Vaikka säteenmuodostuksen käsitteet ovat olleet olemassa 1940-luvulta lähtien, teknologialla on tällä hetkellä keskeinen rooli nykyaikaisten langattoman viestinnän standardien, kuten Wi-Fi:n ja 5G:n, parantamisessa. Yhdessä MU-MIMO-tekniikoiden kanssa keilanmuodostus auttaa käyttäjiä saamaan tarkempia yhteyksiä, jotka lisäävät heidän tiedonsiirtonopeuksiaan.
Mitä on säteenmuodostus?
Säteenmuodostus on tekniikka, joka keskittää langattoman signaalin tiettyyn vastaanottavaan laitteeseen sen sijaan, että se levittäisi signaalia kaikkiin suuntiin, kuten lähetysantennista. Tuloksena oleva suora yhteys on nopeampi ja luotettavampi kuin se olisi ilman säteen muodostusta.
Sähkömagneettisten aaltojen luonne on se, että signaalit säteilevät kaikkiin suuntiin yhdestä antennista, ellei jokin fyysinen esine estä niitä. Signaalin kohdistamiseksi tiettyyn suuntaan ja kohdistetun sähkömagneettisen energian säteen muodostamiseksi useat lähellä olevat antennit lähettävät samaa signaalia hieman eri aikoina. Päällekkäiset aallot aiheuttavat häiriöitä, jotka joillakin alueilla ovat rakentavia (tekevät signaalista vahvempia) ja toisilla alueilla tuhoavia (heikentävät signaalia tai tekevät signaalista havaitsemattoman). Oikein suoritettuna tämä säteenmuodostusprosessi keskittää signaalin tiettyyn suuntaan.
Säteenmuodostuksen takana oleva matematiikka on erittäin monimutkaista (Math Encounters -blogissa on johdanto, jos haluat maistaa), mutta säteenmuodostustekniikoiden soveltaminen ei ole uutta. Mikä tahansa energiamuoto, joka kulkee aalloissa, mukaan lukien ääni, voi hyötyä säteenmuodostustekniikoista; ne kehitettiin ensimmäisen kerran parantamaan luotainta toisen maailmansodan aikana, ja ne ovat edelleen tärkeitä äänitekniikalle. Mutta aiomme rajoittaa keskustelumme langattomaan verkkoon ja viestintään.
Säteenmuodostuksen edut ja rajoitukset
Signaalin tarkentaminen tiettyyn suuntaan mahdollistaa korkeamman signaalinlaadun vastaanottimelle, mikä tarkoittaa nopeampaa tiedonsiirtoa ja vähemmän virheitä ilman, että sinun tarvitsee lisätä signaalin tehoa. lähetys. Koska säteenmuodostusta voidaan käyttää myös vähentämään tai poistamaan lähetystä muihin suuntiin, se voi auttaa vähentämään häiriöitä käyttäjille, jotka yrittävät poimia muita signaaleja.
Säteenmuodostuksen rajoitukset koskevat enimmäkseen tarvittavia laskentaresursseja; On olemassa muitakin skenaarioita, joissa keilanmuodostuslaskelmien tarvitsemat aika- ja tehoresurssit päätyvät kumoamaan sen edut. Mutta prosessorin tehon ja tehokkuuden parannukset ovat tehneet säteenmuodostustekniikoista tarpeeksi edullisia, jotta ne voidaan rakentaa uusimpiin kuluttajien langattomiin laitteisiin sekä yritystason langattomiin laitteisiin.
Toinen rajoitus on, että keilanmuodostuksen edut heikkenevät mitä kauempana vastaanotin on lähettimestä.
Wi-Fi-keilanmuodostus Wi-Fi 6:ssa
Uusimman sukupolven Wi-Fi, joka tunnetaan nyt nimellä Wi-Fi 6, tunnettiin alun perin nimellä 802.11ax. Itse 802.11ax-protokolla on seuraavan sukupolven 802.11ac-standardia, mutta paremmalla nimeämisellä Wi-Fi Alliancen kautta. Esimerkiksi 802.11ac tunnetaan nyt nimellä Wi-Fi 5 ja 802.11n on yksinkertaisesti Wi-Fi 4.
