波束形成是一種用於蜂窩通訊和其他應用的成熟技術。波束形成最初是基於各種模擬訊號鏈技術和過程發展起來的。一般來說，波束形成將天線陣列元素組合在一起，以控制的角度引導訊號，使特定接收機能夠接收達到最大訊號。

模擬波束形成可以提高發射機和接收機的空間選擇性和效率。然而，它仍然受到基於數字技術增強模擬處理的下一代波束形成技術的限制。數字波束形成或混合數字/模擬波束形成可以克服模擬波束形成的侷限性，包括:

天線元件由單個數據流饋電，限制了資料速率;

靈活性不高;

可用光束的數量在硬體中是固定的；

由於針對數字域中的每個天線優化了不同的訊號，因此數字波束成形可以克服這些限制並提供更大的靈活性。透過數字波束形成，不同的功率和相位可以分配到不同的天線和不同頻段。此外，數字波束形成支援空間多路複用，使不同頻段(子載波)具有不同的指向性。頻域波束形成包括支援不同子載波的不同波束的能力，但頻域波束形成的實現需要數字波束形成。

在時域波束形成的情況下，相同的波束應用於整個頻率載波。時域波束形成通常用模擬波束形成技術來實現，雖然它也可以用數字波束形成來實現。但有一些技術限制阻礙了數字化波束形成的全面採用。

如今，全毫米波數字波束形成的兩個重要問題是基帶處理器的成本和電力需求。為了減少這些擔憂，必須用低解析度的轉換器實現全毫米波數字波束形成，以保持前端的功耗在一個可管理的水平下。因此，從全數字方法所期望的空間多路複用增益只能以不可接受的訊號退化代價來實現。

更糟糕的是，今天的通訊協議都是基於使用模擬或混合波束形成的假設來設計的。這限制了充分利用數字波束形成的潛在優勢的能力。在未來，控制和資料通道協議的規範可能會被修改，使全數字波束形成能夠交付所需的低延遲通訊和高質量的服務(QoS)。

針對全數字波束形成或全模擬波束形成存在的問題和侷限性，一種有前景的解決方案就此誕生——混合波束形成。混合波束形成使用基帶數字處理和射頻域模擬處理的組合。幾種混合波束形成解決方案正在開發中，在數字域和模擬域之間以及域內採用不同的系統劃分方法。以尋求數字基帶處理與模擬射頻訊號鏈處理的最佳組合。

在RF域內，數字基帶處理與模擬移相器相結合的可觸混合波束形成結構

在眾多可能的混合波束形成體系中，兩個例子是全連線體系和子連線體系。在全連線結構中，每個射頻鏈與所有天線相連。每個數字收發器的傳輸訊號透過一個專用的射頻路徑(帶有混頻器，功率放大器，移相器等)。它在連線到天線之前被疊加。該方法具有較高效能，但同時也帶來了較高的複雜性和能耗。使用這種方法的每臺收發機實現全波束形成，預計可用於基站和類似的固定安裝。

另一種被稱為子連線波束形成體系結構的方法更適合於手機和其他應用程式，如汽車。在子連線波束形成中，每個射頻訊號鏈僅連線到可用天線的一個子集。這使得子連線架構更簡單、更節能，但它的頻譜效率較低，不適合頻譜效率很重要的大型安裝領域。

目前，為了補充現有的模擬和混合方法，研究人員還在開發波束形成和毫米波傳輸的新技術。例如，全息波束形成也可以在軟體控制下塑造天線的無線電模式。你可以認為這是一種軟體定義的天線。最近開發的電子掃描天線技術，稱為超材料表面天線技術，是基於衍射超材料的概念，利用高雙折射液晶實現電子掃描。

除了超材料天線和全息波束形成，還有人對開發超材料來製造用於5G和未來6G網路的智慧、數字控制反射面感興趣。但使用智慧反射面來控制無線傳播環境是一大挑戰。為此研究人員就要開發一種二維的超材料陣列的智慧反射面，它可與電磁波的相互作用可以被控制，例如透過調節表面阻抗的變化。在6G中，這些表面可以將無線訊號從發射機定向到接收機。最終的設想是根據無線訊號資料來描述智慧反射表面的行為，並開發一種控制演算法來配置反射表面，以幫助無線通訊。

5G通訊的數字波束形成和相關技術發展迅速。這些技術以及智慧控制反射面等相關技術預計將成為設計未來5G安裝的重要元素。