Beamforming объяснил: как он ускоряет беспроводную связь

Формирование луча — это метод, который фокусирует беспроводной сигнал на конкретное принимающее устройство, вместо того, чтобы распространять сигнал во всех направлениях от широковещательной антенны, как это обычно бывает. В результате получается более прямое соединение быстрее и надежнее, чем оно было бы без формирования луча.

Хотя принципы формирования диаграммы направленности известны с 1940-х годов, в последние годы технологии формирования диаграммы направленности внесли постепенные улучшения в Wi- Fi сети. Сегодня формирование луча имеет решающее значение для сетей 5G, которые только начинают разворачиваться.

Как работает формирование луча

Одна антенна, передающая беспроводной сигнал, излучает этот сигнал во всех направления (если он не заблокирован каким-либо физическим объектом). Это природа того, как работают электромагнитные волны. Но что, если вы хотите сфокусировать этот сигнал в определенном направлении, чтобы сформировать направленный луч электромагнитной энергии? Один из способов сделать это предполагает наличие нескольких антенн в непосредственной близости, каждая из которых передает один и тот же сигнал в несколько разное время. Перекрывающиеся волны будут создавать помехи, которые в некоторых областях являются конструктивными (они делают сигнал сильнее), а в других областях являются разрушительными (они делают сигнал слабее, или необнаруживаемый). При правильном выполнении этот процесс формирования луча может сфокусировать ваш сигнал там, где вы хотите.

ojogabonitoo/ Getty Images

Математика формирования луча очень сложна (если хотите, в блоге Math Encounters есть введение), но применение методов формирования луча не ново. Любая форма энергии, которая распространяется волнами, включая звук, может выиграть от методов формирования луча; они были впервые разработаны для улучшения сонара во время Второй мировой войны и до сих пор важны для аудиотехники. Но мы собираемся ограничить наше обсуждение здесь беспроводными сетями и коммуникациями.

Преимущества и ограничения формирования луча

За счет фокусировки сигнала в определенном направлении формирование луча позволяет вам доставить более высокое качество сигнала на ваш приемник, что на практике означает более быструю передачу информации и меньше ошибок — без необходимости увеличения мощности вещания. По сути, это святой Грааль беспроводной сети и цель большинства методов улучшения беспроводной связи. В качестве дополнительного преимущества, поскольку вы не транслируете свой сигнал в направлениях, где он не нужен, формирование луча может уменьшить помехи, испытываемые людьми, пытающимися уловить другие сигналы.

Ограничения формирования луча в основном связаны с требуемые вычислительные ресурсы; существует множество сценариев, в которых время и ресурсы энергии, необходимые для расчетов формирования диаграммы направленности, сводят на нет ее преимущества. Но постоянное улучшение мощности и эффективности процессора сделало методы формирования луча достаточно доступными для использования в потребительском сетевом оборудовании..

Маршрутизаторы с формированием луча Wi-Fi: 802.11n против 802.11ac

Формирование луча начало появляться в маршрутизаторах еще в 2008 году, с появлением 802.11n Wi-Fi. стандарт. 802.11n был первой версией Wi-Fi, которая поддерживала технологию с несколькими входами и несколькими выходами, или MIMO, в которой формирование луча необходимо для отправки нескольких перекрывающихся сигналов. Однако формирование луча с помощью оборудования 802.11n так и не стало популярным, поскольку в спецификации не указывается, как следует реализовать формирование луча. Некоторые поставщики выпускали собственные реализации, для работы которых требовалась покупка соответствующих маршрутизаторов и беспроводных карт, и они не пользовались популярностью.

С появлением стандарта 802.11ac в 2016 году все изменилось. В настоящее время существует набор определенных методов формирования диаграммы направленности для устройств Wi-Fi, и хотя по спецификации маршрутизаторы 802.11ac не требуются для реализации формирования диаграммы направленности, если они это делают (и почти все на рынке сейчас это делают), они делают это у поставщика — нейтральный и совместимый способ. Хотя в некоторых предложениях могут рекламироваться фирменные наименования, такие как AC Smart Beam от D-Link, все они являются реализациями одного и того же стандарта. (Еще более новый стандарт 802.11ax продолжает поддерживать формирование луча в стиле переменного тока.)

Beamforming и MU-MIMO

Beamforming является ключевым элементом поддержки многопользовательской MIMO, или MU-MIMO, который становится все более популярным по мере развертывания маршрутизаторов 802.11ax. Как следует из названия, MU-MIMO включает нескольких пользователей, каждый из которых может связываться с несколькими антеннами на маршрутизаторе. MU-MIMO использует формирование луча, чтобы убедиться, что связь от маршрутизатора эффективно нацелена на каждого подключенного клиента.

Явное формирование луча и неявное формирование луча

Есть несколько способов что формирование луча Wi-Fi может работать. Если и маршрутизатор, и конечная точка поддерживают формирование луча, соответствующее стандарту 802.11ac, они начнут свой сеанс связи с небольшого «рукопожатия», которое помогает обеим сторонам установить свои соответствующие местоположения и канал, по которому они будут общаться; это улучшает качество соединения и известно как явное формирование луча. Но все еще используется множество сетевых карт, которые поддерживают только 802.11n или даже более старые версии Wi-Fi. Маршрутизатор с формированием луча все еще может пытаться нацеливаться на эти устройства, но без помощи со стороны конечной точки он не сможет выполнить настройку с такой точностью. Это известно как неявное формирование луча или иногда как универсальное формирование луча, потому что теоретически оно работает с любым устройством Wi-Fi.

Во многих маршрутизаторах неявное формирование луча — это функция, которую можно включать и выключать. Стоит ли включать неявное формирование луча? Руководство по маршрутизатору предлагает вам проверить, как ваша сеть работает с ним, чтобы увидеть, получаете ли вы от этого импульс. Возможно, что такие устройства, как телефоны, которые вы носите с собой дома, могут видеть разорванные соединения с неявным формированием луча..

Формирование луча 5G

На сегодняшний день локальные сети Wi-Fi — это то место, где средний человек, скорее всего, столкнется с формированием луча в дикой природе. Но с развертыванием глобальных сетей 5G это скоро изменится. 5G использует радиочастоты от 30 до 300 ГГц, которые могут передавать данные намного быстрее, но также гораздо более подвержены помехам и сталкиваются с большими трудностями при прохождении через физические объекты. Для решения этих проблем требуется множество технологий, в том числе более мелкие соты, массивный MIMO — по сути, набивка тоннами антенн на базовые станции 5G — и, да, формирование диаграммы направленности. Если 5G наберет обороты так, как рассчитывают поставщики, достаточно скоро наступит время, когда мы все будем использовать формирование луча (за кулисами) каждый день.

Присоединяйтесь к сообществам Network World на Facebook и LinkedIn, чтобы комментировать темы, которые волнуют вас.
Оцените статью
techsly.ru
Добавить комментарий