Huawei öz inkişaflarında Wi-Fi 6-ya güvənir. Həmkarlar və müştərilərin standartın yeni nəsli ilə bağlı sualları bizi onun nəzəri əsasları və ona daxil edilmiş fiziki prinsiplər haqqında yazı yazmağa vadar etdi. Gəlin tarixdən fizikaya keçək, OFDMA və MU-MIMO texnologiyalarının nə üçün lazım olduğuna daha yaxından nəzər salaq. Əsasən yenidən işlənmiş fiziki məlumat ötürmə mühitinin zəmanətli kanal ötürmə qabiliyyətinə və gecikmələrin ümumi səviyyəsində belə bir azalmaya nail olmaq üçün necə imkan verdiyi barədə danışaq ki, onlar "operator" ilə müqayisə edilə bilər. Və bu, 5G-yə əsaslanan müasir şəbəkələrin Wi-Fi 20-dakı oxşar qapalı şəbəkələrdən daha bahalı (orta hesabla 30-6 dəfə) olmasına baxmayaraq.
Huawei üçün mövzu heç də boş bir mövzu deyil: Wi-Fi 6 həlləri 2020-ci ildə böyük resursların yatırıldığı ən irəliləyiş məhsullarımızdan biridir. Yalnız bir misal gətirək, materialşünaslıq sahəsində aparılan tədqiqatlar bizə giriş nöqtəsinin radio elementlərində istifadəsi siqnalın səs-küy nisbətini 2-3 dB artıran bir ərinti tapmağa imkan verdi: şlyapalarımızı buna görə çıxarırıq. bu nailiyyətə görə Doron Ezriyə (Doron Ezri).
Bir az tarixi
1971-ci ildən, Havay Universitetində professor Norman Abramson və bir qrup həmkarının ALOHAnet simsiz paket məlumat şəbəkəsini inkişaf etdirdiyi, qurduğu və işə saldığı XNUMX-ci ildən bəri Wi-Fi tarixini saymağın mənası var.
1980-ci ildə yeddi qatlı OSI şəbəkə modelinin iki aşağı təbəqəsinin təşkilini təsvir edən IEEE 802 standartları və protokolları qrupu təsdiq edildi. 802.11-in ilk versiyasının buraxılmasından əvvəl uzun 17 il gözləməli oldu.
1997-ci ildə 802.11 standartının qəbulu ilə, Wi-Fi Alyansının yaranmasından iki il əvvəl, günümüzün ən populyar simsiz texnologiyasının ilk nəsli böyük dünyaya qədəm qoydu.
IEEE 802 Wi-Fi Nəsilləri
802.11b, avadanlıq istehsalçıları tərəfindən həqiqətən kütləvi şəkildə dəstəklənən ilk standart oldu. Gördüyünüz kimi, XNUMX-ci əsrin sonlarından bəri innovasiyaların tezliyi kifayət qədər sabitdir: keyfiyyət dəyişiklikləri vaxt tələb edir. Son illərdə əsas iş siqnal ötürülməsinin fiziki mühitinin yaxşılaşdırılması istiqamətində aparılmışdır. Wi-Fi-ın müasir problemlərini daha yaxşı başa düşmək üçün onun fiziki əsaslarına müraciət edək.
Əsasları xatırlayaq!
Radio dalğaları elektromaqnit dalğalarının xüsusi bir halıdır - elektrik və maqnit sahələrində narahatlıq mənbəyindən yayılır. Onlar üç əsas parametrlə xarakterizə olunur: dalğa vektoru, həmçinin elektrik və maqnit sahələrinin vektorları. Hər üçü bir-birinə qarşılıqlı perpendikulyardır. Bu halda, dalğanın tezliyini zaman vahidinə uyğun gələn təkrarlanan salınımların sayı adlandırmaq adətdir.
Bütün bunlar hamıya məlum faktlardır. Bununla belə, sona çatmaq üçün ən əvvəldən başlamalıyıq.
