Beam Forming & Beam Steering (Technik)

Kuddel, Dienstag, 04.09.2018, 21:26 (vor 2275 Tagen) @ H. Lamarr
bearbeitet von Kuddel, Dienstag, 04.09.2018, 22:20

Ist z.B. das Steering auf die eine Keule mit maximaler Richtwirkung und Reichweite begrenzt oder lassen sich damit auch durch Beam Forming gewonnene vier oder acht schwächere Keulen eines Antennenarrays sequenziell so lenken, dass sie dann entsprechend vielen Nutzern noch immer folgen können?

Im Beitrag wird ja darauf hingewiesen, das eine Zelle maximal 20..30 Nutzer gleichzeitig mit Daten versorgen kann, was nicht bedeutet, dass viel mehr Nutzer eingebucht sind, aber passiv bleiben bzw nur gelegentlich einen Zeitschlitz bekommen. Sofern mehr Nutzer Daten haben wollen, werden diese dann in Zeitschlitzen nacheinander bedient.

Die Vorstellung eine scharf gerichteten Strahls an sich ist bereits eine extrem starke Vereinfachung, wie sie "Pressestellen" zur "Anschauung" verwenden.

Der einzige Fall, wo tatsächlich extrem scharf gebündelte Sendekeulen auftreten können, sind quasi hindernisfreie "Überland"-Sichtverbindungen.
In der Praxis (in Städten) ist es aber meist so, dass das Endgerät keine direkte Sichtverbindung hat.
Vielmehr ist es so, dass das "System" in der Lage ist, gezielt auch über verschiedene Wege reflektierte Wellen am Endgerät gebündelt ankommen zu lassen, also z.B. zwei oder 3 "grobe" Strahlen über Reflexionen "um die Ecke", z.B.über Gebäudewände quasi wie durch Zauberei am Endgerät so zusammentreffen zu lassen, dass sie sich zusammen konstruktiv in einem scharfen Punkt überlageren.

Das war auch in dem Youtube Beitrag bei Minute 16:41 bereits unter dem Aspekt "Spatial Multiplexing" angedeutet, wobei die gleichen Prinzipien aber auch bei "Beamforming" oder "Beam Steering" zur Anwendung kommen

Wie man in der Grafik leicht erkennt, sendet die Basis (in diesem ebenfalls vereinfachten "Strahlen" Beispiel) vier schwächere Strahlen in völlig verschiedene Richtungen, die sich dann wie durch Zauberei an zwei Endgeräten zu einer scharfen "Spitze" bündeln

Es hört sich an wie "Zauberei", aber diesen Trick bewirkt ein an sich recht einfacher, quasi selbstlernender Algorithmus.
Das Endgerät (Mobiltelefon, oder IOT Gerät) sendet zunächst ein Signal zur Basis. Die Basis "merkt" sich, mit welchem Betrag und Phase das Singal empfangsmäßig in ihren 200 Antennen ankommt (bzw =aus welchen Richtungen die "Strahlen" des Mobilgerätes ankommen) und verwendet im Sendefall exakt die gleichen Phasen und Beträge an den jeweils 64 besten der 200 Antennen.
Das bewirkt, dass die Basis quasi exakt die gleichen Wege (über verschiedene Reflexionen) "zurück" zum Endgerät verwendet, auf welchen das Endgerät die Basisstation erreicht hatte.
Von aussen betrachtet, wenn man die Strahlen "sichtbar" machen könnte, würde man 4 schwächere "Keulen" in verschiedene Richtungen "sehen", die über Reflexionen schliesslich bei 2 Endgeräten " ankommen".

Mann kann sich nun leicht vorstellen dass , wenn nun 20 um die Basis verteilte Nutzer gleichzeitig bedient werden, welche keine direkte "Sichtverbindung" haben, die Basis ihre zur Verfügung stehen Sendeleistung von 30..50 Watt pro Zelle, eher "diffus'" abstrahlen wird, anstatt in "Laser-scharfen" "Strahlen", wie sie Herr Jakob so gerne in seinen Bildchen zeigt.

Laserscharfe "Strahlen" gibt es nur in Pressebildchen zwecks "Veranschaulichung" der Prinzipien gegebüber Laien.
In der Praxis können stark gebündelte "Keulen" (mit maximalem "Beamforming Gewinn") in bestimmten Konstellationen vorkommen, insbesondere wenn nur wenige weit entfernte Endgeräte bei Überlandverbindungen versorgt werden (sie definieren daher den "Grenzwert-Fall"), oder wenn sich sämtliche Nutzer in einem Gebäude aufhalten, so dass nur ein Teil eines Sektors (nämlich das Gebäude) "beleuchtet" wird.
Die Leistungsflußdichte "folgt" quasi den Nutzern wie ein "Spot-Light".

Sind die Nutzer aber in einer Stadt zahlreich und gleichmäßig um eine Basis verteilt, dann strahlt die Basis eher "omnidiretional & diffus" a, weil der Algorithmus "bestrebt" ist, nur die Nutzer "zu beleuchten" und alles drumherum "unbeleuchtet" zu lassen.
K

Tags:
Antenne, Beamforming