Beamforming

Кожен може спробувати кинути камінь у воду, будуть хвилі, що поширюються убік. Якщо ви кинете ще один камінь, два види хвиль перекриватимуться. Якщо ви кидаєте ще більше каміння, ці кругові хвилі будуть розбиті, тому що вони заважають один одному. Це схоже на сьогоднішні бездротові перешкоди: так багато бездротових пристроїв ( маршрутизаторів або точок доступу) поширюють сигнал у всій області, і ці сигнали подібні до хвиль, що заважають один одному. Чим більше їх, тим нестійкішим буде ваше інтернет-з'єднання, що викликає проблеми.

Сучасні бездротові пристрої часто обіцяють технологію «формування променя» - Beamforming для покращення прийому Wi-Fi і зменшення перешкод. Але що таке формування променя, як воно працює, і чи справді це корисно?

Основи формування променя

У дуже спрощених поясненнях формування променя пов'язані з фокусуванням сигналу Wi-Fi у напрямі.

Традиційно, коли ваш маршрутизатор/точка доступу передає сигнал Wi-Fi, він передає дані у всіх напрямках. p align="justify"> При формуванні променя маршрутизатор визначає, де знаходиться ваш пристрій - ноутбук, смартфон, планшет або щось ще - і проектує сильніший сигнал у цьому конкретному напрямку.

Beamforming обіцяє швидкий, сильніший Wi-Fi-сигнал з більшим діапазоном для кожного пристрою. Замість того, щоб просто транслювати у всіх напрямках, маршрутизатор/точка доступу намагається широкомовити бездротові дані, призначені для пристрою, що є оптимальним для пристрою.

Отже, кінцевий результат формування променя – найкращий сигнал Wi-Fi ваших пристроїв.

802.11ac vs 802.11n

Beamforming, свого роду був частиною специфікації 802.11n. Але для цього потрібно, щоб обидва пристрої – точка доступу (маршрутизатор) та клієнт – підтримували однакове формування променя. Не було стандартного способу і виробники пристроїв виробляли свої власні реалізації. В результаті технологія ніколи не використовувалася, тому що не було жодної гарантії, що будь-які пристрої 802.11n були б сумісні один з одним, навіть якщо обидва були б Beamforming.

Завдяки специфікації 802.11ac було виправлено. Існує стандартний спосіб формування діаграми спрямованості і будь-які пристрої 802.11ac, які підтримують формування діаграми спрямованості, будуть працювати з іншими, які також це роблять. По суті, пристрої 802.11ac, такі як ваш маршрутизатор і ноутбук можуть взаємодіяти один з одним і надавати інформацію про їх відносні позиції.

Типи формування променя

Існує два типи Beamforming: неявний (implicit) та явний (explicit).

Explicit Beamforming – це коли і маршрутизатор , і клієнт підтримують Beamforming. Будь-який пристрій 802.11ac wifi, що підтримує Beamforming, матиме той самий стандарт, тому, якщо у вас є два пристрої 802.11ac Beamforming, гарантується, що вони будуть добре працювати разом.

Наявність двох пристроїв, що працюють разом, дасть вам найсильнішу з'єднання, і тому явний Beamforming набагато ефективніший, ніж неявний.

Слід зазначити, що підтримка 802.11ac не означає, що пристрій підтримує Beamforming.

Явне формування променя залежить від зворотного зв'язку з клієнтом. Це дозволяє точці доступу задавати свої параметри формування променя з більшою точністю, що, своєю чергою, дозволяє використовувати більш спрямований промінь. Замість того, щоб звукові кадри передавалися від клієнта до точки доступу, вони надсилаються з точки доступу клієнту. Клієнт записує, як він отримав звукові кадри та будує матрицю (описану нижче). Потім ця матриця передається у точку доступу. Завдяки їй точка доступу може точно розрахувати, як надсилати дані.