Elektromaqnit şüalanmasının tezlik diapazonlarının şərti şkalasında radio diapazonu ən aşağı (aşağı tezlikli) hissəni tutur. Buraya salınım tezliyi 3 Hz-dən 3000 GHz-ə qədər olan elektromaqnit dalğaları daxildir. Bütün digər lentlər, o cümlədən görünən işıq, daha yüksək tezlikə malikdir.
Tezlik nə qədər yüksək olsa, radio dalğasına bir o qədər çox enerji verilə bilər, lakin eyni zamanda, maneələr ətrafında daha pis əyilir və daha sürətli çürüyür. Bunun əksi də doğrudur. Bu xüsusiyyətləri nəzərə alaraq, Wi-Fi əməliyyatı üçün iki əsas tezlik diapazonu seçilib - 2,4 GHz (2,4000-dən 2,4835 GHz-ə qədər tezlik diapazonu) və 5 GHz (5,170-5,330, 5,490-5,730 və 5,735-5,835 GHz tezlik diapazonları).
Radio dalğaları bütün istiqamətlərdə yayılır və müdaxilə effektinə görə mesajların bir-birinə təsir etməməsi üçün tezlik diapazonunu ayrı-ayrı dar seqmentlərə - bu və ya digər kanallara bölmək adətdir. . Yuxarıdakı diaqram göstərir ki, 1 MHz bant genişliyi ilə bitişik 2 və 20 kanalları bir-birinə müdaxilə edəcək, lakin 1 və 6.
Kanal daxilində siqnal müəyyən bir daşıyıcı tezlikdə radio dalğasından istifadə edərək ötürülür. Məlumat ötürmək üçün dalğa parametrləri ola bilər tezlik, amplituda və ya faza.
Wi-Fi tezlik diapazonlarında kanalların ayrılması
2,4 GHz tezlik diapazonu optimal eni - 14 MHz olan 20 qismən üst-üstə düşən kanala bölünür. Bir vaxtlar bunun mürəkkəb simsiz şəbəkəni təşkil etmək üçün kifayət etdiyi düşünülürdü. Tezliklə məlum oldu ki, bandın tutumu sürətlə tükənir, ona görə də ona spektral tutumu xeyli yüksək olan 5 GHz diapazonu əlavə edilib. Orada 20 MHz-ə əlavə olaraq 40 və 80 MHz genişlikdə kanallar ayırmaq mümkündür.
Radiotezlik spektrindən istifadənin səmərəliliyini daha da artırmaq üçün ortoqonal tezlik bölgüsü multipleksləmə texnologiyası indi geniş istifadə olunur ().
Bu, eyni kanalda daşıyıcı tezliyi ilə yanaşı, paralel məlumat ötürülməsini həyata keçirməyə imkan verən daha bir neçə alt daşıyıcı tezliklərin istifadəsini nəzərdə tutur. OFDM, trafiki kifayət qədər rahat "dənəvər" şəkildə paylamağa imkan verir, lakin hörmətli yaşına görə bir sıra əhəmiyyətli çatışmazlıqları saxlayır. Onların arasında CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) şəbəkə protokolundan istifadə etməklə işləmə prinsipləri var ki, ona görə müəyyən vaxtlarda bir daşıyıcı və alt daşıyıcıda yalnız bir istifadəçi işləyə bilər.
Məkan axınları
Simsiz şəbəkənin tutumunu artırmağın mühüm yolu məkan axınlarından istifadə etməkdir.
Giriş nöqtəsi bir sıra antenalara qoşulmuş bir neçə radio modulunu (bir, iki və ya daha çox) daşıyır. Bu antenalar müəyyən bir sxemə və modulyasiyaya uyğun olaraq şüalanır və siz və mən simsiz mühit üzərindən ötürülən məlumatları alırıq. Giriş nöqtəsinin xüsusi fiziki antenası (radio modulu) ilə istifadəçi cihazı arasında məkan axını yarana bilər. Bununla əlaqədar olaraq, giriş nöqtəsindən ötürülən məlumatın ümumi miqdarı axınların (antenaların) sayından dəfələrlə artır.
