背景與演進

波束成形融合天線陣列與數位訊號處理，實現定向收發。早期用於軍用雷達/聲納（60 年代），受限於半導體工藝未民用化。802.11n/ac/ax 時代，為突破吞吐與覆蓋瓶頸，波束成形重獲新生。

基本原理

• 接收端：多天線訊號加權合成，形成指向性波束，抑制干擾，提升 SNR。
• 發射端：調整各天線饋電振幅相位，合成指向性輻射圖，將能量聚焦至目標方向。
• 前提：必須採用多天線系統（MIMO），空間流數 = min(發射天線數, 接收天線數)。

應用實例：Marvell Avastar 4x4-3SS 802.11n/ac

• 支援 4 發射 × 4 接收，3 空間流，物理速率 450 Mbps。
• DSP 實現波束成形，無需額外專用硬體。
• 雙頻 AP（2.4/5 GHz）、20/40/80 MHz、低功耗、藍牙共存抗干擾。

工作流程（顯性波束成形）

1. AP 週期性發送探測訊號（Sounding）。
2. 客戶端估算信道矩陣（CSI）回饋給 AP。
3. AP 依 CSI 計算預編碼矩陣，發射波束成形資料幀。
4. 客戶端方向增益增強，覆蓋距離延伸，隨距離增長優勢非線性遞增。

顯性 vs 隱性波束成形

類型	雙端需支援	增益	實現複雜度
顯性	是	最大（距離+鏈路健壯度）	高（需 CSI 回饋機制）
隱性	僅發射端	中等	低（客戶端無感）

發展趨勢與挑戰

• 空間流：1×1 → 2×2 → 3×3 → 4×4 主流，未來 8×8。
• 工藝：90nm → 55nm → 40nm → 28/14nm，積成度提升降低功耗。
• 802.11ac 納入標準，Wi-Fi 認證仍列選項，未來或成必選。
• 挑戰：高速基頻處理、多天線 RF 前端成本、功耗與散熱平衡。

波束成形不改變天線物理結構、不增加無線子系統，卻能以數倍於 STBC/LDPC 的效益提升效能，是下一代 Wi-Fi 核心競爭力。