Nan devlopman li yo, Huawei konte sou Wi-Fi 6. Ak kesyon kòlèg ak kliyan sou nouvo jenerasyon estanda a te pouse nou ekri yon pòs sou fondasyon teyorik ak prensip fizik ki entegre nan li. Ann ale nan istwa nan fizik epi gade an detay poukisa teknoloji OFDMA ak MU-MIMO yo bezwen. Ann pale tou sou fason yon mwayen transmisyon done fizik ki te reamenaje fondamantalman te fè li posib pou reyalize kapasite chanèl garanti ak yon rediksyon konsa nan nivo jeneral reta ke yo te vin konparab ak sa yon operatè. Ak sa a malgre lefèt ke rezo modèn ki baze sou 5G yo pi chè (an mwayèn 20-30 fwa) pase rezo Wi-Fi 6 andedan kay la ak kapasite menm jan an.
Pou Huawei, sijè a pa gen okenn fason san fè anyen konsa: solisyon ki sipòte Wi-Fi 6 yo se yo ki pami pwodwi ki pi gran nou yo nan 2020, nan ki resous menmen yo te envesti. Men sèlman yon egzanp: rechèch nan domèn syans materyèl pèmèt nou chwazi yon alyaj, itilizasyon ki nan eleman radyo nan yon pwen aksè ogmante rapò siyal-a-bri pa 2-3 dB: chapo ba pou Doron Ezri pou reyalizasyon sa a.
Yon istwa ti kras
Li fè sans pou konte istwa Wi-Fi tounen nan 1971, lè nan University of Hawaii, Pwofesè Norman Abramson ak yon gwoup kòlèg devlope, bati ak lanse rezo done pake san fil ALOHAnet.
An 1980, yon gwoup estanda ak pwotokòl IEEE 802 te apwouve, ki dekri òganizasyon an nan de kouch ki pi ba yo nan sèt-kouch OSI rezo modèl la. Nou te oblije rete tann 802.11 ane lontan anvan lage premye vèsyon 17.
Avèk adopsyon estanda 1997 an 802.11, dezan anvan nesans Wi-Fi Alliance, premye jenerasyon teknoloji done san fil ki pi popilè jodi a te antre nan mond lan pi laj.
Estanda IEEE 802. Wi-Fi jenerasyon
Premye estanda ki te vrèman lajman sipòte pa manifaktirè ekipman yo te 802.11b. Kòm ou ka wè, frekans nan inovasyon te byen estab depi nan fen XNUMXyèm syèk la: chanjman kalitatif yo pran tan. Nan dènye ane yo, anpil travay te fèt pou amelyore mwayen transmisyon siyal fizik la. Yo nan lòd yo pi byen konprann pwoblèm yo modèn nan Wi-Fi, ann ale nan fondasyon fizik li yo.
Ann sonje debaz yo!
Onn radyo yo se yon ka espesyal nan onn elektwomayetik - pwopagasyon soti nan yon sous twoub elektrik ak mayetik jaden. Yo karakterize pa twa paramèt prensipal: vektè vag la, osi byen ke vektè fòs jaden elektrik ak mayetik. Tout twa yo mityèlman pèpandikilè youn ak lòt. Nan ka sa a, frekans yon vag anjeneral rele kantite osilasyon repete ki anfòm nan yon inite tan.
Tout sa yo se reyalite byen li te ye. Sepandan, pou nou rive nan fen a, nou oblije kòmanse depi nan kòmansman an.
Sou echèl la konvansyonèl nan chenn frekans nan radyasyon elektwomayetik, ranje radyo a okipe pati ki pi ba (frekans ki ba). Li gen ladann onn elektwomayetik ak yon frekans osilasyon soti nan 3 Hz a 3000 GHz. Tout lòt gwoup, ki gen ladan limyè vizib, gen yon frekans ki pi wo.
Plis frekans lan pi wo, se plis enèji ka bay vag radyo a, men an menm tan li pliye alantou obstak yo mwens byen epi li diminye pi vit. Opoze a se vre tou. Lè w pran karakteristik sa yo an kont, yo te chwazi de seri frekans prensipal pou operasyon Wi-Fi - 2,4 GHz (band frekans soti nan 2,4000 a 2,4835 GHz) ak 5 GHz (bann frekans 5,170-5,330, 5,490-5,730 ak 5,735-5,835 GHz).