Mövcud standartlara görə, 2,4 GHz diapazonunda dördə qədər, 5 GHz diapazonunda isə səkkizə qədər məkan axını həyata keçirilə bilər.
Əvvəllər 2,4 və 5 GHz diapazonlarında işləyərkən biz yalnız radio modullarının sayına diqqət yetirirdik. İkinci radio modulun mövcudluğu əlavə rahatlıq verdi, çünki o, köhnə abunəçi cihazlarına 2,4 GHz tezliyində, yenilərinə isə 5 GHz tezliyində işləməyə imkan verdi. Üçüncü və sonrakı radio modullarının meydana çıxması ilə bəzi problemlər yarandı. Şüalanan elementlər bir-birinə müdaxilə yaratmağa meyllidirlər ki, bu da daha yaxşı dizayn və giriş nöqtəsini kompensasiya filtrləri ilə təchiz etmək ehtiyacı səbəbindən cihazın qiymətini artırır. Beləliklə, yalnız bu yaxınlarda bir giriş nöqtəsi üçün eyni vaxtda 16 məkan axını dəstəkləmək mümkün olmuşdur.
Sürət praktiki və nəzəri
OFDM mexanizmləri sayəsində maksimum şəbəkə bant genişliyini əldə edə bilmədik. OFDM-nin praktiki tətbiqi üçün nəzəri hesablamalar çox uzun müddət əvvəl və yalnız kifayət qədər yüksək siqnal-küy nisbətinin (SNR) və bit səhv ehtimalının (BER) gözlənilən olduğu ideal mühitlərə münasibətdə aparılmışdır. Bizi maraqlandıran bütün radiotezlik spektrlərinin güclü səs-küyünün bugünkü şəraitində OFDM-ə əsaslanan şəbəkələrin ötürmə qabiliyyəti göstəriciləri əsəbi dərəcədə kiçikdir. Və protokol son vaxtlara qədər OFDMA (ortoqonal tezlik bölgüsü çoxlu giriş) texnologiyası köməyə gələnə qədər bu çatışmazlıqları daşımağa davam etdi. Onun haqqında - bir az daha.
Antenalar haqqında danışaq
Bildiyiniz kimi, hər bir antenanın müəyyən bir əhatə dairəsi ilə (biz siqnalın yenidən əks olunmasını və s. nəzərə almırıq) siqnalın yayılmasının (şüa əmələ gəlməsinin) məkan nümunəsinin formalaşdığı dəyərdən asılı olaraq bir qazanc var. Giriş nöqtələrinin tam olaraq harada yerləşdiriləcəyinə gəldikdə, dizaynerlər həmişə buna güvənirlər. Uzun müddət naxışın forması dəyişməz qaldı və yalnız antenanın xüsusiyyətlərinə nisbətdə artdı və ya azaldı.
Müasir anten elementləri getdikcə daha idarə oluna bilir və real vaxtda siqnalın yayılmasının məkan modelini dinamik şəkildə dəyişməyə imkan verir.
Yuxarıdakı sol rəqəm standart çox yönlü antennadan istifadə edərək radio dalğasının yayılması prinsipini göstərir. Siqnal gücünü artırmaqla, biz yalnız kanalın istifadə keyfiyyətinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir etmədən əhatə dairəsini dəyişə bilərdik - KQI (Əsas Keyfiyyət Göstəriciləri). Və bu göstərici abunəçi cihazının simsiz mühitdə tez-tez hərəkət etməsi şəraitində rabitə təşkil edərkən son dərəcə vacibdir.
Problemin həlli istifadəçinin məkan mövqeyindən asılı olaraq yayılma nümunələrini formalaşdıran, yükü real vaxt rejimində tənzimlənə bilən çox sayda kiçik antenanın istifadəsi idi.
Beləliklə, MU-MIMO (Multi-User Multiple Input, Multiple Output) texnologiyasının istifadəsinə yaxınlaşmaq mümkün oldu. Onun köməyi ilə giriş nöqtəsi istənilən vaxt xüsusi olaraq abunəçi cihazlarına yönəlmiş radiasiya axını yaradır.
