ระบบการสื่อสารในอดีตไม่สามารถตอบสนองต่อความต้องการของผู้ใช้ได้ เนื่องจากหลายสาเหตุ เช่น ความหนาแน่นของการเชื่อมต่อสื่อสาร ขีดจำกัดของความถี่ที่ใช้ และสัญญาณรบกวน (Noise) ที่สูง เป็นต้น ในปัจจุบันได้มีการพัฒนาเทคนิค Beamforming เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดสัญญาณรบกวนให้ต่ำที่สุด พร้อมทั้งยังคงรักษาความสามารถในการเชื่อมต่อสื่อสารได้อย่างมั่นคง ด้วยเทคนิค Beamforming นี้ สามารถยกระดับคุณภาพการสื่อสารให้ดีขึ้นและลดการสูญเสียของสัญญาณระหว่างการเชื่อมต่อ ทั้งในระบบการสื่อสารดาวเทียมและเทคโนโลยี 5G รวมถึงการใช้คุณสมบัติของเสาอากาศให้เหมาะสม เพื่อรักษาคุณภาพของสัญญาณโดยไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมในบริเวณที่ใช้สื่อสาร

เครือข่าย 5G

เทคโนโลยี 5G มีบทบาทในการสื่อสารปัจจุบันเป็นอย่างมาก ทั้งปริมาณข้อมูลที่มีจำนวนมากและการเชื่อมต่อที่ใช้ความเร็วสูง อีกทั้งการใช้สายอากาศประเภท MIMO  ในการรับส่งข้อมูล ดังนั้นจึงจำเป็นต้องกล่าวถึงความต้องการของโครงสร้างพื้นฐานในการเชื่อมต่อ และคุณลักษณะเฉพาะที่สำคัญของเครือข่าย 5G ดังนี้

ลักษณะโครงข่ายต้องรองรับการรับและส่งสัญญาณในหลายรูปแบบ เช่น การเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตแบบคลาวด์ การสื่อสารผ่านดาวเทียม หรือการเชื่อมต่ออื่น ๆ

รองรับการใช้งานในลักษณะ RAN (Random Access Network) เพื่อให้สามารถเชื่อมต่อได้หลากหลายรูปแบบ

การออกแบบต้องสนับสนุนการติดตั้งและใช้งานระหว่างผู้ใช้กับการบริหารจัดการข้อมูล (Database) ในรูปแบบต่าง ๆ

เทคนิค Beamforming 

โดยทั่วไป การใช้เทคนิค Beamforming นั้นจะใช้สายอากาศในการควบคุมทิศทางของการแพร่คลื่นโดยมีการปรับแต่งขนาดและเฟสของสัญญาณจากสายอากาศแต่ละอะเรย์ (Arrays) กล่าวคือ สัญญาณเดียวกันแต่สามารถส่งออกมาได้จากหลายๆอะเรย์ ซึ่งต้องมีระยะห่างระหว่างกันอย่างน้อย ½ ของความยาวคลื่น ในส่วนของภาครับนั้น ภาครับสามารถรับสัญญาณเดียวกันที่ส่งออกมาจากอะเรย์       ที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงทำให้เกิดบีมขึ้นซ้ำกันหลายครั้ง ส่งผลให้สามารถครอบคลุมการสื่อสารได้ในบริเวณนั้นๆได้

การใช้เทคนิค Digital Beamforming

สัญญาณจะถูกทำการเข้ารหัส (Pre-coding) ทั้งการมอดูเลชั่นขนาดและเฟสในเบสแบนด์ก่อนทำการส่งผ่าน RF Transmission ด้วย RF chian โดยแต่ละผู้ใช้หรือ User สามารถจัดการบีมแต่ละบีมได้ (One per Each User) ในการสร้างบีมแบบดิจิตอลนั้นจะช่วยให้สามารถเพิ่มปริมาณของพื้นที่ในการสื่อสารได้มากขึ้น ลดสิ่งรบกวนหรือสัญญาณีบกวนต่างๆ ได้ อีกทั้งสามารถสื่อสารในวลาและความถี่เดียวกันได้

การใช้เทคนิค Analog Beamforming

ในการสร้างบีมนั้นต้องจัดการบีมโดยรวมหรือเป็นเซ็ตหรือรูปแบบเดียวกัน ซึ่งเฟสนั้นจะถูกควบคุมโดยตัวเฟสชิฟเตอร์ (Phase Shifter) ดังนั้นการสร้างบีมแบบอนาล็อกมีผลต่อรูปแบบของบีมและ Gain ของสายอากาศ ซึ่งอาจะมีผลกระทบต่อการสูญเสียพลังงานได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อมีการใช้งานในรูปแบบของความถี่ mm-WAVE 5G 

การใช้เทคนิค Hybridge Beamforming

เป็นการสร้างบีมที่นำเอาการสร้างบีมแบบอนาล็อกและการสร้างบีมแบบดิจิตอลมารวมกันจึงเรียกว่า การสร้างบีมแบบผสมผสานหหรือไฮบริดจ์ โดยหลักทั่วไปคือใช้การสร้างบีมแบบอนาล็อกเพื่อให้บีมแบบหยาบๆ จากนั้นใช้เทคนิค Beamforming แบบดิจิตอลปรับให้มีความเหมาะสมมากยิ่งขึ้น ยกตัวอย่าง เช่น สายอากาศในส่วนของ MU-MIMO หรือ SU-MIMO

การใช้เทคนิค Switch Beamforming

คือการสร้างบีม โดยที่ผู้ใช้ หรือระบบสามารถเลือกหรือสลับแต่ละบีมได้ เพื่อที่จะสร้างบีมให้เป็นต้นแบบหรือรูปแบบ ที่มีทั้ง Main lobe และ Side Lobe ที่ต้องการได้ ยกตัวอย่าง เช่น การสร้างบีมที่ได้รับความนิยมและเป็นที่รู้จักคือ Butler Matrix เป็นต้น

การใช้เทคนิค Massive MIMO Beamforming 

การสร้างบีมแบบ Massive MIMO นั้น คือการใช้สายอากาศหลายๆอันมาสร้างเป็นบีม เพื่อให้สามารถเพิ่มขนาดความสัญญาณ  (SINR: Signal to Noise Raio) และสามารถส่งไปถึงภาครับได้ ซึ่งสามารถกระทำได้ 2 วิธีดังนี้

การปรับเพิ่มอัตราส่วนของสัญญาณให้สูงสุดและการปรับแต่งบีมระหว่างภาคส่งและภาครับ (Maximum Ratio Transmission) ในการปฏิบัติจริง คือการใช้ ระบบ Time Division-Duplexing (TDD) ในการแชร์ การส่งข้อมูล (Uplink) และการรับข้อมูล (Downlink) ในย่านเดียวกันนั่นเอง โดยในภาครับนั้นจะส่งสัญญาณนำไปก่อน (Pilot Signal) ถึงสถานีภาคพื้นเพื่อให้สามารถปรับแต่งและสร้างบีมที่ดีที่สุดได้

การเข้ารหัส  (Pre Coding Table) คือการให้ผู้ใช้นั้นสามารถเลือกบีมก่อนล่วงหน้าซึ่งมีหลายวิธีการเพื่อให้ได้สัญญาณที่มีเข้มที่สุด เช่น การใช้ Codebooks  เป็นต้น

‍