văn học vô tuyến.

Thay vào đó, hàng chục nghìn ăng-ten cố định, đa hướng được kính viễn vọng vô tuyến lớn nhất thế giới, LOFAR, sử dụng trong một thiết kế sáng tạo hứa hẹn thúc đẩy nghiên cứu thiên văn. LOFAR sử dụng phần mềm để xử lý tín hiệu trong thời gian thực thay vì phần cứng mạng chuyên dụng được sử dụng bởi kính viễn vọng truyền thống. Xử lý tín hiệu bao gồm kỹ thuật quan trọng của Beamforming.

Beamforming trong lĩnh vực y tế

Biết Beamforming là gì, đừng quên một công nghệ quan trọng thiết lập độ phân giải của hệ thống siêu âm là Beamforming. Beamforming là một kỹ thuật tạo ra hình ảnh siêu âm chất lượng cao của lĩnh vực quan tâm được lựa chọn bằng cách kích hoạt cẩn thận các yếu tố mảng chuyển đổi trong quá trình phát tia siêu âm và thu nhận phản xạ.

Beamforming cho phép các chuyên gia y tế nhanh chóng thích nghi, giám sát và điều chỉnh điều trị cho bệnh nhân bằng cách tập trung băng thông trên một khu vực nhắm đến, chẳng hạn như bệnh viện di động.

Beamforming trong xử lý dữ liệu seismic

Như một phần của quá trình trích xuất, Beamforming thích nghi ước lượng các thuộc tính của tín hiệu và nhiễu. Xử lý địa chấn nhằm cải thiện tỷ lệ tín hiệu đến nhiễu trong phần đo địa chấn và loại bỏ các hiện tượng nghệ thuật trong tín hiệu do phương pháp địa chấn mang lại. Một phần đo địa chấn dễ hiểu hơn nên là kết quả cuối cùng.

Một số khía cạnh rất chủ quan của quy trình tồn tại. Beamforming thích nghi dữ liệu vượt trội so với các kỹ thuật biến đổi Radon trong việc giảm âm đa trong dữ liệu điểm trung tâm chung trước khi xếp chồng địa chấn, như được chứng minh bằng các mẫu dữ liệu thực tế. Các lợi ích của Beamforming được thể hiện tốt nhất trên dữ liệu có tỷ lệ tín hiệu đến nhiễu tốt, tương tự như các quy trình đa kênh trước khi xếp chồng khác.

Beamforming âm thanh

Hiểu Beamforming là gì ta nhận ra có một phương pháp quan trọng để xác định vị trí và đo lường nguồn âm thanh là Beamforming âm thanh. Nó cải thiện một tín hiệu quan tâm trong khi loại bỏ các nguồn nhiễu xung quanh và cạnh tranh. Cả hệ thống truyền thông không dây gần và xa cũng có thể sử dụng Beamforming âm thanh.

Bằng cách cải thiện luồng tín hiệu từ nguồn âm thanh quan tâm đến cá nhân cụ thể trong khi cho phép tiếng ồn nền xảy ra, một Beamformer âm thanh cung cấp khả năng ghi âm thoại riêng của mỗi người nói chuyện và tạo ra luồng giọng nói độc lập. Phần trước của các thuật toán cải thiện chất lượng giọng nói và một tiền xử lý cho các động cơ nhận dạng giọng nói có thể được đạt được với Beamforming âm thanh mảng micro.

Lời kết

Hy vọng qua bài viết này, các bạn đã hiểu rõ Beamforming là gì cũng như những lợi ích và hạn chế của nó. Tóm lại, Beamforming không chỉ là một kỹ thuật giúp tối ưu hóa tín hiệu truyền thông, mà còn được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác như thiên văn học, y tế…. 

Hãy tiếp tục truy cập Website hoặc Fanpage của chúng tôi để cập nhật thêm nhiều kiến thức hữu ích khác nhé!