Fizikadan 802.11 standartlarına qədər
Wi-Fi standartları inkişaf etdikcə, şəbəkənin fiziki təbəqəsi ilə işləmə prinsipləri dəyişdi. Digər modulyasiya mexanizmlərinin istifadəsi - 802.11g / n versiyalarından başlayaraq - vaxt aralığına daha çox məlumat daxil etməyə və müvafiq olaraq çox sayda istifadəçi ilə işləməyə imkan verdi. Digər şeylər arasında, bu, məkan axınlarından istifadə etməklə əldə edilmişdir. Kanal eni baxımından yeni tapılan çeviklik MIMO üçün daha çox resurs yaratmağa imkan verdi.
Wi-Fi 7-nin gələn il təsdiqlənməsi planlaşdırılır.Onun gəlişi ilə nə dəyişəcək? Sürətin adi artımı və 6 GHz diapazonunun əlavə edilməsi ilə yanaşı, 320 MHz kimi geniş yığılmış kanallarla işləmək mümkün olacaq. Bu sənaye tətbiqləri kontekstində xüsusilə maraqlıdır.
Wi-Fi 6 nəzəri bant genişliyi
Wi-Fi 6-nın nominal sürətini hesablamaq üçün nəzəri düstur olduqca mürəkkəbdir və məkan axınlarının sayından başlayaraq bir alt daşıyıcıya (və ya bir neçə varsa, alt daşıyıcılara) daxil edə biləcəyimiz məlumatlara qədər bir çox parametrdən asılıdır. vahid vaxta görə.
Gördüyünüz kimi, çox şey məkan axınlarından asılıdır. Lakin əvvəllər STC (Space-Time Coding) və MRC (Maksimum Ratio Combining) istifadəsi ilə birlikdə onların sayının artması bütövlükdə simsiz həllin işini pisləşdirdi.
Yeni Əsas Fiziki Layer Texnologiyaları
Fiziki təbəqənin əsas texnologiyalarına keçək və OSI şəbəkə modelinin birinci qatından başlayaq.
Xatırladaq ki, OFDM bir-birinə təsir etmədən müəyyən miqdarda məlumat ötürməyə qadir olan müəyyən sayda alt daşıyıcılardan istifadə edir.
Nümunədə 5,220 alt kanalı olan 48 GHz diapazonundan istifadə edirik. Bu kanalı birləşdirərək, hər biri öz modulyasiya sxemindən istifadə edən daha çox sayda alt daşıyıcı əldə edirik.
Wi-Fi 5 256 QAM kvadratura modulyasiyasından (Quadrature Amplitude Modulation) istifadə edir ki, bu da daşıyıcı tezliyi daxilində bir zaman aralığında amplituda və faza ilə fərqlənən 16 x 16 ballıq sahə yaratmağa imkan verir. Dezavantaj ondan ibarətdir ki, yalnız bir stansiya istənilən vaxt daşıyıcı tezliyi ilə ötürə bilər.
Ortoqonal tezlik bölgüsü multipleksasiyası (OFDMA) mobil operatorlar dünyasından gəldi, LTE ilə eyni vaxtda yayıldı və aşağı keçid (abunəçi ilə əlaqə kanalı) təşkil etmək üçün istifadə olunur. Bu, sözdə resurs vahidləri səviyyəsində kanalla işləməyə imkan verir. Bu bölmələr blokun müəyyən sayda komponentlərə bölünməsinə kömək edir. Blok çərçivəsində biz hər an bir radiasiya elementi (istifadəçi və ya giriş nöqtəsi) ilə ciddi işləyə bilmərik, lakin onlarla elementi birləşdirə bilərik. Bu, əla nəticələr əldə etməyə imkan verir.
Wi-Fi 6-da kanalların asan əlaqələndirilməsi
Wi-Fi 6-da kanal birləşməsi 20 ilə 160 MHz eni olan birləşdirilmiş kanalları əldə etməyə imkan verir. Üstəlik, yaxın diapazonlarda əlaqə qurmaq lazım deyil. Məsələn, bir blok 5,17 GHz diapazonundan, ikincisi isə 5,135 GHz diapazonundan götürülə bilər. Bu, hətta güclü müdaxilə faktorlarının mövcudluğunda və ya digər daim emissiya edən stansiyaların yaxınlığında çevik şəkildə radio mühiti yaratmağa imkan verir.
