Léim go domhain isteach i Wi-Fi 6: OFDMA agus MU-MIMO

Ina fhorbairtí, braitheann Huawei ar Wi-Fi 6. Agus spreag ceisteanna ó chomhghleacaithe agus ó chustaiméirí faoi ghlúin nua an chaighdeáin dúinn post a scríobh faoi na bunsraitheanna teoiriciúla agus na prionsabail fhisiceacha atá leabaithe ann. Bogfaimid ar aghaidh ón stair go dtí an fhisic agus breathnaímid go mion ar an bhfáth go bhfuil gá le teicneolaíochtaí OFDMA agus MU-MIMO. Labhraímis freisin faoi mar a d’éirigh le meán tarchurtha sonraí fisiceacha a athdhearadh go bunúsach, acmhainn ráthaithe chainéil a bhaint amach agus laghdú den sórt sin ar leibhéal foriomlán na moilleanna go raibh siad inchomparáide le meánmhéid oibreora. Agus seo in ainneoin go bhfuil líonraí nua-aimseartha bunaithe ar 5G níos costasaí (20-30 uair ar an meán) ná líonraí Wi-Fi 6 laistigh a bhfuil cumais chomhchosúla acu.

Maidir le Huawei, ní ábhar díomhaoin é an t-ábhar ar chor ar bith: tá réitigh a thacaíonn le Wi-Fi 6 i measc ár dtáirgí is cinntithí in 2020, a bhfuil acmhainní ollmhóra infheistithe iontu. Seo sampla amháin: thug taighde i réimse na heolaíochta ábhar ar ár gcumas cóimhiotal a roghnú, ar tháinig méadú 2-3 dB ar an gcóimheas comhartha-go-torann le húsáid na n-eilimintí raidió de phointe rochtana: hataí amach do Doron Ezri do an éacht seo.

A Stair beag

Déanann sé ciall stair Wi-Fi a chomhaireamh siar go dtí 1971, nuair a d'fhorbair, thóg agus sheol an tOllamh Norman Abramson agus grúpa comhghleacaithe líonra sonraí paicéad gan sreang ALOHAnet in Ollscoil Haváí.

I 1980, faomhadh grúpa caighdeáin agus prótacail IEEE 802, ag cur síos ar eagrú an dá shraith níos ísle den tsamhail líonra seacht-ciseal OSI. Bhí orainn fanacht 802.11 mbliana fada roimh scaoileadh an chéad leagan de 17.

Le glacadh an chaighdeáin 1997 i 802.11, dhá bhliain roimh bhreith an Chomhaontais Wi-Fi, tháinig an chéad ghlúin de theicneolaíocht sonraí gan sreang is coitianta an lae inniu isteach sa domhan mór.

Glúin Wi-Fi caighdeánach IEEE 802

Ba é 802.11b an chéad chaighdeán a fuair tacaíocht fhíor-leathan ó mhonaróirí trealaimh. Mar a fheiceann tú, tá minicíocht na nuálaíochtaí cobhsaí go leor ó dheireadh an XNUMXú haois: glacann athruithe cáilíochtúla am. Le blianta beaga anuas, tá go leor oibre déanta chun an meán tarchurtha comhartha fisiceach a fheabhsú. D'fhonn tuiscint níos fearr a fháil ar na fadhbanna nua-aimseartha a bhaineann le Wi-Fi, déanaimis dul chuig a bhunsraitheanna fisiceacha.

Déanaimis cuimhneamh ar na bunghnéithe!

Is cás speisialta de thonnta leictreamaighnéadacha iad tonnta raidió - ag iomadú ó fhoinse suaitheadh ​​réimse leictrigh agus maighnéadach. Tá trí phríomhpharaiméadair tréithrithe acu: an veicteoir tonn, chomh maith leis na veicteoirí neart réimse leictrigh agus maighnéadach. Tá na trí cinn ingearach lena chéile. Sa chás seo, is gnách go dtugtar líon na n-ascaluithe athfhillteacha a luíonn isteach in aonad ama ar mhinicíocht toinne.

Is fíricí aitheanta iad seo go léir. Mar sin féin, chun an deireadh a bhaint amach, tá iallach orainn tosú ón tús.

