Докато концепциите за формиране на лъчи съществуват от 1940 г., технологията в момента играе ключова роля в подобряването на съвременните стандарти за безжична комуникация като Wi-Fi и 5G. В комбинация с технологиите MU-MIMO, формирането на лъчи помага на потребителите да получат по-прецизни връзки, които повишават скоростта на данните им.
Какво е формиране на лъч?
Формирането на лъч е техника, която фокусира безжичен сигнал към конкретно приемащо устройство, вместо да разпространява сигнала във всички посоки, като от излъчваща антена. Получената директна връзка е по-бърза и по-надеждна, отколкото би била без формиране на лъч.
Естеството на електромагнитните вълни е, че сигналите се излъчват във всички посоки от една антена, освен ако не са блокирани от физически обект. За да се фокусира сигнала в определена посока, за да се образува целеви лъч от електромагнитна енергия, множество антени в непосредствена близост излъчват един и същ сигнал в малко по-различно време. Припокриващите се вълни ще предизвикат смущения, които в някои области са градивни (правят сигнала по-силен), а в други области разрушителни (правят сигнала по-слаб или неоткриваем). Когато се изпълнява правилно, този процес на формиране на лъча фокусира сигнала в определена посока.
Математиката зад формирането на лъч е много сложна (блогът Math Encounters има въведение, ако искате да опитате), но прилагането на техники за формиране на лъч не е ново. Всяка форма на енергия, която се движи във вълни, включително звук, може да се възползва от техниките за формиране на лъч; те са разработени за първи път за подобряване на сонара по време на Втората световна война и все още са важни за аудио инженерството. Но ние ще ограничим нашата дискусия тук до безжични мрежи и комуникации.
Предимства и ограничения на формирането на лъч
Фокусирането на сигнал в конкретна посока ви позволява да доставяте сигнал с по-високо качество на приемника, което след това означава по-бърз трансфер на информация и по-малко грешки, без да се налага да увеличавате мощността на излъчването. Тъй като формирането на лъча може да се използва и за намаляване или премахване на излъчването в други посоки, то може да помогне за намаляване на смущенията за потребителите, които се опитват да уловят други сигнали.
Ограниченията на формирането на лъч включват най-вече необходимите изчислителни ресурси; съществуват други сценарии, при които времето и енергийните ресурси, необходими за изчисленията за формиране на лъч, в крайна сметка отричат неговите предимства. Но подобренията в мощността и ефективността на процесора направиха техниките за формиране на лъчи достатъчно достъпни за вграждане в най-новото потребителско безжично оборудване, както и в безжичен хардуер от корпоративен клас.
Друго ограничение е, че ползите от формирането на лъча намаляват колкото по-далеч е приемникът от предавателя.
Wi-Fi beamforming в Wi-Fi 6
Последното поколение Wi-Fi, сега известно като Wi-Fi 6, първоначално беше известно като 802.11ax. Самият протокол 802.11ax е следващото поколение след стандарта 802.11ac, но с по-добро име чрез Wi-Fi Alliance. Например 802.11ac сега е известен като Wi-Fi 5, а 802.11n е просто Wi-Fi 4.
Въпреки че формирането на лъчи съществува от Wi-Fi 4, бяха направени подобрения в Wi-Fi 5 и сега Wi-Fi 6. Формирането на лъчи изисква използването на технология MIMO (множество входове множество изходи), за да се изпращат множество припокриващи се сигнали . С разработването на Wi-Fi 5 през 2016 г. вече има набор от специфични техники за формиране на лъч за Wi-Fi оборудване, които му позволяват да взаимодейства по неутрален от доставчика начин (различни приемници могат да работят с различни рутери).
Формирането на лъч също така поддържа многопотребителски MIMO, известен също като MU-MIMO, който позволява на множество потребители да комуникират едновременно с множество антени на рутера. MU-MIMO използва формиране на лъч, за да гарантира, че комуникацията от рутера е ефективно насочена към всеки свързан клиент. Wi-Fi 6 също увеличи броя на поддържаните антени от четири на осем, което подобрява скоростите на данни и разширява обхвата за сигнали към конкретни клиенти.
Оформянето на лъч също ще бъде ключов компонент на Wi-Fi 7, следващото поколение Wi-Fi (известен също като 802.11be). Координираното формиране на лъч ще използва способността на съвременните точки за достъп с множество антени за пространствено мултиплексиране на техните станции, като същевременно анулира съвместно съседни съседни несвързани станции.
Въпреки че тази техника може да бъде постигната и със съвместна схема за озвучаване на множество точки за достъп, координираното формиране на лъч може да се възползва от по-проста процедура за последователно озвучаване, която ще бъде част от Wi-Fi 7. Освен това координираното оформяне на лъч не изискват съвместна обработка на данни, тъй като всяка станция предава и получава данни към и от една точка за достъп, намалявайки нуждите от пренос. Това ще осигури значителни подобрения на пропускателната способност и латентността, като същевременно ще ограничи сложността (повече подробности се обсъждат тук).
Наред с други подобрения в Wi-Fi 7, координираното формиране на лъч има за цел да отключи достъп до гигабитови скорости и комуникации с ниска латентност за още повече приложения за бизнеса и потребителите.
5G и формиране на лъчи
С пускането на 5G мрежи за смартфони и други широкообхватни мрежови цели по целия свят, формирането на лъчи е ключова основна технология и тук. Тъй като 5G честотите работят по милиметровата дължина на вълната (mmWave), те са по-податливи на смущения от обекти, които пречат, като стени и други бариери.
Формирането на лъч спомага за създаването на по-надеждна свързаност, като позволява на предавател да фокусира предаването в определена посока към мобилно устройство, превозно средство или IoT устройство.
Формирането на лъчи също ще работи с масивен MIMO, при който голям брой антени на 5G базова станция насочват лъчи към потребителски устройства както хоризонтално, така и вертикално, за да се подобри пропускателната способност и ефективността.
Кийт Шоу е бивш старши редактор в Network World и автор на рубриката Cool Tools. Сега той е писател на свободна практика и редактор от Уорчестър, Масачузетс. Писателят Джош Фрулингер също допринесе за този доклад.
Присъединете се към общностите на Network World във Facebook и LinkedIn, за да коментирате теми, които са на първо място.
