Bere garapenetan, Huawei Wi-Fi 6-n oinarritzen da. Eta estandarraren belaunaldi berriaren inguruko lankide eta bezeroen galderek argitalpen bat idaztera bultzatu gintuzten bertan txertatutako oinarri teorikoei eta printzipio fisikoei buruz. Pasa gaitezen historiatik fisikara eta ikus dezagun zehatz-mehatz zergatik behar diren OFDMA eta MU-MIMO teknologiak. Hitz egin dezagun, halaber, funtsean birdiseinatu den datu-transmisioko euskarri fisiko batek kanalen ahalmen bermatua lortzea eta atzerapen-maila orokorra murriztea ahalbidetu zuena, non operadore baten parekoak izan daitezen. Eta hori 5G-n oinarritutako sare modernoak garestiagoak diren arren (batez beste 20-30 aldiz) antzeko gaitasunak dituzten barruko Wi-Fi 6 sareak baino.
Huaweirentzat, gaia ez da inolaz ere alferrik: Wi-Fi 6 onartzen duten soluzioak 2020an gure produkturik aurreratuenak dira, eta horietan baliabide izugarriak inbertitu dira. Hona hemen adibide bakarra: materialen zientziaren alorrean egindako ikerketek aleazio bat aukeratzeko aukera eman ziguten, zeinaren erabilerak sarbide-puntu bateko irrati-elementuetan seinale-zarata erlazioa 2-3 dB handitu zuen: txapela Doron Ezri-ri. lorpen hau.
Historia apur bat
Zentzuzkoa da Wi-Fiaren historia 1971ra arte zenbatzea, Hawaiiko Unibertsitatean Norman Abramson irakasleak eta lankide talde batek ALOHAnet haririk gabeko datu-paketeen sarea garatu, eraiki eta abiarazi zutenean.
1980an, IEEE 802 estandar eta protokolo talde bat onartu zen, zazpi geruzako OSI sare ereduaren beheko bi geruzen antolaketa deskribatuz. 802.11 urte luze itxaron behar izan genuen 17 lehen bertsioa kaleratu baino lehen.
1997an 802.11 estandarra onartu zenean, Wi-Fi Alliance sortu baino bi urte lehenago, gaur egungo haririk gabeko datuen teknologia ezagunenaren lehen belaunaldia mundu zabalean sartu zen.
IEEE 802 estandarra. Wi-Fi belaunaldiak
Ekipoen fabrikatzaileek benetan onartzen duten lehen estandarra 802.11b izan zen. Ikusten denez, berrikuntzen maiztasuna nahiko egonkorra da XX.mendearen amaieratik: aldaketa kualitatiboek denbora behar dute. Azken urteotan, lan handia egin da seinale fisikoaren transmisio-euskarria hobetzeko. Wi-Fiaren arazo modernoak hobeto ulertzeko, jo ditzagun bere oinarri fisikoetara.
Gogora ditzagun oinarriak!
Irrati-uhinak uhin elektromagnetikoen kasu berezi bat dira, eremu elektriko eta magnetikoen nahaste iturri batetik hedatzen direnak. Hiru parametro nagusi dituzte ezaugarri: uhin-bektorea, baita eremu elektriko eta magnetikoaren indar-bektoreak ere. Hirurak elkarren perpendikularrak dira. Kasu honetan, uhin baten maiztasuna denbora-unitate batean sartzen diren oszilazio errepikatuen kopuruari deitzen zaio normalean.
Horiek guztiak datu ezagunak dira. Hala ere, amaierara iristeko, hasiera-hasieratik hastera behartuta gaude.
Erradiazio elektromagnetikoen maiztasun-tarteen ohiko eskalan, irrati-barrutiak okupatzen du (maiztasun baxua) zatirik baxuena. 3 Hz-tik 3000 GHz-ra arteko oszilazio-maiztasuna duten uhin elektromagnetikoak biltzen ditu. Gainerako banda guztiek, argi ikusgaia barne, askoz ere maiztasun handiagoa dute.
Zenbat eta maiztasun handiagoa izan, orduan eta energia gehiago eman diezaioke irrati-uhinari, baina, aldi berean, oztopoen inguruan ez da hain ondo makurtzen eta azkarrago arintzen da. Kontrakoa ere egia da. Ezaugarri hauek kontuan hartuta, Wi-Fi funtzionamendurako bi maiztasun-tarte nagusi aukeratu ziren: 2,4 GHz (2,4000-2,4835 GHz-ra arteko maiztasun-banda) eta 5 GHz (5,170-5,330, 5,490-5,730 eta 5,735-5,835 GHz maiztasun-banda).
