Caractéristiques principales du beamforming
- Un signal orienté : plusieurs éléments d’antenne travaillent ensemble pour favoriser certaines directions de transmission ou de réception.
- Des réglages électroniques : le faisceau peut être orienté sans déplacer physiquement les antennes.
- Des usages en Wi-Fi et sur mobile : cette technique vise à améliorer la liaison radio dans les équipements qui la prennent en charge.
- Des gains variables : elle peut améliorer le signal reçu et les débits, mais ne garantit ni une portée précise ni la disparition des interférences.
Comment les antennes forment-elles un faisceau ?
Les ondes émises par plusieurs éléments d’antenne se superposent. En ajustant leur phase, c’est-à-dire le décalage entre leurs oscillations, et éventuellement leur amplitude, l’équipement fait en sorte qu’elles se renforcent davantage dans certaines directions. À la réception, il peut aussi combiner les signaux captés pour mieux distinguer la transmission recherchée.
Le faisceau n’est pas un rayon parfaitement isolé : du signal reste présent ailleurs. Les ondes peuvent également atteindre un appareil par plusieurs trajets, notamment après réflexion sur des obstacles. Les réglages s’appuient sur des mesures de la liaison radio ; une position GPS du téléphone n’est pas nécessaire.
À quoi sert le beamforming en Wi-Fi et en 5G ?
En Wi-Fi 5 (802.11ac), le beamforming explicite repose sur un échange d’informations entre le point d’accès et l’appareil connecté pour adapter la transmission. Les deux doivent prendre en charge ce mécanisme. Des variantes dites implicites estiment la liaison sans ce retour dédié du client (leur fonctionnement dépend du constructeur).
Par exemple, une box compatible peut ajuster les signaux destinés à un ordinateur pour améliorer sa réception. Le bénéfice dépend du matériel et de l’environnement.
Sur les réseaux 5G NR, les antennes peuvent utiliser de nombreux éléments pour former des faisceaux adaptés aux communications. Des faisceaux de signalisation permettent aussi aux appareils de découvrir le réseau : tout le rayonnement n’est donc pas un faisceau étroit réservé à un seul téléphone.
Le beamforming concerne la liaison radio. Il n’est pas réservé à la 5G SA : il peut aussi être employé en 5G NSA. La distinction SA/NSA porte sur l’architecture du réseau, pas sur ce principe d’antenne.
Quelle différence avec le MIMO et le Massive MIMO ?
Le MIMO (Multiple Input, Multiple Output, ou entrées et sorties multiples) utilise plusieurs antennes à l’émission et à la réception. Il peut notamment transmettre plusieurs flux de données simultanément : c’est le multiplexage spatial. Le beamforming façonne la transmission ou la réception de ces signaux. Les deux techniques se combinent, mais former un faisceau ne signifie pas forcément transmettre plusieurs flux.
Le Massive MIMO emploie un grand nombre d’éléments d’antenne pilotables. Il permet de former des faisceaux et, lorsque les conditions le permettent, de servir plusieurs utilisateurs sur les mêmes ressources radio. Son intérêt dépend notamment de la propagation et des interférences entre utilisateurs.
Analogique, numérique, hybride ou adaptatif : que signifient ces termes ?
- Analogique : les réglages sont appliqués aux signaux radio par des composants électroniques, comme des déphaseurs.
- Numérique : les signaux sont combinés ou préparés par calcul numérique, avant l’émission ou après la réception.
- Hybride : une partie du traitement est numérique et une autre analogique.
Le terme adaptatif décrit autre chose : les réglages évoluent à partir des mesures, par exemple quand la liaison ou les interférences changent. Il ne constitue donc pas une quatrième architecture exclusive des trois précédentes.
Quelles sont les limites du beamforming ?
Le beamforming ne supprime pas l’atténuation due à la distance et aux murs. Il ne garantit pas non plus une baisse du temps de réponse, une autonomie accrue ou un débit fixe. Une meilleure liaison radio ne résout pas, à elle seule, une saturation du réseau ou une limite de l’accès Internet.
Il ne faut pas le confondre avec un réseau Wi-Fi Mesh, qui répartit plusieurs points d’accès dans un logement. Les deux peuvent se compléter : le beamforming agit sur les signaux, le Mesh sur l’organisation de la couverture.
Pour observer les performances à un endroit donné, notre test de débit mesure la connexion de bout en bout. Il ne permet toutefois pas d’isoler le gain du beamforming ni de confirmer que cette fonction est active.