Alors que les concepts de formation de faisceaux existent depuis les années 1940, la technologie joue actuellement un rôle clé dans l'amélioration des normes de communication sans fil modernes telles que le Wi-Fi et la 5G. En combinaison avec les technologies MU-MIMO, la formation de faisceaux aide les utilisateurs à obtenir des connexions plus précises qui augmentent leurs vitesses de données.
Qu'est-ce que la formation de faisceaux ?
La formation de faisceaux est une technique qui concentre un signal sans fil vers un appareil de réception spécifique, plutôt que de propager le signal dans toutes les directions, comme à partir d'une antenne de diffusion. La connexion directe qui en résulte est plus rapide et plus fiable qu'elle ne le serait sans formation de faisceaux.
La nature des ondes électromagnétiques est que les signaux rayonnent dans toutes les directions à partir d'une seule antenne, à moins qu'ils ne soient bloqués par un objet physique. Afin de focaliser le signal dans une direction spécifique, pour former un faisceau ciblé d'énergie électromagnétique, plusieurs antennes à proximité diffusent le même signal à des moments légèrement différents. Les ondes qui se chevauchent produiront des interférences, qui dans certaines zones sont constructives (rendant le signal plus fort) et dans d'autres zones destructives (rendant le signal plus faible ou indétectable). Lorsqu'il est exécuté correctement, ce processus de formation de faisceau focalise un signal dans une direction spécifique.
Les mathématiques derrière la formation de faisceaux sont très complexes (le blog Math Encounters a une introduction, si vous voulez un avant-goût), mais l'application des techniques de formation de faisceaux n'est pas nouvelle. Toute forme d'énergie qui se déplace dans les ondes, y compris le son, peut bénéficier des techniques de formation de faisceau ; ils ont d'abord été développés pour améliorer le sonar pendant la Seconde Guerre mondiale et sont toujours importants pour l'ingénierie audio. Mais nous allons limiter notre discussion ici aux réseaux et communications sans fil.
Avantages et limites de la formation de faisceaux
La focalisation d'un signal dans une direction spécifique vous permet de fournir une meilleure qualité de signal au récepteur, ce qui signifie alors un transfert d'informations plus rapide et moins d'erreurs, sans avoir à augmenter la puissance de l'émission. Étant donné que la formation de faisceau peut également être utilisée pour réduire ou éliminer la diffusion dans d'autres directions, elle peut aider à réduire les interférences pour les utilisateurs essayant de capter d'autres signaux.
Les limites de la formation de faisceaux impliquent principalement les ressources informatiques nécessaires ; d'autres scénarios existent où les ressources en temps et en énergie nécessaires aux calculs de formation de faisceaux finissent par annuler ses avantages. Mais les améliorations de la puissance et de l'efficacité du processeur ont rendu les techniques de formation de faisceau suffisamment abordables pour être intégrées dans les derniers équipements sans fil grand public, ainsi que dans le matériel sans fil de qualité professionnelle.
Une autre limitation est que les avantages de la formation de faisceaux diminuent à mesure qu'un récepteur est éloigné d'un émetteur.
Formation de faisceau Wi-Fi dans le Wi-Fi 6
La dernière génération de Wi-Fi, désormais connue sous le nom de Wi-Fi 6, était à l'origine connue sous le nom de 802.11ax. Le protocole 802.11ax lui-même est la prochaine génération suivant la norme 802.11ac, mais avec une meilleure dénomination via la Wi-Fi Alliance. Par exemple, 802.11ac est maintenant connu sous le nom de Wi-Fi 5 et 802.11n est simplement Wi-Fi 4.
Alors que la formation de faisceaux existe depuis le Wi-Fi 4, des améliorations ont été apportées au Wi-Fi 5 et maintenant au Wi-Fi 6. La formation de faisceaux nécessite l'utilisation de la technologie MIMO (entrées multiples sorties multiples) afin d'envoyer plusieurs signaux qui se chevauchent . Avec le développement du Wi-Fi 5 en 2016, il existe désormais un ensemble de techniques de formation de faisceaux spécifiques pour les équipements Wi-Fi qui lui permettent d'interopérer de manière indépendante du fournisseur (différents récepteurs peuvent fonctionner avec différents routeurs).
Beamforming prend également en charge le MIMO multi-utilisateurs, également connu sous le nom de MU-MIMO, qui permet à plusieurs utilisateurs de communiquer simultanément avec plusieurs antennes sur le routeur. MU-MIMO utilise la formation de faisceaux pour s'assurer que la communication du routeur est efficacement ciblée sur chaque client connecté. Le Wi-Fi 6 a également augmenté le nombre d'antennes prises en charge de quatre à huit, ce qui améliore les débits de données et étend la portée des signaux à des clients spécifiques.
La formation de faisceaux sera également un élément clé du Wi-Fi 7, la prochaine génération de Wi-Fi (également connue sous le nom de 802.11be). La formation de faisceaux coordonnée exploitera la capacité des points d'accès multi-antennes modernes à multiplexer spatialement leurs stations, tout en annulant conjointement les stations voisines non associées adjacentes.
Bien que cette technique puisse également être réalisée avec un schéma de sondage conjoint à plusieurs points d'accès, la formation de faisceau coordonnée peut tirer parti d'une procédure de sondage séquentielle plus simple qui fera partie du Wi-Fi 7. De plus, la formation de faisceau coordonnée ne nécessitent un traitement conjoint des données, car chaque station transmet et reçoit des données vers et depuis un seul point d'accès, ce qui réduit les besoins de liaison. Cela offrira des améliorations substantielles de débit et de latence tout en limitant la complexité (plus de détails sont discutés ici).
Parallèlement à d'autres améliorations du Wi-Fi 7, la formation de faisceaux coordonnée vise à débloquer l'accès à des vitesses gigabit et à des communications à faible latence pour encore plus d'applications pour les entreprises et les consommateurs.
5G et formation de faisceaux
Avec le déploiement des réseaux 5G pour les smartphones et d'autres applications de mise en réseau étendue dans le monde entier, la formation de faisceaux est également une technologie de base clé ici. Étant donné que les fréquences 5G fonctionnent le long de la longueur d'onde millimétrique (mmWave), elles sont plus sujettes aux perturbations causées par des objets qui interfèrent, tels que les murs et autres barrières.
La formation de faisceaux aide à créer une connectivité plus fiable en permettant à un émetteur de concentrer la transmission dans une direction spécifique vers un appareil mobile, un véhicule ou un appareil IoT.
La formation de faisceaux fonctionnera également avec le MIMO massif, dans lequel un grand nombre d'antennes d'une station de base 5G dirigent les faisceaux vers les appareils des utilisateurs à la fois horizontalement et verticalement afin d'améliorer le débit et l'efficacité.
Keith Shaw est un ancien rédacteur en chef de Network World et auteur de la rubrique Cool Tools. Il est maintenant rédacteur et éditeur indépendant de Worcester, Mass. Josh Fruhlinger, écrivain collaborateur, a également contribué à ce rapport.
Rejoignez les communautés Network World sur Facebook et LinkedIn pour commenter les sujets qui vous tiennent à cœur.