Irrati-uhinak norabide guztietan hedatzen dira, eta interferentzia-efektuaren ondorioz mezuak elkarri eragitea saihesteko, maiztasun-banda atal estuetan banatu ohi da - bata edo bestea duten kanalak. . Goiko diagramak erakusten du 1 MHz-ko banda-zabalera duten ondoko 2 eta 20 kanalek elkarren artean interferentzia egingo dutela, baina 1 eta 6ek ez.
Kanal barruko seinalea irrati-uhin bat erabiliz transmititzen da maiztasun eramaile jakin batean. Informazioa transmititzeko, uhin-parametroak izan daitezke maiztasunaren, anplitudearen edo fasearen arabera.
Kanalen bereizketa Wi-Fi maiztasun-tarteetan
2,4 GHz-ko maiztasun-tartea partzialki gainjartzen diren 14 kanaletan banatzen da, 20 MHz-ko zabalera optimoarekin. Behin uste zen hori nahikoa zela haririk gabeko sare konplexu bat antolatzeko. Laster argitu zen barrutiaren ahalmena azkar agortzen ari zela, beraz, 5 GHz-ko gama gehitu zitzaion, horren ahalmen espektrala askoz handiagoa baita. Bertan, 20 MHz-ko kanalez gain, 40 eta 80 MHz-ko zabalera duten kanalak esleitu daitezke.
Irrati-maiztasunaren espektroa erabiltzearen eraginkortasuna are gehiago hobetzeko, gaur egun oso erabilia da maiztasun-zatiketa ortogonalaren multiplexazio-teknologia ().
Kanal berean, maiztasun eramailearekin batera, hainbat azpieramaile erabiltzea dakar, eta horrek datu-transmisio paraleloa egitea ahalbidetzen du. OFDM-k trafikoa modu "granular" nahiko erosoan banatzeko aukera ematen du, baina bere adin agurgarria dela eta, hainbat desabantaila nabarmen mantentzen ditu. Horien artean, CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) sareko protokoloa erabiliz lan egiteko printzipioak daude, zeinaren arabera erabiltzaile bakarrak garraiolari eta azpieramaile batean lan egin dezake une jakin batzuetan.
Espazio-fluxuak
Haririk gabeko sarearen transmisioa handitzeko modu garrantzitsu bat korronte espazialak erabiltzea da.
Sarbide puntuak hainbat irrati-modulu eramaten ditu (bat, bi edo gehiago), antena kopuru jakin batera konektatuta daudenak. Antena hauek eredu eta modulazio jakin baten arabera irradiatzen dute, eta zu eta biok hari gabeko euskarri baten bidez transmititutako informazioa jasotzen dugu. Korronte espaziala sarbide-puntuaren eta erabiltzailearen gailuaren antena fisiko zehatz baten (irrati-modulua) artean era daiteke. Horri esker, sarbide-puntutik transmititzen den informazio-bolumen osoa korronte-kopuruaren (antenen) multiploan handitzen da.
Egungo estandarren arabera, lau korronte espazial inplementa daitezke 2,4 GHz bandan, eta zortzi gehienez 5 GHz bandan.
Aurretik, 2,4 eta 5 GHz bandetan lan egitean, irrati-modulu kopuruan bakarrik zentratu ginen. Bigarren irrati-modulu bat egoteak malgutasun gehigarria ematen zuen, harpidedun gailu zaharrei 2,4 GHz-ko maiztasunean funtzionatzeko aukera eman baitzien, eta berriei 5 GHz-ko maiztasunean. Hirugarren eta ondorengo irrati moduluen agerpenarekin arazo batzuk sortu ziren. Erradiazio-elementuek elkarren artean oztopatzeko joera dute, eta horrek gailuaren kostua areagotzen du diseinu hobea eta sarbide-puntua konpentsazio-iragazkiez hornitu beharra dagoelako. Beraz, duela gutxi sarbide-puntu bakoitzeko 16 korronte espazial aldi berean onartzea posible da.