Onn radyo gaye nan tout direksyon, epi yo nan lòd yo anpeche mesaj yo enfliyanse youn ak lòt akòz efè a entèferans, se gwoup la frekans anjeneral divize an seksyon etwat separe - chanèl ak youn oswa yon lòt. . Dyagram ki pi wo a montre ke chanèl adjasan 1 ak 2 ak yon bandwidth 20 MHz pral entèfere youn ak lòt, men 1 ak 6 pa pral.
Siyal andedan kanal la transmèt lè l sèvi avèk yon onn radyo nan yon sèten frekans konpayi asirans. Pou transmèt enfòmasyon, paramèt vag yo ka pa frekans, anplitid oswa faz.
Separasyon chanèl nan chenn frekans Wi-Fi
Se ranje frekans 2,4 GHz divize an 14 chanèl ki pasyèlman sipèpoze ak yon lajè optimal nan 20 MHz. Li te yon fwa kwè ke sa a te byen ase yo òganize yon rezo san fil konplèks. Li byento te vin klè ke kapasite ranje a te rapidman fin itilize, se konsa ranje 5 GHz yo te ajoute nan li, kapasite espektral la ki pi wo. Nan li, anplis 20 MHz chanèl, li posib pou asiyen chanèl ak yon lajè 40 ak 80 MHz.
Pou amelyore plis efikasite lè l sèvi avèk spectre frekans radyo a, se kounye a lajman ki itilize teknoloji divizyon frekans ortogonal ().
Li enplike itilize, ansanm ak frekans konpayi asirans lan, plizyè frekans subcarrier nan menm kanal la, ki fè li posib pou pote transmisyon done paralèl. OFDM pèmèt ou distribye trafik nan yon fason "granulaire" san patipri pratik, men akòz laj venerable li yo, li kenbe yon kantite dezavantaj enpòtan. Pami yo se prensip k ap travay lè l sèvi avèk pwotokòl rezo CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), dapre ki yon sèl itilizatè ka travay sou yon sèl konpayi asirans ak subcarrier nan sèten moman.
Koule espasyal
Yon fason enpòtan pou ogmante debi rezo san fil se atravè itilizasyon kouran espasyal.
Pwen aksè a pote plizyè modil radyo (yon sèl, de oswa plis), ki konekte ak yon sèten kantite antèn. Antèn sa yo gaye dapre yon sèten modèl ak modulasyon, epi ou menm ak mwen resevwa enfòmasyon transmèt sou yon mwayen san fil. Kouran espasyal la ka fòme ant yon antèn fizik espesifik (modil radyo) nan pwen aksè a ak aparèy itilizatè a. Mèsi a sa a, volim total enfòmasyon ki transmèt soti nan pwen aksè a ogmante pa yon miltip nan kantite kouran (antèn).
Dapre estanda aktyèl yo, jiska kat kouran espasyal yo ka aplike nan gwoup 2,4 GHz, ak jiska uit nan gwoup 5 GHz.
Précédemment, lè w ap travay nan gwoup 2,4 ak 5 GHz, nou konsantre sèlman sou kantite modil radyo. Prezans yon dezyèm modil radyo te bay plis fleksibilite, paske li te pèmèt ansyen aparèy abònen yo opere nan yon frekans 2,4 GHz, ak nouvo yo opere nan yon frekans 5 GHz. Avèk avenman twazyèm ak modil radyo ki vin apre yo, gen kèk pwoblèm ki te parèt. Eleman radiasyon yo gen tandans entèfere youn ak lòt, sa ki ogmante pri a nan aparèy la akòz bezwen an pou pi bon konsepsyon ak ekipe pwen aksè a ak filtè konpansasyon. Se konsa, li te sèlman dènyèman vin posib pou sipòte ansanm 16 kouran espasyal pou chak pwen aksè.
Vitès pratik ak teyorik
Akòz mekanis fonksyònman OFDM, nou pa t 'kapab jwenn maksimòm debi rezo a. Kalkil teyorik pou aplikasyon pratik OFDM yo te pote soti nan yon bon bout tan de sa epi sèlman an relasyon ak anviwònman ideyal, kote yo te espere yon rapò siyal-a-bri (SNR) jistis wo ak to erè ti jan (BER). Nan kondisyon modèn nan bri fò nan tout spectre frekans radyo ki enterese nou, debi rezo ki baze sou OFDM se depresman ba. Ak pwotokòl la kontinye pote enpèfeksyon sa yo jiska dènyèman, jiskaske teknoloji OFDMA (orthogonal frekans-divizyon aksè miltip) te vin sekou. Sou li - yon ti kras pi lwen.
