BeamForming

BeamForming, або Transmit BeamForming (TxBF) — технологія формування діаграми спрямованості антенної решітки, що базується на ефекті інтерференції хвиль, коли дві чи більше хвилі накладаються одна на одну, внаслідок чого в певних місцях спостерігається підсилення результуючої хвилі, а в інших місцях — її послаблення. Ефективно реалізується в цифрових антенних решітках за допомогою вагової обробки сигналів.

Алгоритм роботи та опис

Ефект інтерференції хвиль наочно можна спостерігати, якщо одночасно кинути у воду два камені поблизу один від одного: хвилі від цих каменів у якомусь місці гаситимуть одна одну, а десь підсилюватимуть.

Так само радіохвилі, що передаються з різних антен (точніше — передавачів) точки бездротового доступу, в кожній точці простору накладаються одна на одну. Відповідно, у просторі є такі місця, де накладання амплітуд хвиль дає максимальний рівень сигналу (інтерференційний максимум), а є такі місця, де амплітуди протилежні — сигнал тут буде мінімальним (інтерференційний мінімум).

Без використання Tx BeamForming усі передавачі точки бездротового доступу випромінюють синфазні сигнали. У такому випадку клієнтський пристрій може опинитися як в місцезнаходженні з максимальним рівнем сигналу, так і в місцезнаходженні з мінімальним сигналом. У разі використання технології Tx BeamForming один з передавачів задає «базові» коливання хвилі, а інші передавачі «підлаштовують» свій сигнал шляхом фазового зсуву таким чином, щоб сумарна амплітуда сигналів від усіх антен точки бездротового доступу була максимальною безпосередньо в місцезнаходженні приймальної антени клієнтського пристрою. У такий спосіб продуктивність бездротової мережі поліпшується.

Для роботи Tx BeamForming точка бездротового доступу обмінюється з клієнтом службовою інформацією про стан середовища за допомогою механізму, що зветься sounding (зондування). Точка бездротового доступу (beamformer) відправляє анонс NDPA (NDP Announcement) з інформацією про те, кому цей анонс призначено. Далі beamformer відправляє пакет NDP (Null Data Packet) і очікує у відповідь звіт від клієнтського пристрою (feedback matrix). Виходячи з інформації у цьому звіті, точка бездротового доступу обчислює потрібні фазові зсуви сигналів, що випромінюються з різних її антен, для створення інтерференційного максимуму саме в місці розташування цього конкретного клієнтського пристрою.

Використання

Використання технології Transmit BeamForming передбачено в стандарті IEEE 802.11ас як «опціональна» (не обов'язкова) функція. Слід наголосити, що для роботи Tx BeamForming бездротові клієнти неодмінно мають підтримувати функцію зворотного зв'язку з точкою бездротового доступу.

Tx BeamForming не слід плутати з BeamFlex — запатентованою фірмовою технологією компанії Ruckus Wireless.

Очікується, що технологія BeamForming буде використана в мережах мобільного зв'язку 5G. Потреба у використанні BeamForming виникла через проблеми, спричинені інтерференцією хвиль від потужніших базових станцій (англ. massive MIMO), які працюватимуть із радіохвилями міліметрового діапазону.

Джерела

• Introduction to Ruckus Products (англ.)
• 802.11ac: beamforming и MU-MIMO (рос.)
• Chapter 4. Beamforming in 802.11ac (англ.)