SIMO-dan MIMO-ya
MIMO metodu həmişə bizimlə olmayıb. Bir zamanlar mobil rabitə SİMO rejimi ilə məhdudlaşdırılmalı idi, bu isə o demək idi ki, abunəçi stansiyada eyni vaxtda informasiya qəbul etmək üçün işləyən bir neçə antena var idi.
MU-MIMO bütün cari antena fondundan istifadə edərək istifadəçilərə məlumat ötürmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Bu, köçürmə üçün abunəçi cihazlarına nişanların göndərilməsi ilə bağlı CSMA / CA protokolu tərəfindən əvvəllər qoyulmuş məhdudiyyətləri aradan qaldırır. İndi istifadəçilər bir qrupda birləşirlər və qrupun hər bir üzvü giriş nöqtəsinin antena fondunun resursunun öz hissəsini alır və növbə gözləmir.
Beamforming
MU-MIMO-nun işləməsinin vacib qaydası antena fondunun belə bir iş rejimini saxlamaqdır ki, bu da radio dalğalarının qarşılıqlı üst-üstə düşməsinə və faza əlavəsi səbəbindən məlumat itkisinə səbəb olmayacaqdır.
Bunun üçün giriş nöqtəsinin tərəfində mürəkkəb riyazi hesablamalar tələb olunur. Terminal bu funksiyanı dəstəkləyirsə, MU-MIMO ona giriş nöqtəsinə hər bir xüsusi antenada siqnalın nə qədər gecikmə aldığını bildirməyə imkan verir. Və giriş nöqtəsi, öz növbəsində, optimal şəkildə yönəldilmiş şüa yaratmaq üçün antenalarını tənzimləyir.
Ümumiyyətlə bizə nə verir?
Cədvəldə rəqəmləri olan ağ dairələr Wi-Fi-ın əvvəlki nəsillərindən istifadə üçün cari ssenariləri göstərir. Mavi dairələr (yuxarıdakı təsvirə baxın) Wi-Fi 6-nın imkanlarını təsvir edir, boz dairələr isə yaxın gələcəyin məsələsidir.
OFDMA dəstəyi ilə yeni həllərin gətirdiyi əsas üstünlüklər TDM (Time Division Multiplexing) səviyyəsində həyata keçirilən resurs vahidləri ilə əlaqələndirilir. Əvvəllər Wi-Fi-da belə deyildi. Bu, ayrılmış bandı aydın şəkildə idarə etməyə imkan verir, mühitdən minimum siqnal ötürmə müddətini və tələb olunan etibarlılıq səviyyəsini təmin edir. Xoşbəxtlikdən, heç kim şübhə etmir ki, Wi-Fi etibarlılıq göstəricilərinin təkmilləşdirilməsi lazımdır.
Tarix spiral şəklində hərəkət edir və hazırkı vəziyyət bir vaxtlar Ethernet ətrafında yaranan vəziyyətə bənzəyir. Hətta o zaman belə bir fikir yarandı ki, CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) ötürmə mühiti heç bir zəmanətli ötürmə qabiliyyətini təmin etmir. Beləliklə, IEEE 802.3z-ə keçidə qədər davam etdi.
Ümumi istifadə nümunələrinə gəlincə, gördüyünüz kimi, hər nəsil Wi-Fi ilə istifadə ssenariləri çoxalır, gecikmələrə qarşı daha həssas olur, ümumi və etibarlılıq.
Və yenə fiziki mühit haqqında
Yaxşı, indi yeni fiziki mühitin necə formalaşması haqqında. CSMA / CA və OFDM istifadə edərkən, aktiv nöqtələrin (Aktiv STA) sayının artması 20 MHz kanalın ötürücülüyünün ciddi şəkildə azalmasına səbəb oldu. Bu, yuxarıda qeyd olunanlarla əlaqədar idi: ən yeni texnologiyalar deyil, STC (Space-Time Coding) və MRC (Maksimum Nisbət Birləşməsi).
