Beamformingtechnieken

Beamformingtechnieken zijn signaalverwerkingstechnieken die met behulp van een array van sensoren of antennes de ontvangst of uitzending in een gewenste richting kunnen richten. Door tijdvertragingen en gewichten toe te passen op de signalen die door de afzonderlijke elementen zijn opgevangen of uitgezonden, ontstaat een richtinggebonden patroon dat in die richting versterkt en in andere richtingen onderdrukt kan worden. Zo kan de bemonstering van signalen in ruimte efficiënter plaatsvinden en interferentie worden geminimaliseerd.

Afhankelijk van de implementatie worden beamformingtechnieken onderverdeeld in analoge (RF) beamforming, digitale beamforming en hybride varianten. Analoge beamforming past fasering en amplitudes toe in de hardware voordat signalen digitaal worden verwerkt, terwijl digitale beamforming de signalen na ontvangst digitaal bewerkt en vaak flexibelere aanpassingen mogelijk maakt. Hybride systemen combineren beide benaderingen.

Veelgebruikte methoden zijn onder andere de conventionele (delay-and-sum) beamforming, waarbij signals worden vertraagd zodat ze in één richting coherente som veroorzaken. Adaptieve beamforming zoals MVDR (Capon) en minimum-variance-LCMV past de stralingspatronen aan om verstoring en ruis tegen te gaan. High-resolution methoden zoals MUSIC en ESPRIT bieden hogere richtingresolutie. Voor bredebandtoepassingen bestaan true-time-delays of frequentiegedominateerde benaderingen; synthetische apertuur- en digitale scanningtechnieken vergroten het effectieve openingsgebied.

Toepassingen stammen uit onder meer telecom en radar, acoustiek (kamer- en ruimtelijke akoestiek), sonar, medische beeldvorming (ultrasound) en radioastronomie. Belangrijke overwegingen zijn calibratie, mutual coupling tussen elementen, ruisniveaus en robuustheid tegen modelfouten.