МенюЧто такое Beamforming
Формирование луча одно из тех понятий, которое кажется настолько простым, что удивляешься, почему раньше никто про это не думал. Вместо того, чтобы транслировать сигнал во все стороны в надежде, что он достигнет пункта назначения, почему бы не сфокусировать этот сигнал, и не направить его прямо в цель?
Иногда самые простые понятия являются наиболее сложными для реализации, особенно в начальном ценовом диапазоне (SOHO сегмент). Начиная с пятого поколения Wi-Fi (802.11ac) эта функция, наконец, появилась в домашних маршрутизаторах.
История развития Beamforming
Немного предыстории: формирование луча было на самом деле дополнительной функцией более старого стандарта 802.11n, но IEEE (международный орган, который устанавливает эти стандарты) не разъяснил, как именно это должно было быть реализовано. И могло получиться так, что вы купили роутер, и он использует одну реализацию, а Wi-Fi адаптер в вашем ноутбуке использует другую, в этом случае формирование луча не заработает.
Некоторые производители разрабатывали свои комплекты 802.11n, но они, как правило, были дорогими и не пользовались широким спросом на рынке.
Формирование луча фокусирует сигналы, которыми обмениваются Wi-Fi маршрутизатор и клиенты, с которыми он связан.
IEEE не допустил той же ошибки со стандартом 802.11ac. Компании, производящие оборудование с поддержкой 802.11ac, не обязаны реализовывать формирование луча, но если они это делают, то только согласно установленной спецификации. Это гарантирует, что оборудование каждой компании будет совместимо. Если одно устройство (например, точка доступа) поддерживает формирование луча, а другое (например, Wi-Fi адаптер в ноутбуке) - нет, они все равно будут работать вместе. Только не будет использоваться технология Beamforming.
Формирование луча способствует более эффективному использованию полосы пропускания беспроводной сети и увеличивает радиус ее действия. Это, в свою очередь улучшает потоковую передачу видео, качество голоса и работу других приложений, чувствительных к пропускной способности, задержке и джиттеру.
Beamforming стал возможным благодаря передатчикам и приемникам, которые используют технологию MIMO (множественный вход, множественный выход): данные отправляются и принимаются с использованием нескольких антенн для увеличения пропускной способности и дальности. MIMO был впервые представлен стандартом 802.11n, и он остается важной функцией стандарта 802.11ac и 802.11ax. MIMO может работать по схеме 1x1, 2x2 и 3x3, последний означает поддержку 3-х пространственных потоков для передачи и приема.
Как работает формирование луча
Беспроводные маршрутизаторы (или точки доступа) и беспроводные адаптеры, которые не поддерживают формирование луча, ведут широковещательную передачу данных во всех направлениях. Представьте лампу без абажура в качестве беспроводного маршрутизатора: лампа (передатчик) излучает свет (данные) во всех направлениях.
Устройства, поддерживающие формирование луча, фокусируют свои сигналы на каждом клиенте, ведя передачу данных таким образом, чтобы больше данных достигало целевого устройства, а не излучалось в пространство. Теперь установим на лампу (беспроводной маршрутизатор) абажур, чтобы уменьшить количество света (данных), излучаемых во всех направлениях. Сделаем отверстия в абажуре, чтобы концентрированные лучи света перемещались в определенные места (ваши клиенты Wi-Fi) в комнате.
Если Wi-Fi клиент также поддерживает формирование луча, маршрутизатор и клиент могут обмениваться информацией об их соответствующих местоположениях, чтобы определить оптимальный путь прохождения сигнала. Устройство, которое формирует луч и его сигналы, называется beamformer, а любое устройство, которое принимает сформированные лучом сигналы, называется beamformee.
Сигналы, исходящие с антенн роутера откалиброваны с необходимым смещением фаз и амплитудой, и они испытывают конструктивную (усиливающую) интерференцию непосредственно в области приемной антенны абонентского оборудования, а в других направлениях проявляется деструктивная (гасящая) интерференция.
Роутер отправляет со всех своих антенн зондирующий сигнал клиенту. Клиент отвечает роутеру то, что он увидел и отправляет набор комплексной матрицы с параметрами местоположения, фазовым сдвигом и амплитудой сигнала.
Роутер вычисляет местоположение клиента, делает, если нужно поправки в сигнале и формирует узконаправленный главный лепесток в направлении от точки доступа к клиенту. А чем выше соотношение сигнал/шум на клиенте, тем выше модуляция и тем большей скорости можно достигнуть.
В чем разница между неявным и явным формированием луча?
Формирование луча может значительно повысить уровень сигнала устройств, которые фактически не поддерживают формирование луча, хотя и не так сильно, как это происходит на поддерживаемом устройстве.
Явное формирование диаграммы направленности означает, что луч формируется, только если устройство на другом конце поддерживает формирование луча (explicit Beamforming – eBF). В этом случае используются специальные калибровочные кадры от клиента. Поддержку eBF реализована в стандартах 802.11ac и ax.
Неявное формирование луча (implicit Beamforming, iBF) будет пытаться сформировать луч, даже если конечное устройство его не поддерживает. Это упрощенный вариант алгоритма eBF. Роутер оценивает канал связи на основании принятых данных от клиента. Точка доступа объявляет, на каких скоростях она может работать. Клиент в зависимости от параметров принятого сигнала отвечает, что он будет работать на такой-то скорости. Путем итераций точка доступа меняет скорость и фазовый сдвиг на антеннах, и смотрит, что ответит клиент. Если клиент повысил скорость, принимается решение что все хорошо. Так продолжается до тех пор, пока не будет установлена максимальная скорость со стороны клиента.
Технология Beamforming это еще один метод для улучшения скорости беспроводной сети, и используя ее совместно с MIMO можно получить очень хорошие результаты.
