Beamforming / Формирование луча

Beamforming / Формирование луча

Beamforming (формирование луча) – происходит, когда точка доступа и конкретный клиент направляют радиочастотные сигналы непосредственно друг на друга, чтобы улучшить пропускную способность для этого клиента. У некоторых производителей могут рекламироваться фирменные наименования, но все они являются реализациями одного и того же стандарта с незначительными улучшениями или дополнениями.

Как это работает

Одна антенна, передающая беспроводной сигнал, излучает этот сигнал во всех направлениях (если только он не заблокирован каким-либо физическим объектом). Так работают электромагнитные волны. Но когда  необходимо сфокусировать этот сигнал в определенном направлении, чтобы сформировать целевой луч электромагнитной энергии используется несколько антенн в непосредственной близости, каждая из которых передает один и тот же сигнал в разное время. Перекрывающиеся волны будут создавать помехи, которые в некоторых областях являются конструктивными (они усиливают сигнал), а в других областях – деструктивными (они делают сигнал слабее или не обнаруживаемым). При правильном выполнении этот процесс формирования луча может сфокусировать ваш сигнал там, где вы хотите.

Преимущества и ограничения Beamforming

Фокусируя сигнал в определенном направлении, Beamforming позволяет вам отправлять сигнал более высокого качества для клиентского устройства, что на практике означает более быструю передачу информации и меньшее количество ошибок, без необходимости увеличения мощности вещания. В качестве дополнительного преимущества, поскольку вы не транслируете свой сигнал в направлениях, где он не нужен, формирование луча может уменьшить помехи.

Ограничения формирования диаграммы направленности в основном связаны с необходимыми вычислительными ресурсами. Существует множество сценариев, в которых время и ресурсы требуемые для расчетов формирования диаграммы направленности, сводят на нет ее преимущества. Но постоянные улучшения в мощности и эффективности процессоров сделали методы формирования луча достаточно доступными для встраивания в потребительское сетевое оборудование.

Развитие

Beamforming – 802.11n

Beamforming стало появляться в маршрутизаторах еще в 2008 году, с появлением стандарта Wi-Fi 802.11n  и поддерживал технологию с несколькими входами и несколькими выходами, или MIMO, в которой формирование диаграммы направленности необходимо для отправки нескольких перекрывающихся сигналов.

Однако формирование луча с помощью оборудования 802.11n так и не стало популярным, потому что в спецификации не указано, как должно быть реализовано формирование луча. Некоторые производители выпускали собственные реализации, для работы которых требовалась покупка соответствующих маршрутизаторов и беспроводных карт, но они не пользовались популярностью.

Beamforming – 802.11ac и 802.11ac Wave2

В 2016 году со стандартом 802.11ac все изменилось. Существует набор определенных методов формирования диаграммы направленности для устройств Wi-Fi. В 802.11ac Wave2 – для точек доступа стало возможным отправлять до четырех потоков одновременно и неявное формирование луча.

Beamforming – 802.11ax

В 2019 году 802.11ax допускает восемь одновременных потоков и использует технологию явного формирования луча для более точного наведения этих потоков на антенну приемника.

Способы формирования луча

Есть несколько способов, которыми может работать формирование луча Wi-Fi.

Явное формирование луча (Explicit Beamforming) – если маршрутизатор и конечная точка поддерживают формирование луча в соответствии со стандартом 802.11ac, они начнут свой сеанс связи с небольшого «рукопожатия», которое помогает обеим сторонам установить свои соответствующие местоположения и канал, по которому они будут производить передачу данных.

Неявное формирование луча (Implicit Beamforming) / Универсальное формирование луча (Universal Beamforming) – если клиентские устройства поддерживающие только 802.11n или более старые стандарты, то маршрутизатор с формированием диаграммы направленности все еще может пытаться нацеливаться на эти устройства, но без помощи со стороны конечной точки он не сможет выполнить настройку с такой точностью. Теоретически данный способ формирования луча работает с любым устройством.

Beamforming и MU-MIMO / SU-MIMO

Формирование луча является ключевым моментом для поддержки многопользовательской MIMO или MU-MIMO.

SU-MIMO использует формирование луча для улучшения мощности сигнала и достижения более высоких скоростей для одного клиента.

MU-MIMO использует формирование луча, чтобы направить энергию одному клиенту и отвести эту энергию от других клиентов, адресованных при передаче MU-MIMO, таким образом связь от маршрутизатора эффективно нацелена на каждого подключенного клиента.

 ­


Дополнительные материалы