Ar scála traidisiúnta raonta minicíochta na radaíochta leictreamaighnéadacha, áitíonn an raon raidió an chuid is ísle (minicíocht íseal). Áiríonn sé tonnta leictreamaighnéadacha le minicíocht ascalaithe ó 3 Hz go 3000 GHz. Tá minicíocht i bhfad níos airde ag gach banna eile, lena n-áirítear solas infheicthe.

Dá airde an minicíocht, is amhlaidh is mó fuinnimh is féidir a thabhairt don tonn raidió, ach ag an am céanna lúbann sé timpeall constaicí chomh maith agus maolaíonn sé níos tapúla. Tá a mhalairt fíor freisin. Agus na gnéithe seo á gcur san áireamh, roghnaíodh dhá phríomhraon minicíochta le haghaidh oibriú Wi-Fi - 2,4 GHz (banna minicíochta ó 2,4000 go 2,4835 GHz) agus 5 GHz (bannaí minicíochta 5,170-5,330, 5,490-5,730 agus 5,735-5,835 GHz).

Iomadaíonn tonnta raidió i ngach treo, agus d'fhonn cosc ​​a chur ar theachtaireachtaí tionchar a imirt ar a chéile mar gheall ar an éifeacht trasnaíochta, de ghnáth roinntear an banna minicíochta i gcodanna caol ar leithligh - bealaí le ceann amháin nó le ceann eile. bandaleithead. Taispeánann an léaráid thuas go gcuirfidh bealaí cóngaracha 1 agus 2 le bandaleithead 20 MHz isteach ar a chéile, ach ní chuirfidh 1 agus 6 isteach.

Tarchuirtear an comhartha taobh istigh den chainéal ag baint úsáide as tonn raidió ag minicíocht iompróra áirithe. Chun faisnéis a tharchur, is féidir paraiméadair tonn modhnú de réir minicíochta, aimplitiúid nó céime.

Scaradh cainéal i raonta minicíochta Wi-Fi

Tá an raon minicíochta 2,4 GHz roinnte ina 14 cainéal atá forluiteach go páirteach agus an leithead is fearr is féidir de 20 MHz. Creideadh uair amháin go raibh sé seo sách go leor chun líonra casta gan sreang a eagrú. Ba ghearr go raibh sé soiléir go raibh cumas an raoin á ídiú go tapa, agus mar sin cuireadh an raon 5 GHz leis, a bhfuil an cumas speictreach i bhfad níos airde. I sé, chomh maith le cainéil 20 MHz, is féidir a leithdháileadh cainéil le leithead 40 agus 80 MHz.

Chun éifeachtúlacht úsáid an speictrim minicíochta raidió a fheabhsú tuilleadh, úsáidtear teicneolaíocht ilphléacsála rannáin minicíochta orthogonal go forleathan anois (OFDM).

Baineann sé le húsáid, mar aon le minicíocht an iompróra, roinnt minicíochtaí fo-iompróir sa chainéal céanna, rud a fhágann gur féidir tarchur sonraí comhthreomhar a dhéanamh. Ligeann OFDM duit trácht a dháileadh ar bhealach “gráiníneach” atá measartha áisiúil, ach mar gheall ar a aois inchreidte, tá roinnt míbhuntáistí suntasacha fós ann. Ina measc tá na prionsabail a bhaineann le hoibriú ag baint úsáide as prótacal líonra CSMA/CA (Il-Rochtain Iompróra le Seachaint Imbhuailtí), nach féidir ach le húsáideoir amháin oibriú ar iompróir agus ar fho-iompróir amháin ag amanna áirithe.

Sreafaí spásúla

Bealach tábhachtach chun tréchur líonra gan sreang a mhéadú is ea sruthanna spáis a úsáid.

Déanann an pointe rochtana roinnt modúl raidió (ceann amháin, dhá cheann nó níos mó), atá ceangailte le líon áirithe antennas. Radaíonn na antennas seo de réir patrún agus modhnú áirithe, agus faigheann tú féin agus mé faisnéis a tharchuirtear thar mheán gan sreang. Is féidir an sruth spásúil a fhoirmiú idir antenna fisiceach ar leith (modúl raidió) den phointe rochtana agus an fheiste úsáideora. A bhuí leis sin, méadaíonn líon iomlán na bhfaisnéise a tharchuirtear ón bpointe rochtana faoi iolraí de líon na sruthanna (aeróga).