Abiadura praktikoa eta teorikoa
OFDM funtzionamendu-mekanismoak direla eta, ezin izan dugu sarearen abiadura maximoa lortu. OFDMren ezarpen praktikorako kalkulu teorikoak aspaldi egin ziren eta ingurune idealekin bakarrik, non seinale-zarata erlazioa (SNR) eta bit errore-tasa (BER) nahiko altua espero zen aurreikusten zen. Interesatzen zaizkigun irrati-maiztasunen espektro guztietan zarata indartsuaren baldintza modernoetan, OFDMn oinarritutako sareen errendimendua izugarri baxua da. Eta protokoloak gabezia horiek daramatzaten duela gutxi arte, OFDMA (orthogonal frekuentzia-zatiketa anitzeko sarbide) teknologia erreskatatu arte. Berari buruz - pixka bat gehiago.
Hitz egin dezagun antenez
Dakizuenez, antena bakoitzak irabazia du, zeinaren balioaren arabera seinalearen hedapen-eredu espazial bat (beamforming) estaldura-eremu jakin batekin eratzen den (ez dugu kontuan hartzen seinalearen bir-islaketa, etab.). Hori da, hain zuzen ere, diseinatzaileek beti sarbide puntuak zehatz-mehatz non kokatu behar diren arrazoietan oinarrituta. Denbora luzez, ereduaren formak ez zuen aldatu eta antenaren ezaugarrien proportzioan handitu edo gutxitu zen.
Antena-elementu modernoak gero eta kontrolagarriagoak dira eta seinaleen hedapen-eredu espazialean aldaketa dinamikoak ahalbidetzen dituzte denbora errealean.
Goiko ezkerreko irudiak irrati-uhinen hedapenaren printzipioa erakusten du noranzko omnidirezionaleko antena estandar baten bidez. Seinalearen potentzia handituz, estaldura-erradioa bakarrik alda genezake kanalaren erabileraren kalitatean nabarmen eragin gabe - KQI (Key Quality Indicators). Adierazle hau oso garrantzitsua da komunikazioak hari gabeko ingurune batean harpidedun gailuak maiz mugitzen diren baldintzetan antolatzean.
Arazoaren konponbidea antena txiki kopuru handi bat erabiltzea izan zen, zeinen gaineko karga denbora errealean doi daitekeen, erabiltzailearen posizio espazialaren araberako hedapen-ereduak osatuz.
Horrela, MU-MIMO (Multi-User Multiple Input, Multiple Output) teknologiaren erabilerara hurbildu ahal izan zen. Bere laguntzarekin, sarbide-puntuak edozein unetan sortzen ditu abonatuen gailuetara bereziki zuzendutako erradiazio-fluxuak.
Fisikatik 802.11 estandarretara
Wi-Fi estandarrak eboluzionatu ahala, sarearen geruza fisikoarekin lan egiteko printzipioak aldatu egin ziren. Beste modulazio-mekanismo batzuk erabiltzeak ahalbidetu du -802.11g/n bertsioetatik hasita- denbora tarte batean informazio-kopuru askoz handiagoa sartzea eta, horrenbestez, erabiltzaile kopuru handiagoarekin lan egitea. Besteak beste, fluxu espazialak erabiliz lortu zen hori. Eta kanalaren zabalerari dagokionez aurkitutako malgutasunari esker, baliabide gehiago sortzea ahalbidetu da MIMOrentzat.
Datorren urterako aurreikusita dago Wi-Fi 7 estandarra onartzea. Zer aldatuko da iristearekin batera? Abiaduraren ohiko igoeraz eta 6 GHz-ko banda gehitzeaz gain, kanal agregatu zabalekin lan egin ahal izango da, 320 MHz adibidez. Hau bereziki interesgarria da industria-aplikazioen testuinguruan.
Wi-Fi 6-ren transmisio teorikoa
Wi-Fi 6-ren abiadura nominala kalkulatzeko formula teorikoa nahiko konplexua da eta parametro askoren araberakoa da, korronte espazial-kopurutik hasi eta azpieramaile batean (edo azpieramaileetan, hainbat badaude) jar dezakegun informazioarekin amaituz. horiek) denbora-unitateko.
Ikusten duzunez, fluxu espazialen araberakoa da asko. Baina aurretik, haien kopurua handitzeak STC (Space-Time Coding) eta MRC (Maximum Ratio Combining) erabiltzearekin batera hari gabeko soluzioaren errendimendua okerrera egin zuen.
Geruza fisikoaren teknologia berriak
Goazen geruza fisikoaren funtsezko teknologietara, eta has gaitezen OSI sare-ereduaren lehen geruzatik.
Gogora dezagun OFDM-k azpieramaile kopuru jakin bat erabiltzen duela, elkarri eragin gabe, informazio kopuru jakin bat transmititzeko gai direla.
