Zatímco koncepty beamforming existují již od 40. let 20. století, tato technologie v současnosti hraje klíčovou roli při zlepšování moderních standardů bezdrátové komunikace, jako jsou Wi-Fi a 5G. V kombinaci s technologiemi MU-MIMO pomáhá beamforming uživatelům získat přesnější připojení, která zvýší jejich datovou rychlost.
Co je beamforming?
Beamforming je technika, která zaměřuje bezdrátový signál na konkrétní přijímací zařízení, spíše než aby se signál šířil všemi směry, jako z vysílací antény. Výsledné přímé spojení je rychlejší a spolehlivější, než by bylo bez beamformingu.
Povaha elektromagnetických vln spočívá v tom, že signály vyzařují všemi směry z jediné antény, pokud nejsou blokovány fyzickým objektem. Aby se signál zaměřil specifickým směrem, aby se vytvořil cílený paprsek elektromagnetické energie, více antén v těsné blízkosti vysílá stejný signál v mírně odlišných časech. Překrývající se vlny způsobí rušení, které je v některých oblastech konstruktivní (činí signál silnějším) a v jiných oblastech destruktivní (činí signál slabším nebo nedetekovatelným). Při správném provedení tento proces tvarování paprsku zaměří signál do určitého směru.
Matematika v pozadí tvarování paprsku je velmi složitá (blog Math Encounters má úvod, chcete-li ochutnat), ale použití technik tvarování paprsku není nic nového. Jakákoli forma energie, která se šíří ve vlnách, včetně zvuku, může těžit z technik formování paprsku; byly poprvé vyvinuty pro zlepšení sonaru během druhé světové války a jsou stále důležité pro audiotechniku. Ale omezíme naši diskusi na bezdrátové sítě a komunikaci.
Výhody a limity tvarování paprsku
Zaměření signálu určitým směrem vám umožní doručit do přijímače vyšší kvalitu signálu, což pak znamená rychlejší přenos informací a méně chyb, aniž byste museli zvyšovat výkon vysílání. Protože tvarování paprsku lze také použít ke snížení nebo odstranění vysílání v jiných směrech, může pomoci snížit rušení pro uživatele, kteří se snaží zachytit jiné signály.
Omezení tvarování paprsku většinou zahrnují požadované výpočetní zdroje; existují i jiné scénáře, kde časové a energetické zdroje potřebné pro výpočty tvarování paprsku nakonec negují jeho výhody. Zlepšení výkonu a účinnosti procesoru však učinilo techniky tvarování paprsků dostatečně dostupné, aby je bylo možné zabudovat do nejnovějších bezdrátových zařízení pro spotřebitele i do bezdrátového hardwaru podnikové úrovně.
Dalším omezením je, že výhody tvarování paprsku se zmenšují, čím dále je přijímač od vysílače.
Wi-Fi beamforming ve Wi-Fi 6
Nejnovější generace Wi-Fi, nyní známá jako Wi-Fi 6, byla původně známá jako 802.11ax. Samotný protokol 802.11ax je další generací po standardu 802.11ac, ale s lepším pojmenováním prostřednictvím Wi-Fi Alliance. Například 802.11ac je nyní známý jako Wi-Fi 5 a 802.11n je jednoduše Wi-Fi 4.
Zatímco formování paprsku existuje již od Wi-Fi 4, vylepšení byla provedena u Wi-Fi 5 a nyní Wi-Fi 6. Beamforming vyžaduje použití technologie MIMO (multiple input multiple output), aby bylo možné vysílat více překrývajících se signálů . S vývojem Wi-Fi 5 v roce 2016 nyní existuje sada specifikovaných technik tvarování paprsku pro Wi-Fi zařízení, které jim umožňují spolupracovat způsobem neutrálním vůči dodavateli (různé přijímače mohou pracovat s různými směrovači).
Beamforming také podporuje víceuživatelské MIMO, známé také jako MU-MIMO, které umožňuje více uživatelům komunikovat současně s více anténami na routeru. MU-MIMO využívá tvarování paprsku, aby se ujistil, že komunikace ze směrovače je efektivně zaměřena na každého připojeného klienta. Wi-Fi 6 také zvýšil počet podporovaných antén ze čtyř na osm, což zlepšuje přenosovou rychlost a rozšiřuje dosah signálů na konkrétní klienty.
Beamforming bude také klíčovou součástí Wi-Fi 7, další generace Wi-Fi (známé také jako 802.11be). Koordinované vytváření paprsků využije schopnost moderních přístupových bodů s více anténami k prostorovému multiplexování jejich stanic, přičemž společně zruší sousední sousední nepřidružené stanice.
I když této techniky lze dosáhnout také pomocí společného schématu měření s více přístupovými body, koordinované vytváření paprsků může využívat jednodušší postup sekvenčního snímání, který bude součástí Wi-Fi 7. Kromě toho koordinované vytváření paprsku vyžadují společné zpracování dat, protože každá stanice vysílá a přijímá data do az jediného přístupového bodu, čímž se snižují nároky na backhaul. To přinese podstatné zvýšení propustnosti a latence a zároveň omezí složitost (další podrobnosti jsou diskutovány zde).
Spolu s dalšími vylepšeními ve Wi-Fi 7 je cílem koordinovaného tvarování paprsku odemknout přístup ke gigabitovým rychlostem a komunikaci s nízkou latencí pro ještě více aplikací pro podniky a spotřebitele.
5G a beamforming
Vzhledem k tomu, že 5G sítě se rozšiřují pro chytré telefony a další širokopásmové síťové účely po celém světě, je beamforming klíčovou základní technologií i zde. Protože frekvence 5G fungují na milimetrové vlnové délce (mmWave), jsou náchylnější k rušení rušivými předměty, jako jsou stěny a jiné překážky.
Beamforming pomáhá vytvářet spolehlivější konektivitu tím, že umožňuje vysílači zaměřit přenos konkrétním směrem k mobilnímu zařízení, vozidlu nebo zařízení internetu věcí.
Beamforming bude fungovat také s masivním MIMO, ve kterém velké množství antén na 5G základnové stanici směruje paprsky na uživatelská zařízení horizontálně i vertikálně, aby se zlepšila propustnost a účinnost.
Keith Shaw je bývalý senior redaktor Network World a autor rubriky Cool Tools. Nyní je spisovatelem a editorem na volné noze z Worcesteru ve státě Massachusetts. K této zprávě přispěl také spisovatel Josh Fruhlinger.
Připojte se ke komunitám Network World na Facebooku a LinkedIn a komentujte témata, která jsou na prvním místě.