Ann pale sou antèn
Kòm ou konnen, chak antèn gen yon benefis, tou depann de valè a nan ki se yon modèl espasyal nan pwopagasyon siyal (beamforming) ki fòme ak yon sèten zòn pwoteksyon (nou pa pran an kont re-refleksyon siyal, elatriye). Sa a se jisteman sa konsèpteur yo te toujou baze rezònman yo sou ki kote egzakteman pwen aksè yo ta dwe mete. Pou yon tan long, fòm nan modèl la rete san okenn chanjman epi sèlman ogmante oswa diminye nan pwopòsyon ak karakteristik sa yo nan antèn la.
Eleman antèn modèn yo ap vin pi plis ak plis kontwole epi yo pèmèt chanjman dinamik nan modèl la espasyal nan pwopagasyon siyal an tan reyèl.
Figi gòch anwo a montre prensip pwopagasyon onn radyo yo lè l sèvi avèk yon antèn omnidireksyon estanda. Lè nou ogmante pouvwa siyal la, nou te kapab sèlman chanje reyon kouvèti asirans lan san yo pa kapasite pou enfliyanse siyifikativman kalite itilizasyon chanèl - KQI (Key Quality Indicators). Ak endikatè sa a trè enpòtan lè w òganize kominikasyon nan kondisyon mouvman souvan nan aparèy abònen nan yon anviwònman san fil.
Solisyon an nan pwoblèm nan te itilize nan yon gwo kantite antèn ti, chaj la sou ki ka ajiste nan tan reyèl, fòme modèl pwopagasyon depann sou pozisyon nan espasyal nan itilizatè a.
Kidonk, li te posib yo vin pre itilizasyon teknoloji MU-MIMO (Multi-User Multiple Input, Multiple Output). Avèk èd li, pwen aksè a nenpòt ki lè jenere koule radyasyon ki dirije espesyalman nan aparèy abònen yo.
Soti nan fizik nan estanda 802.11
Kòm estanda Wi-Fi evolye, prensip yo nan travay ak kouch fizik rezo a chanje. Itilizasyon lòt mekanis modulasyon te fè li posib - kòmanse ak vèsyon 802.11g/n - pou anfòm yon pi gwo kantite enfòmasyon nan yon plas tan epi, kòmsadwa, travay ak yon pi gwo kantite itilizatè. Pami lòt bagay, sa a te reyalize atravè itilizasyon koule espasyal. Ak nouvo fleksibilite nan lajè chanèl te fè li posib jenere plis resous pou MIMO.
Apwobasyon estanda Wi-Fi 7 la pwograme pou ane pwochèn.Kisa ki pral chanje ak arive li? Anplis de ogmantasyon nòmal nan vitès ak adisyon a nan gwoup 6 GHz, li pral posib pou travay ak chanèl lajè total, tankou 320 MHz. Sa a se espesyalman enteresan nan yon kontèks aplikasyon endistriyèl.
Teyorik Wi-Fi 6 debi
Fòmil teyorik la pou kalkile vitès nominal Wi-Fi 6 se byen konplèks epi li depann de anpil paramèt, kòmanse ak kantite kouran espasyal epi fini ak enfòmasyon ke nou ka mete nan yon subcarrier (oswa subcarriers, si gen plizyè nan. yo) pou chak inite tan.
Kòm ou ka wè, anpil depann sou koule espasyal. Men, anvan, yon ogmantasyon nan kantite yo nan konbinezon ak itilizasyon STC (Kodaj Espas-Tan) ak MRC (Rapò maksimòm Konbine) vin pi mal pèfòmans nan solisyon an san fil kòm yon antye.
Nouvo kle teknoloji kouch fizik
Ann ale nan teknoloji kle yo nan kouch fizik la - epi kòmanse ak premye kouch nan modèl rezo OSI la.
Se pou nou sonje ke OFDM sèvi ak yon sèten kantite subcarriers, ki, san yo pa afekte youn ak lòt, yo kapab transmèt yon sèten kantite enfòmasyon.