Adibidean, 5,220 azpikanal dituen 48 GHz-ko banda erabiltzen dugu. Kanal hau batuz, azpieramaile kopuru handiagoa lortzen dugu, bakoitzak bere modulazio-eskema erabiltzen du.
Wi-Fi 5-ek 256 QAM (Quadrature Amplitude Modulation) koadratura-anplitudearen modulazioa erabiltzen du, eta horrek 16 x 16 puntuko eremu bat osatzeko aukera ematen du eramaile-maiztasunaren barruan denbora-tarte batean, anplitude eta fase desberdinetan. Eragozpena da une bakoitzean geltoki bakarrak transmiti dezakeela maiztasun eramailean.
Maiztasun-zatiketa ortogonalaren multiplexazioa (OFDMA) operadore mugikorren mundutik etorri zen, LTErekin batera hedatu zen eta beheranzko lotura bat (harpidedunarekiko komunikazio kanala) antolatzeko erabiltzen da. Baliabide-unitate deritzon mailan kanalarekin lan egiteko aukera ematen du. Unitate hauek bloke bat osagai kopuru zehatz batean zatitzen laguntzen dute. Bloke baten barruan, une bakoitzean ezin dugu zorrozki lan egin igorle-elementu batekin (erabiltzailea edo sarbide-puntu), baina dozenaka elementu konbinatu. Horrek emaitza nabarmenak lortzeko aukera ematen du.
Kanalen konexio erraza Wi-Fi 6-n
Wi-Fi 6-n Channel Bonding-ek 20 eta 160 MHz arteko zabalera duten kanal konbinatuak lortzeko aukera ematen du. Gainera, konexioa ez da gertuko barrutietan egin behar. Adibidez, bloke bat 5,17 GHz bandatik har daiteke, eta bigarrena 5,135 GHz bandatik. Horri esker, malgutasunez eraiki dezakezu irrati-ingurune bat interferentzia-faktore indartsuen presentzian edo etengabe igortzen duten beste estazio batzuen ondoan.
SIMOtik MIMOra
MIMO metodoa ez da beti gurekin egon. Garai batean, komunikazio mugikorrak SIMO modura mugatu behar ziren, harpidedunen geltokian hainbat antena egotea suposatzen zuen, aldi berean informazioa jasotzeko lanean.
MU-MIMO erabiltzaileei informazioa transmititzeko diseinatuta dago, egungo antenen stock osoa erabiliz. Honek CSMA/CA protokoloak aurrez ezarritako murrizketak kentzen ditu harpidedun gailuetara tokenak bidaltzeko transmisiorako. Orain erabiltzaileak talde batean batzen dira eta taldekide bakoitzak sarbide-puntuaren antena-baliabidearen zatia jasotzen du, txandaren zain egon beharrean.
Irrati-izpien eraketa
MU-MIMOren funtzionamendurako arau garrantzitsu bat antena-matrizearen funtzionamendu-modu bat mantentzea da, irrati-uhinen elkarrekiko gainjartzea eta fase gehitzearen ondoriozko informazioa galtzea ekarriko ez duena.
Horrek kalkulu matematiko konplexuak behar ditu sarbide-puntuan. Terminalak funtzio hori onartzen badu, MU-MIMOk aukera ematen dio sarbide-punturari zenbat denbora behar duen antena zehatz bakoitzean seinale bat jasotzeko. Eta sarbide-puntuak, bere antenak doitzen ditu, modu egokian zuzendutako izpi bat osatzeko.
Zer ematen digu horrek orokorrean?
Taulan zenbakiak dituzten zirkulu zuriek aurreko belaunaldietako Wi-Fi erabiltzeko egungo egoerak adierazten dituzte. Zirkulu urdinek (ikus goiko ilustrazioa) Wi-Fi 6-ren gaitasunak deskribatzen dituzte, eta grisak etorkizun hurbileko kontua dira.
OFDMA gaitutako soluzio berriek ekartzen dituzten onura nagusiak TDM-ren (Time Division Multiplexing) antzeko mailan inplementatutako baliabide-unitateekin lotuta daude. Hau ez zen inoiz Wi-Fi-rekin gertatzen. Horri esker, esleitutako banda-zabalera argi eta garbi kontrola dezakezu, seinalearen igarotze-denbora minimoa eta beharrezko fidagarritasun-maila bermatuz. Zorionez, inork ez du zalantzan jartzen Wi-Fi fidagarritasun-adierazleak hobetu behar direla.