De réir na gcaighdeán reatha, is féidir suas le ceithre shruth spásúlachta a chur i bhfeidhm sa bhanna 2,4 GHz, agus suas le hocht sa bhanna 5 GHz.

Roimhe seo, agus muid ag obair sna bannaí 2,4 agus 5 GHz, dhíríomar ach ar líon na modúl raidió. Chuir láithreacht an dara modúl raidió solúbthacht bhreise ar fáil, toisc gur cheadaigh sé d'aois gléasanna sínitheora oibriú ag minicíocht 2,4 GHz, agus cinn nua oibriú ag minicíocht 5 GHz. Le teacht an tríú modúil raidió agus ina dhiaidh sin, tháinig roinnt fadhbanna chun cinn. Is gnách go gcuireann eilimintí radaithe isteach ar a chéile, rud a mhéadaíonn costas an fheiste mar gheall ar an ngá atá le dearadh níos fearr agus scagairí cúitimh a threalmhú an pointe rochtana. Mar sin níor éirigh ach le déanaí tacaíocht a thabhairt go comhuaineach do 16 shruth spásúlachta in aghaidh an phointe rochtana.

Luas praiticiúil agus teoiriciúil

Mar gheall ar mheicníochtaí oibriúcháin OFDM, ní raibh muid in ann tréchur uasta líonra a fháil. Rinneadh ríomhanna teoiriciúla maidir le cur chun feidhme praiticiúil OFDM i bhfad ó shin agus i ndáil le timpeallachtaí idéalacha amháin, áit a rabhthas ag súil go mór le cóimheas comhartha-go-torann (SNR) agus ráta earráide giotán (BER) measartha ard. I gcoinníollacha nua-aimseartha ina bhfuil torann láidir i ngach speictream minicíochta raidió a bhfuil spéis againn ann, tá tréchur líonraí bunaithe ar OFDM thar a bheith íseal. Agus lean an prótacal ag iompar na n-easnaimh seo go dtí le déanaí, go dtí gur tháinig teicneolaíocht OFDMA (rochtain il-rannán minicíochta orthogonal) chun tarrthála. Maidir léi - beagán eile.

Labhraímis faoi antennas

Mar is eol duit, tá gnóthachan ag gach antenna, ag brath ar an luach a ndéantar patrún spásúil iomadú comhartha (beamforming) le limistéar clúdaigh áirithe (ní chuirimid athmhachnamh comhartha san áireamh, etc.). Is é seo go beacht a bhunaigh dearthóirí a réasúnaíocht i gcónaí ar an áit ar cheart pointí rochtana a chur. Ar feadh i bhfad, d'fhan cruth an phhatrún gan athrú agus níor tháinig sé ach méadú nó laghdú i gcomhréir le saintréithe an antenna.

Tá gnéithe antenna nua-aimseartha ag éirí níos mó agus níos mó inrialaithe agus ceadaíonn siad athruithe dinimiciúla i bpatrún spásúlachta iomadú comhartha i bhfíor-am.

Léiríonn an figiúr ar chlé thuas prionsabal iomadú tonnta raidió ag baint úsáide as antenna caighdeánach omnidirectional. Trí chumhacht an chomhartha a mhéadú, ní fhéadfaimis ach an ga clúdaigh a athrú gan an cumas tionchar suntasach a imirt ar chaighdeán úsáide an chainéil - KQI (Príomhtháscairí Cáilíochta). Agus tá an táscaire seo thar a bheith tábhachtach nuair a bhíonn cumarsáid á eagrú i gcoinníollacha gluaiseachta minic an fheiste suibscríobhaí i dtimpeallacht gan sreang.

Ba é réiteach na faidhbe ná úsáid a bhaint as líon mór antennas beaga, ar féidir an t-ualach orthu a choigeartú i bhfíor-am, ag foirmiú patrúin iomadaithe ag brath ar shuíomh spásúil an úsáideora.

Mar sin, bhíothas in ann teacht in aice le húsáid na teicneolaíochta MU-MIMO (Il-Ionchur Ilúsáideora, Il-Aschur). Le cabhair uaidh, gineann an pointe rochtana ag am ar bith sreafaí radaíochta dírithe go sonrach ar fheistí suibscríobhaí.

