波束成形源于自适应天线的一个概念。接收端的信号处理，可以通过对多天线阵元接收到的各路信号进行加权合成，形成所需的理想信号。从天线方向图(pattern)视角来看，这样做相当于形成了规定指向上的波束。例如，将原来全方位的接收方向图转换成了有零点、有最大指向的波瓣方向图。同样原理也适用用于发射端。对天线阵元馈电进行幅度和相位调整，可形成所需形状的方向图。
如果要采用波束成形技术， 前提是必须采用多天线系统。例如，多进多出（MIMO），不仅采用多接收天线，还可用多发射天线。由于采用了多组天线，从发射端到接收端无线信号对应同一条空间流， 是通过多条路径传输的。在接收端采用一定的算法对多个天线收到信号进行处理，就可以明显改善接收端的信噪比。即使在接收端较远时，也能获得较好的信号质量。
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Wi-Fi标准一直致力于提升无线的传输速率，尤其是从Wi-Fi 4（802.11n）开始引入了MIMO和波束成形技术，让传输速率提升到了数百兆，提升了1个量级。
让我们看下面的两个图。有两个天线系统，让我们假设两个天线发射的总能量完全相同。
在 Case 1中，天线系统在所有方向上辐射的能量几乎相同。天线周围的三个UE将接收几乎相同数量的能量，但是浪费了大部分未定向到那些UE的能量。
在 Case2中，辐射方向图（“光束”）的信号强度被特别地“形成”，使得指向UE的辐射能量比不指向UE的其他部分更猛烈。
MIMO技术通过多天线传输，带来传输速率的成倍增长。但在实际应用中STA（无线终端）往往只有1到2个天线，这使得STA无线终端发送和接收信号的收益有所差异。STA无线终端向AP发送信号时，AP可以利用自己的多天线系统增强接收增益，获得更好的信号强度；AP向STA无线终端发送信号时，如果仅使用对应数量的天线发送信号，则无法利用多天线带来的增益。为了解决这一问题，通过引入波束成形技术，可以增强STA接收到的信号强度，从而使AP和STA可以协商出更高的传输速率。
为了充分利用AP的多天线资源，Wi-Fi 5（802.11ac）又引入了MU-MIMO技术，使AP可以同时向多个STA发送信号，有效提升了无线的传输效率。MU-MIMO也需要波束成形技术，波束赋形使AP的多天线信号叠加后，让各STA仅收到自己的信号，消除其他STA无线终端信号，避免干扰。Wi-Fi 6（802.11ax）在Wi-Fi 5的技术上进一步增加了MU-MIMO的多用户数量，这些都离不开波束成形技术的使用。
波束赋形/波束成形也可以看作是一个空间的高级过滤器，把天线辐射的能量集中起来。这一特殊功能形成特定的波束并通过波束进行数据传输。光束的形状和方向取决于使用哪种功能。这种特殊功能通常称为波束赋形/波束成形或空间滤镜。应用相同的映射功能或空间滤镜意味着它会形成相同的光束（即，相同的方向，相同的形状，相同的光束功率）。如下图所示：
形成波束的最简单方法是将多个天线排列成阵列。对齐这些天线天线元件的方法有很多，但是最简单的方法之一就是沿一条线对齐天线，如以下图所示。您应该在这里看到的直观想法是，在阵列中放置更多天线元件时，您将获得更清晰的波束。
注意：此示例图是由Matlab PhaseArrayAntenna创建
将元素排列在数组中的另一种方法是将元素排列在二维正方形中，如下图。您应该在这里看到的直观想法是，在阵列中放置更多天线元件时，您将获得更清晰的波束。
现在让我们考虑另一种二维数组，其中数组的形状不是正方形，如下所示。您可以得到的直觉是，光束沿更多元素的轴压缩得更多。
使用多天线即形成一个窄天线波束。相干驱动天线（在天线元件之间会有适当的相位时延）可以形成信号波束。相控阵天线能够使用波束赋形/波束成形网络 (BFN) 中出现的时延，产生沿特定方向传播的均匀波前。均匀波前可以使一组低方向性的天线在发射或接收应用中表现得像高方向性天线一样。信道之间的相位时延决定了天线方向图，如下图所示。时延则改善了接收机的信噪比并降低了该区域的整体干扰。
在传统的波束成形应用中，通过对每条信号路径进行复数加权 (幅度和/或相位) 来控制天线阵以便在无线链路上获得最佳信噪比 (SNR)，之后，同时从每个天线阵元传输相同的信号或数据符号。在针对空间分集或者空间复用进行优化的波束赋形器中，每个天线阵元同时传输两个数据符号的加权组合。
波束赋形/波束成形技术要求发射机端了解信道特性，在此情形下，可能需要在接收机处对信道进行测量，并将信息发送回发射机。发射机端的信道信息可以是完整的，也可以是不完整的。完整的信道信息意味着发射机知道信道矩阵 [H]。不完整信息可能是指瞬时信道的一些参数，例如信道矩阵的条件数或者与发射和/或接收相关特征关联的统计属性。条件数是最大奇异值与最小奇异值之比。条件数提供对矩阵求逆的精度指示，而这一精度决定了 MIMO复用技术的适用程度。条件数接近 1 (0 dB) 表示良态矩阵，而大于 6 dB 的值表示定义不清的信道矩阵。信号分析仪 (例如 Keysight 89600 系列矢量信号分析仪) 可以直接测量 MIMO条件数。
一种利用发射机端信道信息的预编码框架如下图所示。将待发射符号 s0、s1、s2 和 s3 ... 乘以一个加权函数，这个加权函数可以理解为 "波束赋形器"。在应用预编码加权后，作为空间复用，同时从两个发射天线发射两个独立的数据流。如图 14 所示，在第一个符号时间内，从上部天线发射的数据 x0 是前两个数据符号 s0 和 s1 的线性组合。在同一时间内，下部天线发射表示这两个符号不同组合的数据 x1，从而有效地使数据速率加倍。这里，发射数据与输入符号的关系由下式表示。
将 2x2 预编码矩阵表示为 [W]，然后用矩阵形式将发射的信号关联
对于这种预编码方案，传输速率的增加数量也与发射 — 接收天线对数成正比，这一点与上文讨论的空间复用相同，但是这种方案在发射机端增加了灵活性，可以优化无线信道的信号传输，这种附加灵活性也可以提高系统的性能。
图. 波束赋形发射编码器。
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