Vaikka säteenmuodostus on ollut käytössä Wi-Fi 4:stä lähtien, parannuksia tehtiin Wi-Fi 5:ssä ja nyt Wi-Fi 6:ssa. Säteenmuodostus vaatii MIMO-tekniikan (multiple input multiple output) käyttöä useiden päällekkäisten signaalien lähettämiseksi. . Vuonna 2016 kehitetyn Wi-Fi 5:n myötä Wi-Fi-laitteille on nyt olemassa joukko määritettyjä säteenmuodostustekniikoita, joiden avulla ne voivat toimia toimittajaneutraalisti (eri vastaanottimet voivat toimia eri reitittimien kanssa).
Säteenmuodostus tukee myös monen käyttäjän MIMOa, joka tunnetaan myös nimellä MU-MIMO, jonka avulla useat käyttäjät voivat kommunikoida samanaikaisesti useiden reitittimen antennien kanssa. MU-MIMO käyttää keilanmuodostusta varmistaakseen, että reitittimen viestintä kohdistetaan tehokkaasti jokaiselle yhdistetylle asiakkaalle. Wi-Fi 6 lisäsi myös tuettujen antennien lukumäärän neljästä kahdeksaan, mikä parantaa tiedonsiirtonopeuksia ja laajentaa signaalien kantamaa tietyille asiakkaille.
Säteenmuodostus on myös tärkeä osa Wi-Fi 7:ää, seuraavan sukupolven Wi-Fi-verkkoa (tunnetaan myös nimellä 802.11be). Koordinoitu keilanmuodostus hyödyntää nykyaikaisten usean antennin liityntäpisteiden kykyä multipleksoida asemansa spatiaalisesti, samalla kun kumotaan yhdessä vierekkäiset, liittämättömät asemat.
Vaikka tämä tekniikka voidaan saavuttaa myös yhteisellä monen pääsypisteen luotausjärjestelmällä, koordinoitu säteenmuodostus voi hyödyntää yksinkertaisempaa peräkkäistä luotausmenettelyä, joka on osa Wi-Fi 7:ää. Lisäksi koordinoitu säteenmuodostus ei vaativat yhteistä tietojenkäsittelyä, koska jokainen asema lähettää ja vastaanottaa dataa yhdelle tukiasemalle ja sieltä pois, mikä vähentää backhaul-tarpeita. Tämä parantaa merkittävästi suorituskykyä ja latenssia rajoittaen samalla monimutkaisuutta (lisätietoja käsitellään täällä).
Muiden Wi-Fi 7:n parannusten ohella koordinoidun keilanmuodostuksen tavoitteena on vapauttaa pääsy gigabitin nopeuksiin ja alhaisen latenssin tietoliikenteeseen entistä useammille sovelluksille yrityksille ja kuluttajille.
5G ja keilanmuodostus
Kun 5G-verkkoja otetaan käyttöön älypuhelimia ja muita laaja-alaisia verkkoja varten eri puolilla maailmaa, keilanmuodostus on keskeinen ydinteknologia myös täällä. Koska 5G-taajuudet toimivat millimetriaallonpituudella (mmWave), ne ovat alttiimpia häiritsevien kohteiden, kuten seinien ja muiden esteiden, aiheuttamille häiriöille.
Säteenmuodostus auttaa luomaan luotettavampia yhteyksiä antamalla lähettimen kohdistaa lähetyksen tiettyyn suuntaan kohti mobiililaitetta, ajoneuvoa tai IoT-laitetta.
Säteenmuodostus toimii myös massiivisen MIMO:n kanssa, jossa suuri määrä 5G-tukiaseman antenneja ohjaa keiloja käyttäjän laitteisiin sekä vaaka- että pystysuunnassa suorituskyvyn ja tehokkuuden parantamiseksi.
Keith Shaw on entinen Network Worldin vanhempi toimittaja ja Cool Tools -sarakkeen kirjoittaja. Hän on nyt freelance-kirjoittaja ja toimittaja Worcesterista, Massachusettsista. Myös kirjoittaja Josh Fruhlinger osallistui tähän raporttiin.
Liity Network World -yhteisöihin Facebookissa ja LinkedInissä kommentoidaksesi mieleen jääneitä aiheita.