Nan egzanp lan, nou itilize gwoup 5,220 GHz, ki gen 48 subchannel. Lè nou rasanble kanal sa a, nou jwenn yon pi gwo kantite subcarriers, chak nan yo ki itilize pwòp konplo modulasyon li yo.
Wi-Fi 5 itilize modulation anplitid kwadrati 256 QAM (modulasyon anplitid kwadrati), ki pèmèt ou fòme yon jaden 16 x 16 pwen nan frekans konpayi asirans lan nan yon sèl plas tan, diferan nan anplitid ak faz. Enkonvenyan an se ke nan nenpòt moman bay yon sèl estasyon ka transmèt sou frekans nan konpayi asirans.
Orthogonal frekans divizyon multiplexage (OFDMA) te soti nan mond lan nan operatè mobil, te vin gaye toupatou ansanm ak LTE epi yo itilize yo òganize yon downlink (chanèl kominikasyon abònen an). Li pèmèt ou travay ak kanal la nan nivo sa yo rele inite resous yo. Inite sa yo ede kraze yon blòk nan yon kantite espesifik konpozan. Nan yon blòk, nan chak moman nou pa ka travay entèdi ak yon sèl eleman emèt (itilizatè oswa pwen aksè), men konbine plizyè douzèn eleman. Sa a pèmèt ou reyalize rezilta remakab.
Fasil koneksyon nan chanèl nan Wi-Fi 6
Channel Bonding nan Wi-Fi 6 pèmèt ou jwenn chanèl konbine avèk yon lajè 20 a 160 MHz. Anplis, koneksyon an pa oblije fè nan chenn ki tou pre. Pou egzanp, yon blòk ka pran nan gwoup la 5,17 GHz, ak dezyèm lan nan gwoup la 5,135 GHz. Sa a pèmèt ou bati yon anviwònman radyo ak fleksib menm nan prezans faktè entèferans fò oswa nan pwoksimite ak lòt estasyon toujou ap emèt.
Soti nan SIMO rive nan MIMO
Metòd MIMO a pa toujou la avèk nou. Yon fwa sou yon tan, kominikasyon mobil te dwe limite a mòd SIMO a, ki enplike prezans nan plizyè antèn nan estasyon abònen an, ansanm ap travay pou resevwa enfòmasyon.
MU-MIMO fèt pou transmèt enfòmasyon bay itilizatè yo lè l sèvi avèk tout stock antèn aktyèl la. Sa a retire restriksyon yo te deja enpoze pa pwotokòl la CSMA / CA ki asosye ak voye marqueur nan aparèy abònen pou transmisyon. Koulye a, itilizatè yo ini nan yon gwoup epi chak manm gwoup resevwa pati yo nan resous antèn pwen aksè a, olye ke yo ap tann vire yo.
Fòmasyon reyon radyo
Yon règ enpòtan pou operasyon an nan MU-MIMO se kenbe yon mòd operasyon nan etalaj la antèn ki pa ta mennen nan sipèpoze mityèl nan vag radyo ak pèt enfòmasyon akòz adisyon faz.
Sa a mande pou kalkil matematik konplèks sou bò pwen aksè. Si tèminal la sipòte karakteristik sa a, MU-MIMO pèmèt li di pwen aksè a konbyen tan li pran pou resevwa yon siyal nan chak antèn espesifik. Ak pwen aksè a, nan vire, ajiste antèn li yo pou fòme yon gwo bout bwa ki pi byen dirije.
Kisa sa ban nou an jeneral?
Ti sèk blan ak nimewo nan tablo a endike senaryo aktyèl pou itilize Wi-Fi jenerasyon anvan yo. Sèk ble yo (gade ilistrasyon pi wo a) dekri kapasite Wi-Fi 6, ak gri yo se yon kesyon de fiti prè.
Benefis prensipal yo ke nouvo solisyon OFDMA pèmèt yo pote yo ki gen rapò ak inite resous aplike nan yon nivo ki sanble ak TDM (Time Division Multiplexing). Sa a pa janm te ka a ak Wi-Fi anvan. Sa a pèmèt ou kontwole klèman Pleasant atribye ba yo, asire minimòm tan transpò siyal nan mwayen an ak nivo ki nesesè nan fyab. Erezman, pèsonn pa gen dout ke endikatè fyab Wi-Fi bezwen amelyorasyon.
