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Was ist Beamforming (Strahlformung)?

Eine Technik, die die Phase (und Amplitude) jedes von mehreren nebeneinander angeordneten Antennenelementen so einstellt, dass sich die Funkwellen beim Senden oder Empfangen in einer bestimmten Richtung gegenseitig verstärken. Werden die Phasen elektronisch verändert, lässt sich die Strahlungskeule schwenken, ohne die Antenne zu bewegen (phasengesteuerte Gruppenantenne). Neben dem Ausgleich der großen Ausbreitungsdämpfung in Millimeterwellenbändern wird sie in 5G-Basisstationen und im WLAN eingesetzt, um jedem Endgerät eine Keule zuzuordnen, die Empfangsleistung zu erhöhen und Störungen zu verringern.

Japanische Bezeichnung: ビームフォーミング

„Beamforming (Strahlformung)“ kommt in 3 Übungsfragen aus 1 Themen vor, z. B. Grundlagen der Funkkommunikation.

Fachgebiet: Grundlagen der Funkkommunikation

Jetzt üben: Fragen zu Beamforming (Strahlformung)

Was ist der zutreffendste Hauptgrund dafür, dass in Basisstationen und Endgeräten für 5G-Millimeterwellen Beamforming mit Gruppenantennen aus vielen Elementen eingesetzt wird?

  1. AWegen der kurzen Wellenlänge passen viele Elemente auf eine kleine Fläche, und der hohe Gewinn einer scharf gebündelten Keule gleicht die große Ausbreitungsdämpfung aus
  2. BIn Millimeterwellenbändern tritt überhaupt keine Mehrwegeausbreitung auf, daher muss die einmal festgelegte Strahlrichtung nie geändert werden
  3. CMehr Antennenelemente verringern die Ausbreitungsdämpfung auf dem Übertragungsweg selbst
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Antwort: A. Wegen der kurzen Wellenlänge passen viele Elemente auf eine kleine Fläche, und der hohe Gewinn einer scharf gebündelten Keule gleicht die große Ausbreitungsdämpfung aus

Antennenelemente werden üblicherweise im Abstand von etwa einer halben Wellenlänge angeordnet; bei Millimeterwellen mit Wellenlängen um 1 cm passen daher einige Dutzend Elemente auf eine Fläche von wenigen Zentimetern im Quadrat. Je mehr Elemente, desto schärfer die Keule und desto höher der Gewinn in ihrer Richtung, was die große Ausbreitungsdämpfung von Millimeterwellen ausgleicht. Weil die Keule schmal ist, muss ihre Richtung jedoch neu gesucht und nachgeführt werden, wenn sich das Endgerät bewegt oder ein menschlicher Körper sie abschattet. Auch in Bändern unter 6 GHz wird Massive MIMO mit vielen Elementen an der Basisstation eingesetzt, um per räumlichem Multiplexing gleichzeitig mit vielen Endgeräten zu kommunizieren.

„Beamforming (Strahlformung)“ in den Erläuterungen

Fragen mit „Beamforming (Strahlformung)“ (3)

  1. Was ist der zutreffendste Hauptgrund dafür, dass in Basisstationen und Endgeräten für 5G-Millimeterwellen Beamforming mit Gruppenantennen aus vielen Elementen eingesetzt wird?
  2. Welche Beschreibung trifft allgemein auf Funkwellen in Millimeterwellenbändern wie dem in 5G genutzten 28-GHz-Band im Vergleich zu Bändern unter 6 GHz zu?
  3. Welche Technik passt die Phase (und Amplitude) des von jedem von mehreren Antennenelementen gesendeten Signals an, sodass sich die Funkwellen in einer bestimmten Richtung gegenseitig verstärken?

Verwandte Begriffe

MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) BLE (Bluetooth Low Energy) Direktmischempfänger (Direct Conversion) Fading (Schwund) Freiraumdämpfung Hidden-Station-Problem Link-Budget LPWA (Low Power Wide Area) NFC (Near Field Communication) OFDM (orthogonales Frequenzmultiplexverfahren)

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