Ó fhisic go caighdeáin 802.11

De réir mar a tháinig caighdeáin Wi-Fi chun cinn, d'athraigh na prionsabail a bhaineann le hoibriú le ciseal fisiceach an líonra. De bharr meicníochtaí modhnúcháin eile a úsáid is féidir - ag tosú le leaganacha de 802.11g/n - méid i bhfad níos mó faisnéise a fheistiú i sliotán ama agus, dá réir sin, oibriú le líon níos mó úsáideoirí. I measc rudaí eile, baineadh é seo amach trí úsáid a bhaint as sreafaí spásúla. Agus de bharr na solúbthachta nua maidir le leithead an chainéil is féidir níos mó acmhainní a ghiniúint do MIMO.

Tá ceadú an chaighdeáin Wi-Fi 7 sceidealta don bhliain seo chugainn. Cad a athróidh nuair a thiocfaidh sé? Chomh maith leis an ngnáthmhéadú ar luas agus an banna 6 GHz a chur leis, beifear in ann oibriú le bealaí comhiomlánaithe leathan, mar 320 MHz. Tá sé seo suimiúil go háirithe i gcomhthéacs feidhmeanna tionsclaíocha.

Tréchur Wi-Fi 6 teoiriciúil

Tá an fhoirmle theoiriciúil chun luas ainmniúil Wi-Fi 6 a ríomh casta go leor agus braitheann sé ar go leor paraiméadair, ag tosú le líon na sruthanna spásúla agus ag críochnú leis an bhfaisnéis is féidir linn a chur isteach i bhfo-iompróir (nó fo-iompróirí, má tá roinnt de na iad) in aghaidh an aonaid ama.

Mar a fheiceann tú, braitheann go leor ar shreabhadh spásúil. Ach roimhe sin, mhéadaigh méadú ar a n-uimhir i gcomhcheangal le húsáid STC (Códú Spáis) agus MRC (Comhcheangal Cóimheas Uasta) feidhmíocht an réitigh gan sreang ina iomláine níos measa.

Príomhtheicneolaíochtaí Ciseal Fisiceacha Nua

A ligean ar bogadh ar aghaidh go dtí na príomhtheicneolaíochtaí an ciseal fisiciúil - agus tús a chur leis an chéad sraith de shamhail líonra OSI.

Meabhraímid go n-úsáideann OFDM líon áirithe fo-iompróirí, atá, gan cur isteach ar a chéile, in ann méid áirithe faisnéise a tharchur.

Sa sampla, úsáidimid an banna 5,220 GHz, ina bhfuil 48 fo-chainéil. Tríd an gcainéal seo a chomhiomlánú, faigheann muid líon níos mó fo-iompróirí, agus úsáideann gach ceann acu a scéim modhnú féin.

Úsáideann Wi-Fi 5 modhnú aimplitiúid cheathairreach 256 QAM (Modhnú Aimplitiúid Cheathairneach), a ligeann duit réimse 16 x 16 pointe a fhoirmiú laistigh den mhinicíocht iompróra i sliotán ama amháin, difriúil ó thaobh aimplitiúid agus céime. Is é an míchaoithiúlacht atá ann ná nach féidir ach stáisiún amháin a tharchur ar mhinicíocht an iompróra ag tráth ar bith.

Tháinig ilphléacsáil rannán minicíochta orthogonal (OFDMA) ó shaol na n-oibreoirí móibíleacha, tháinig sé go forleathan ag an am céanna le LTE agus úsáidtear é chun downlink (cainéal cumarsáide leis an síntiúsóir) a eagrú. Ligeann sé duit oibriú leis an gcainéal ar leibhéal na n-aonad acmhainne mar a thugtar air. Cuidíonn na haonaid seo le bloc a bhriseadh síos i líon sonrach comhpháirteanna. Laistigh de bhloc, ag gach nóiméad ní féidir linn oibriú go docht le heilimint astaithe amháin (úsáideoir nó pointe rochtana), ach an iliomad eilimintí a chomhcheangal. Ligeann sé seo duit torthaí iontacha a bhaint amach.