Resurs vahidlərinin istifadəsi sayəsində OFDMA uzaq və aşağı elektrik stansiyaları ilə effektiv şəkildə qarşılıqlı əlaqə qura bilər. Fərqli miqdarda resurs istehlak edən istifadəçilərlə eyni operator diapazonunda işləmək imkanı əldə edirik. Bir istifadəçi bir bölməni, digəri isə bütün digərlərini tuta bilər.
Niyə əvvəllər OFDMA yox idi?
Və nəhayət, əsas sual: niyə əvvəllər OFDMA yox idi? Qəribədir ki, hər şey pulla bağlı idi.
Uzun müddətdir ki, Wi-Fi modulunun qiyməti minimal olmalıdır. Protokol 1997-ci ildə kommersiya istifadəsinə verildikdə belə bir modulun istehsal dəyərinin 1 dollardan çox ola bilməyəcəyi qərara alınıb. Nəticədə texnologiyanın inkişafı suboptimal bir yol tutdu. Burada OFDMA-nın kifayət qədər uzun müddət istifadə olunduğu LTE daşıyıcısını nəzərə almırıq.
Sonda Wi-Fi işçi qrupu bu inkişafları telekommunikasiya operatorları dünyasından götürərək müəssisə şəbəkələri dünyasına köçürmək qərarına gəlib. Əsas vəzifə filtrlər və osilatorlar kimi yüksək keyfiyyətli elementlərin istifadəsinə keçid idi.
Köhnə MRC kodlaşdırmalarında müdaxilə ilə və ya müdaxiləsiz işləmək niyə bizim üçün bu qədər çətin idi? Çünki MVDR (Minimum Variance Distortionless Response) şüa yaratma mexanizmi çox sayda ötürmə nöqtəsini uyğunlaşdırmağa çalışdığımız anda xətaların sayını kəskin şəkildə artırdı. OFDMA problemin həll oluna biləcəyini sübut etdi.
Müdaxilə ilə mübarizə indi riyaziyyata əsaslanır. Rabitə pəncərəsi kifayət qədər uzun olarsa, yaranan dinamik müdaxilə problemlərə səbəb olur. Yeni əməliyyat alqoritmləri yalnız Wi-Fi ötürülməsi ilə əlaqəli müdaxilənin deyil, həm də bu diapazonda baş verən hər hansı digər müdaxilənin təsirini istisna etməklə onlardan uzaqlaşmağa imkan verir.
Adaptiv müdaxilənin qarşısının alınması sayəsində biz mürəkkəb heterojen mühitdə belə 11 dB-ə qədər qazanc əldə edə bilərik. Huawei-nin öz alqoritmik həllərinin istifadəsi lazım olan yerdə - daxili həllərdə ciddi optimallaşdırma əldə etməyə imkan verdi. 5G-də yaxşı olan şey Wi-Fi 6 mühitində mütləq yaxşı deyil.Kütləvi MIMO və MU-MIMO yanaşmaları daxili və xarici həllər arasında fərqlənir. Tələb olunduqda, 5G-də olduğu kimi bahalı həllərdən istifadə etmək məqsədəuyğundur. Lakin digər variantlar da lazımdır, məsələn, Wi-Fi 6, operatorlardan gözlədiyimiz gecikmə və performansı təmin edə bilir.
Biz onlardan korporativ istehlakçılar kimi bizə faydalı olacaq alətləri borc alırıq ki, bunların hamısı etibar edilə bilən fiziki mühit təmin etsin.
***
Yeri gəlmişkən, təkcə rusdilli seqmentdə deyil, həm də qlobal səviyyədə keçirilən Huawei 2020 yeniliklərinə dair çoxsaylı vebinarlarımızı unutma. Önümüzdəki həftələr üçün vebinarların siyahısı burada mövcuddur .
Mənbə: www.habr.com