З іншого боку, Implicit Beamforming дозволяє більш старим пристроям без технології 802.11ac отримувати деякі переваги Beamforming. Якщо ваша точка доступу має технологію Beamforming, але клієнт немає, з'єднання все одно буде трохи покращено.

При використанні неявного формування променя точка доступу передбачає, що налаштування, які дозволяють їй краще чути клієнта, також є налаштуваннями, які дозволяють клієнту краще чути точку. Це припущення зазвичай корисне, але не завжди абсолютно точно. Налаштування для неявного формування променя дуже просте. Точка доступу просить клієнта надіслати передбачуваний набір звукових кадрів. Потім вона прослуховує ці звукові кадри, відзначаючи, коли і як вони приймаються на кожній зі своїх антен. Це дозволяє точці доступу задуматися про шаблон, який має використовуватися для передачі.

Явні матриці формування променя

Щоб встановити явний зв'язок з променем, точка доступу надішле клієнту низку звукових кадрів, які іноді називають Null Data Packets (NDP). Точка доступу передає їх від кожної зі своїх антен по одному за певний час. Заголовок NDP визначить, з якої антени його було відправлено. Явний пристрій, відповідний стандарту 802.11ac, сумісний з формуванням діаграми спрямованості, зможе записувати інформацію про те, як він отримує звуковий кадр на кожній зі своїх антен індивідуально. Це дає нам відношення M до N за кількістю антен у точці доступу та кількістю антен на клієнті. Клієнт реєструє дві частини даних кожного відношення MN. Перша - це сила сигналу, виміряна його амплітудою (позначається нижче за А). Другий – це час, коли він отримав сигнал. Відмінності цих часах реєструються в матриці (позначеної нижче Т). Зверніть увагу, що один кадр, відправлений з точки доступу, прийматиметься на кожній антені клієнта з дещо іншою амплітудою та в дещо інший час. В результаті виходить матриця MN з парою записів у кожному елементі. Цей процес повторюється для кожного каналу, який використовуватиметься, оскільки різні частоти можуть поширюватися трохи інакше в реальних сценаріях. Тепер це утворює тривимірну матрицю MNC, де C - кількість каналів, які хочемо відобразити. Матриця зображена нижче.

Ця матриця відома як інформація про стан каналу Channel State Information (CSI). CSI стискається та повертається до точки доступу. Для калібрування явного формування променя точка доступу повинна виконувати інверсію матриці CSI. Як тільки це буде зроблено, точка доступу застосовуватиме параметри від інвертованої матриці до антеної решітки. В результаті антени, які були почуті востаннє, транслюються раніше, ніж ті, що були почуті першими. Ми можемо компенсувати невеликі амплітудні розбіжності аналогічно.

Розмір стисненого CSI може сильно варіюватися в залежності від кількості антен і кількості каналів, що нас цікавлять. Великий CSI може перевищувати 20 КБ.

На закінчення

В цілому, Beamforming – відмінний спосіб покращити швидкість вашої бездротової мережі Wi-Fi. Якщо будь-який з ваших поточних пристроїв вже підтримує Beamforming, можливо, варто перейти на маршрутизатор із підтримкою Beamforming.

Beamforming долає зовнішні та внутрішні (CCI) перешкоди, використовуючи просторові властивості антен. Оскільки перешкода виходить із певного напрямку, формувач променя може застосовувати метод обнулення - відправити «нуль» у бік джерела перешкоди, скасувавши його. У зв'язку із значним скороченням CCI формування променя може дозволити більш щільне розгортання, ніж системи з одиночною антеною. А завдяки високому бюджету посилань ймовірність запуску модуляції високого порядку (64QAM, 16QAM) набагато вища. Загальна потужність значно покращена.

Beamforming є більш складним, ніж інші технології антени, але дуже корисно. Антена є єдиною слабкою ланкою в мережі, і формування променя вирішує цю проблему.

Провайдери повинні звернути увагу на створення систем, які використовують цю передову технологію, через величезні переваги, які вона пропонує, - кращого діапазону, потужності, ефективності і, зрештою, меншої кількості витрат.