Nasc éasca cainéil i Wi-Fi 6

Ligeann Nascáil Cainéal i Wi-Fi 6 duit cainéil chomhcheangailte a fháil ar leithead 20 go 160 MHz. Thairis sin, ní gá an nasc a dhéanamh i raonta in aice láimhe. Mar shampla, is féidir bloc amháin a thógáil ón mbanda 5,17 GHz, agus an dara ceann ón mbanda 5,135 GHz. Ligeann sé seo duit timpeallacht raidió a thógáil go solúbtha fiú amháin i láthair fachtóirí trasnaíochta láidre nó cóngarach do stáisiúin astaithe eile i gcónaí.

Ó SIMO go MIMO

Ní raibh an modh MIMO linn i gcónaí. Uair amháin, b'éigean cumarsáid shoghluaiste a theorannú don mhodh SIMO, rud a thug le tuiscint go raibh roinnt antennas i láthair ag an stáisiún suibscríobhaí, ag obair go comhuaineach chun faisnéis a fháil.

Tá MU-MIMO deartha chun faisnéis a tharchur chuig úsáideoirí ag baint úsáide as an stoc antenna iomlán atá ann faoi láthair. Baineann sé seo leis na srianta a fhorchuireadh roimhe seo ag an bprótacal CSMA/CA a bhaineann le comharthaí a sheoladh chuig gléasanna sínitheora lena dtarchur. Anois tá na húsáideoirí aontaithe i ngrúpa agus faigheann gach ball den ghrúpa a sciar d’acmhainn aeróige an phointe rochtana, seachas a bheith ag fanacht lena sheal.

Foirmiú bhíoma raidió

Riail thábhachtach maidir le hoibriú MU-MIMO is ea modh oibríochta an eagar antenna a choinneáil nach mbeadh mar thoradh ar fhorluí frithpháirteacha tonnta raidió agus caillteanas faisnéise de bharr suimiú céime.

Éilíonn sé seo ríomhaireachtaí casta matamaitice ar thaobh an phointe rochtana. Má thacaíonn an críochfort leis an ngné seo, ligeann MU-MIMO dó a insint don phointe rochtana cé chomh fada agus a thógann sé chun comhartha a fháil ag gach aeróg ar leith. Agus déanann an pointe rochtana, ina dhiaidh sin, a chuid antennas a choigeartú chun léas optamaithe a chruthú.

Cad a thugann sé seo dúinn i gcoitinne?

Léiríonn ciorcail bhána le huimhreacha sa tábla cásanna reatha maidir le húsáid Wi-Fi na nglún roimhe seo. Déanann na ciorcail gorm (féach an léaráid thuas) cur síos ar chumais Wi-Fi 6, agus is ábhar go luath amach anseo iad na cinn liath.

Baineann na príomhbhuntáistí a bhaineann le réitigh nua atá cumasaithe le OFDMA le haonaid acmhainne a chuirtear i bhfeidhm ar leibhéal cosúil le TDM (Ilphléacsáil Rannán Ama). Ní raibh sé seo amhlaidh riamh le Wi-Fi. Ligeann sé seo duit an bandaleithead leithdháilte a rialú go soiléir, ag cinntiú an t-am idirthurais comhartha íosta trí mheán agus an leibhéal iontaofachta riachtanach. Go fortunately, níl aon amhras ar éinne go bhfuil gá le táscairí iontaofachta Wi-Fi a fheabhsú.

Gluaiseann an stair i bíseach, agus tá an staid reatha cosúil leis an gceann a d'fhorbair timpeall Ethernet ag aon am amháin. Fiú amháin ansin, fuarthas an tuairim nach soláthraíonn an meán tarchurtha CSMA/CD (Il-Rochtain Iompróra agus Braite Imbhuailte) aon tréchur ráthaithe. Agus lean sé seo ar aghaidh go dtí an t-aistriú go IEEE 802.3z.

Maidir leis na samhlacha iarratais ginearálta, mar a fheiceann tú, le gach glúin de Wi-Fi, tá a chásanna úsáide ag méadú, níos mó agus níos íogaire do mhoilleanna, ginearálta giodam agus iontaofacht.

Agus arís faoin timpeallacht fhisiciúil

Bhuel, déanaimis labhairt anois faoi conas a chruthaítear an timpeallacht fhisiciúil nua. Agus CSMA/CA agus OFDM á n-úsáid, tháinig laghdú mór ar thréchur an chainéil 20 MHz de bharr méadú ar líon na STAanna gníomhacha. Bhí sé seo mar gheall ar an méid atá luaite cheana féin: ní na teicneolaíochtaí is nua STC (Códú Spás-Am) agus MRC (Comhcheangal Cóimheas Uasta).