Historia espiral batean mugitzen da, eta egungo egoera garai batean Ethernet inguruan garatu zenaren antzekoa da. Orduan ere, CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) transmisio-bitartekoak ez duela bermatutako errendimendurik ematen uste izan zen. Eta horrek jarraitu zuen IEEE 802.3z-ra igaro arte.
Aplikazio-eredu orokorrei dagokienez, ikus dezakezun bezala, Wi-Fi belaunaldi bakoitzean bere erabilera-eszenatokiak ugaritzen ari dira, gero eta sentikorragoak atzerapenekiko, oro har. eta fidagarritasuna.
Eta berriro ere ingurune fisikoari buruz
Bada, orain hitz egin dezagun ingurune fisiko berria nola eratzen den. CSMA/CA eta OFDM erabiltzean, STA aktiboen kopurua handitzeak 20 MHz-ko kanalaren errendimenduaren jaitsiera larria ekarri zuen. Lehen esandakoaren ondorioz gertatu da: ez STC (Space-Time Coding) eta MRC (Maximum Ratio Combining) teknologia berrienak.
OFDMAk, baliabide-unitateak erabiliz, distantzia luzeko eta potentzia baxuko estazioekin modu eraginkorrean elkarreragin dezake. Eramaile-sorta berean lan egiteko aukera dugu erabiltzaileek baliabide kopuru desberdinak kontsumitzen dituztenekin. Erabiltzaile batek unitate bat okupa dezake, eta beste bat - beste guztiak.
Zergatik ez zegoen OFDMA aurretik?
Eta azkenik, galdera nagusia: zergatik ez zegoen OFDMA aurretik? Bitxia bada ere, dena diru bihurtu zen.
Denbora luzez uste zen Wi-Fi modulu baten prezioa minimoa izan behar zela. 1997an protokoloa merkataritza-eragiketa martxan jarri zenean, erabaki zen modulu horren ekoizpen-kostua ezin zela $ 1 baino handiagoa izan. Ondorioz, teknologiaren garapenak bide ezin hobea hartu zuen. Hemen ez dugu LTE operadorea kontuan hartzen, non OFDMA denbora luzez erabiltzen den.
Azken finean, Wi-Fi lan-taldeak garapen horiek telekomunikazio-operadoreen mundutik hartu eta enpresa-sareen mundura eramatea erabaki zuen. Zeregin nagusia kalitate handiagoko elementuen erabilerara pasatzea izan zen, hala nola iragazkiak eta osziladoreak.
Zergatik egin zitzaigun hain zaila MRC kodeketa zaharretan interferentziarekin edo interferentziarik gabe lan egitea? MVDR (Minimum Variance Distortionless Response) beamforming mekanismoak errore-kopurua izugarri handitu duelako transmisio-puntu ugari konbinatzen saiatu bezain laster. OFDMAk frogatu du arazoa konpondu daitekeela.
Interferentziaren aurkako borroka matematikan oinarritzen da orain. Transmisio-leihoa nahikoa luzea bada, ondoriozko interferentzia dinamikoak arazoak sortzen ditu. Algoritmo eragile berriek horiek saihestea ahalbidetzen dute, Wi-Fi transmisioarekin lotutako interferentziak ez ezik, tarte horretan gertatzen diren beste edozeinen eragina ezabatuz.
Interferentziaren aurkako moldaketari esker, 11 dB-ko irabaziak lor ditzakegu ingurune heterogeneo konplexuetan ere. Huawei-ren berezko soluzio algoritmikoen erabilerak optimizazio serioa lortzea ahalbidetu zuen behar zen tokian, barruko soluzioetan. 5G-n ona dena ez da zertan ona Wi-Fi 6 ingurune batean. MIMO eta MU-MIMO ikuspegi masiboak desberdinak dira barruko eta kanpoko soluzioen kasuan. Beharrezkoa denean, egokia da irtenbide garestiak erabiltzea, 5G-n bezala. Baina beste aukera batzuk behar dira, hala nola, Wi-Fi 6, garraiolariengandik espero ditugun latentzia eta bestelako neurketak eman ditzakeena.
Haiengandik maileguan hartzen ditugu enpresa-kontsumitzaile gisa erabilgarriak izango zaizkigun tresnak, hori guztia konfiantza izan dezakegun ingurune fisikoa eskaintzeko ahaleginean.
***
Bide batez, ez ahaztu 2020ko Huawei produktu berriei buruzko gure webinar ugari, errusiar hizkuntzako segmentuan ez ezik, mundu mailan ere antolatutakoak. Datozen asteetarako webinarioen zerrenda eskuragarri dago hemen .
Iturria: www.habr.com