Modéliser le beamforming pour les systèmes de télécommunications, de radar, de sonar, d'imagerie médicale et de réseaux audio

Le beamforming (formation de faisceaux) est une technique utilisée pour améliorer le rapport signal sur bruit des signaux reçus, éliminer les sources d'interférence indésirables et concentrer les signaux émis vers des emplacements spécifiques. Le beamforming se trouve au cœur des systèmes avec réseaux de capteurs dont les systèmes de télécommunications MIMO tels que la 5G, LTE et WLAN. Le beamforming MIMO peut également être utilisé dans les applications sans fil pour améliorer la capacité de streaming de données entre une station de base et un utilisateur. Les techniques de beamforming basées sur l'optimisation deviennent plus populaires dans les systèmes modernes de télécommunications. Ceci inclut le beamforming hybride, où les techniques d'optimisation sont utilisées pour partitionner efficacement des architectures systèmes entre les systèmes en bande de base et RF dans l'objectif de réduire les coûts.

Beamsteering généré pour un système de réseau d'antennes avec MATLAB.

Applications du beamforming

Le beamforming est aussi largement utilisé dans des applications de radar, de sonar, d'imagerie médicale et audio. Les beamformers peuvent être utilisés pour concentrer les signaux émis depuis un réseau de capteurs vers des emplacements spécifiques. En ce qui concerne les signaux reçus sur un réseau de capteurs, les beamformers améliorent la détection en additionnant de manière cohérente les signaux à travers les éléments des réseaux. Les beamformers conventionnels ont des pondérations fixes tandis que les beamformers adaptatifs ont des pondérations qui réagissent à l'environnement. En ce qui concerne les signaux à bande étroite, le beamforming peut souvent être réalisé en multipliant les entrées de capteur avec une exponentielle complexe avec un déphasage approprié. Dans le cas des signaux à large bande, la direction n'est plus fonction d'une seule fréquence et l'opération doit parfois s'appliquer sur plusieurs bandes de fréquences.

Performance du beamforming

Le développement d'un beamformer et l'évaluation des différents algorithmes ne constituent qu'une première étape avant de pouvoir atteindre les performances requise pour un système de télécommunications ou un radar. Pour évaluer la performance, le beamformer doit être intégré dans un modèle de niveau système et évalué sur une multitude de combinaisons de paramètres, de directions et de canaux. Un autre défi implique des compromis au niveau système entre l'exécution du beamforming dans le domaine RF et/ou dans le domaine numérique en bande de base. Il est préférable d'effectuer toutes ces activités le plus tôt possible dans le processus de design.

Le beamforming avec MATLAB et Simulink

MATLAB® et Simulink® proposent un ensemble complet d'outils et d'algorithmes de modélisation et de simulation nécessaires pour concevoir, tester et intégrer des beamformers, ainsi que pour procéder à des analyses complètes au niveau système. Une fois le beamformer conçu, vous pouvez le déployer sous forme de code C ou HDL dans votre système avec MATLAB Coder™, Simulink Coder™ et HDL Coder™.

Pour en savoir plus sur le beamforming, consultez Phased Array System Toolbox™ et Communications Toolbox™.


Exemples et démonstrations

Intégration de modèles d'antennes et RF

Synthèse de diagramme et beamforming adaptatif

Systèmes de communications MIMO

Sonar et acoustique

Déploiement HDL pour les beamformers

Voir aussi: télécommunications, LTE Toolbox, WLAN Toolbox, Communications Toolbox, Phased Array System Toolbox, Antenna Toolbox, système RF, radio logicielle, design et codesign FPGA, OFDM, massive MIMO, modélisation de canal, design de systèmes radar, technologie sans fil 5G