Istwa deplase nan yon espiral, ak sitiyasyon aktyèl la sanble ak sa ki te devlope alantou Ethernet nan yon sèl fwa. Menm lè sa a, yo te etabli opinyon ke mwayen transmisyon CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) pa bay okenn debi garanti. Ak sa a kontinye jouk tranzisyon an nan IEEE 802.3z.
Kòm pou modèl aplikasyon jeneral yo, jan ou ka wè, ak chak jenerasyon Wi-Fi, senaryo itilizasyon li yo ap miltipliye, pi plis ak plis sansib a reta, jeneral. ak fyab.
Epi ankò sou anviwònman fizik la
Oke, kounye a ann pale sou ki jan nouvo anviwònman fizik la fòme. Lè w ap itilize CSMA/CA ak OFDM, yon ogmantasyon nan kantite STA aktif te mennen nan yon gwo gout nan debi chanèl 20 MHz. Sa a te akòz sa ki te deja mansyone: pa dernye teknoloji yo STC (Kodaj Espas-Tan) ak MRC (Rapò maksimòm Konbine).
OFDMA, atravè itilizasyon inite resous yo, ka efektivman kominike avèk estasyon long distans ak ba-pouvwa. Nou jwenn opòtinite pou travay nan menm seri konpayi asirans lan ak itilizatè yo konsome diferan kantite resous. Yon itilizatè ka okipe yon inite, ak yon lòt - tout lòt yo.
Poukisa pa t 'gen OFDMA anvan?
Epi finalman, kesyon prensipal la: poukisa pa te gen okenn OFDMA anvan? Etranj ase, li tout te desann nan lajan.
Pou yon tan long li te kwè ke pri a nan yon modil Wi-Fi ta dwe minim. Lè pwotokòl la te lanse nan operasyon komèsyal an 1997, li te deside ke pri pwodiksyon an nan yon modil sa a pa t 'kapab depase $ 1. Kòm yon rezilta, devlopman nan teknoloji te pran yon chemen ki pa pi bon. Isit la nou pa pran an kont operatè LTE, kote OFDMA te itilize pou yon bon bout tan.
Alafen, gwoup travay Wi-Fi te deside pran devlopman sa yo nan mond operatè telecom yo epi mennen yo nan mond rezo antrepriz yo. Travay prensipal la se tranzisyon an nan itilize nan pi bon kalite eleman, tankou filtè ak osilateur.
Poukisa li te tèlman difisil pou nou travay nan ansyen kodaj MRC yo avèk oswa san entèferans? Paske mekanis beamforming MVDR (Minimum Variance Distortionless Response) ogmante kantite erè le pli vit ke nou te eseye konbine yon gwo kantite pwen transmèt. OFDMA te pwouve ke pwoblèm nan ka rezoud.
Batay kont entèferans kounye a baze sou matematik. Si fenèt transmisyon an ase lontan, entèferans dinamik ki lakòz lakòz pwoblèm. Nouvo algoritm opere fè li posib pou fè pou evite yo, elimine enfliyans pa sèlman nan entèferans ki asosye ak transmisyon Wi-Fi, men tou, nan nenpòt lòt ki rive nan seri sa a.
Mèsi a adaptasyon anti-entèferans, nou ka reyalize pwogrè ki rive jiska 11 dB menm nan anviwònman etewojèn konplèks. Itilizasyon pwòp solisyon algoritmik Huawei a te fè li posib pou reyalize optimize grav egzakteman kote li te bezwen - nan solisyon andedan kay la. Ki sa ki bon nan 5G pa nesesèman bon nan yon anviwònman Wi-Fi 6. Apwòch masiv MIMO ak MU-MIMO diferan nan ka solisyon andedan kay la ak deyò. Lè sa nesesè, li apwopriye pou itilize solisyon chè, tankou nan 5G. Men, lòt opsyon yo bezwen, tankou Wi-Fi 6, ki ka delivre latansi a ak lòt mezi nou te vin atann de transpòtè yo.
Nou prete nan men yo zouti ki pral itil nou kòm konsomatè antrepriz, tout nan yon efò pou bay yon anviwònman fizik ke nou ka konte sou.
***
By wout la, pa bliye sou anpil webinar nou yo sou nouvo pwodwi Huawei nan 2020, ki te fèt pa sèlman nan segman nan lang Ris, men tou nan nivo mondyal la. Yon lis webinars pou semèn kap vini yo disponib nan .
Sous: www.habr.com