Is féidir le OFDMA, trí úsáid a bhaint as aonaid acmhainne, idirghníomhú go héifeachtach le stáisiúin fad-achair agus ísealchumhachta. Faighimid an deis oibriú sa raon iompróra céanna le húsáideoirí ag caitheamh méideanna éagsúla acmhainní. Is féidir le húsáideoir amháin aonad amháin a áitiú, agus ceann eile - na cinn eile go léir.

Cén fáth nach raibh OFDMA ann roimhe seo?

Agus ar deireadh, an phríomhcheist: cén fáth nach raibh OFDMA ann roimhe seo? Oddly leor, tháinig sé ar fad síos ar airgead.

Ar feadh i bhfad creideadh gur chóir go mbeadh praghas modúl Wi-Fi íosta. Nuair a cuireadh an prótacal i bhfeidhm ar bhonn tráchtála i 1997, socraíodh nach rachadh costas táirgthe modúil den sórt sin thar $1. Mar thoradh air sin, ghlac forbairt na teicneolaíochta cosán suboptimal. Anseo ní chuirimid LTE an oibreora san áireamh, áit a bhfuil OFDMA in úsáid le fada an lá.

I ndeireadh na dála, chinn an grúpa oibre Wi-Fi na forbairtí seo a thógáil ó shaol na n-oibreoirí teileachumarsáide agus iad a thabhairt go saol na ngréasán fiontair. Ba é an príomhthasc ná an t-aistriú go dtí úsáid na n-eilimintí ar chaighdeán níos airde, mar scagairí agus oscillators.

Cén fáth a raibh sé chomh deacair dúinn oibriú sna sean-ionchóduithe MRC le cur isteach nó gan cur isteach? Toisc gur tháinig méadú suntasach ar líon na n-earráidí a luaithe a rinneamar iarracht líon mór pointí tarchurtha a chur le chéile mar gheall ar mheicníocht beamforming MVDR (Freagra Gan Saobhadh Íosta Athraitheas). Tá sé cruthaithe ag OFDMA gur féidir an fhadhb a réiteach.

Tá an comhrac in aghaidh na trasnaíochta bunaithe anois ar an matamaitic. Má tá an fhuinneog tarchurtha fada go leor, cruthaíonn an cur isteach dinimiciúil a eascraíonn as fadhbanna. Is féidir iad a sheachaint le halgartaim oibriúcháin nua, rud a chuireann deireadh le tionchar ní amháin ar an gcur isteach a bhaineann le tarchur Wi-Fi, ach freisin ar aon cheann eile a tharlaíonn sa raon seo.

A bhuíochas le frith-chur isteach oiriúnaitheach, is féidir linn gnóthachain suas le 11 dB a bhaint amach fiú i dtimpeallachtaí casta ilchineálacha. Le húsáid réitigh algartamacha Huawei féin bhíothas in ann leas iomlán a bhaint as tromchúiseach go díreach nuair a bhí gá leis - i réitigh faoi dhíon. Ní gá go bhfuil an rud atá go maith i 5G go maith i dtimpeallacht Wi-Fi 6 difriúil i gcás réitigh laistigh agus lasmuigh. Nuair is gá, is iomchuí réitigh chostasacha a úsáid, mar atá in 5G. Ach tá gá le roghanna eile, mar shampla Wi-Fi 6, ar féidir leo an latency agus méadracht eile a bhfuilimid ag súil ó iompróirí a sheachadadh.

Faighimid ar iasacht uathu na huirlisí a bheidh úsáideach dúinn mar thomhaltóirí fiontair, go léir mar iarracht chun timpeallacht fhisiciúil a sholáthar ar féidir linn brath air.

***

Dála an scéil, ná déan dearmad ar ár webinars iomadúla ar tháirgí nua Huawei i 2020, a tionóladh ní hamháin sa deighleog Rúisis-teanga, ach freisin ar an leibhéal domhanda. Tá liosta de na webinars do na seachtainí atá le teacht ar fáil ag nasc.

Foinse: will.com