Ing perkembangane, Huawei gumantung ing Wi-Fi 6. Lan pitakonan saka kolega lan pelanggan babagan generasi anyar standar kasebut nyebabake kita nulis postingan babagan dhasar teoretis lan prinsip fisik sing ana ing kono. Ayo pindhah saka sejarah menyang fisika lan deleng kanthi rinci kenapa teknologi OFDMA lan MU-MIMO dibutuhake. Ayo uga pirembagan babagan carane medium transmisi data fisik sing dirancang maneh kanthi dhasar bisa entuk kapasitas saluran sing dijamin lan nyuda tingkat telat sakabèhé sing bisa dibandhingake karo operator. Lan iki sanajan kasunyatane jaringan basis 5G modern luwih larang (rata-rata 20-30 kaping) tinimbang jaringan Wi-Fi 6 njero ruangan kanthi kemampuan sing padha.
Kanggo Huawei, topik kasebut dudu topik sing ora aktif: solusi sing ndhukung Wi-Fi 6 minangka salah sawijining produk terobosan paling gedhe ing taun 2020, sing wis nandur modal sumber daya sing akeh banget. Iki mung siji conto: riset ing bidang ilmu material ngidini kita milih campuran, sing digunakake ing unsur radio titik akses nambah rasio sinyal-kanggo-gangguan kanthi 2-3 dB: topi kanggo Doron Ezri kanggo prestasi iki.
Sawetara sejarah
Iku ndadekake pangertèn kanggo ngetung sajarah Wi-Fi bali menyang 1971, nalika ing Universitas Hawaii, Profesor Norman Abramson lan klompok kolega ngembangake, mbangun lan ngluncurake jaringan data paket nirkabel ALOHAnet.
Ing taun 1980, klompok standar lan protokol IEEE 802 disetujoni, nggambarake organisasi rong lapisan ngisor model jaringan OSI pitung lapisan. Kita kudu ngenteni 802.11 taun suwene sadurunge rilis versi pisanan 17.
Kanthi adopsi standar 1997 ing taun 802.11, rong taun sadurunge lair saka Wi-Fi Alliance, generasi pertama teknologi data nirkabel sing paling populer saiki mlebu ing jagad sing luwih akeh.
Standar IEEE 802. Generasi Wi-Fi
Standar pisanan sing bener-bener didhukung dening pabrikan peralatan yaiku 802.11b. Kaya sing sampeyan ngerteni, frekuensi inovasi wis cukup stabil wiwit pungkasan abad kaping XNUMX: owah-owahan kualitatif butuh wektu. Ing taun-taun pungkasan, akeh karya sing ditindakake kanggo nambah medium transmisi sinyal fisik. Supaya luwih ngerti masalah modern Wi-Fi, ayo pindhah menyang dhasar fisik.
Ayo padha ngelingi dhasar!
Gelombang radio minangka kasus khusus gelombang elektromagnetik - nyebar saka sumber gangguan medan listrik lan magnet. Padha ditondoi dening telung paramèter utama: vektor gelombang, uga vektor kekuatan medan listrik lan magnet. Ketiganya saling tegak lurus. Ing kasus iki, frekuensi gelombang biasane disebut jumlah osilasi bola-bali sing pas karo unit wektu.
Kabeh iki minangka kanyatan sing kondhang. Nanging, kanggo nggayuh pungkasan, kita kudu miwiti saka wiwitan.
Ing skala konvensional rentang frekuensi radiasi elektromagnetik, jangkoan radio ngenggoni bagean paling murah (frekuensi rendah). Iki kalebu gelombang elektromagnetik kanthi frekuensi osilasi saka 3 Hz nganti 3000 GHz. Kabeh pita liyane, kalebu cahya sing katon, duwe frekuensi sing luwih dhuwur.
Frekuensi sing luwih dhuwur, luwih akeh energi sing bisa diwenehake menyang gelombang radio, nanging ing wektu sing padha mbengkongake alangan sing kurang apik lan luwih cepet. Kosok baline uga bener. Nganggep fitur kasebut, rong rentang frekuensi utama dipilih kanggo operasi Wi-Fi - 2,4 GHz (band frekuensi saka 2,4000 nganti 2,4835 GHz) lan 5 GHz (band frekuensi 5,170-5,330, 5,490-5,730 lan 5,735-5,835 GHz).
Gelombang radio nyebar ing kabeh arah, lan kanggo nyegah pesen saka pengaruhe siji liyane amarga efek interferensi, pita frekuensi biasane dipérang dadi bagean sempit sing kapisah - saluran karo siji utawa liyane. . Diagram ing ndhuwur nuduhake yen saluran jejer 1 lan 2 kanthi bandwidth 20 MHz bakal ngganggu saben liyane, nanging 1 lan 6 ora bakal.
Sinyal ing saluran kasebut dikirim nggunakake gelombang radio ing frekuensi operator tartamtu. Kanggo ngirim informasi, paramèter gelombang bisa kanthi frekuensi, amplitudo utawa fase.
Pemisahan saluran ing rentang frekuensi Wi-Fi
Kisaran frekuensi 2,4 GHz dipérang dadi 14 saluran sing tumpang tindih sebagian kanthi jembar optimal 20 MHz. Biyen dipercaya manawa iki cukup kanggo ngatur jaringan nirkabel sing kompleks. Ora suwe dadi cetha yen kapasitas jangkoan kanthi cepet kesel, mula kisaran 5 GHz ditambahake, kapasitas spektral sing luwih dhuwur. Ing kono, saliyane 20 saluran MHz, sampeyan bisa ngalokasi saluran kanthi jembaré 40 lan 80 MHz.
Kanggo luwih ningkatake efisiensi nggunakake spektrum frekuensi radio, teknologi multiplexing divisi frekuensi ortogonal saiki akeh digunakake ().
Iki kalebu nggunakake, bebarengan karo frekuensi operator, sawetara frekuensi subcarrier ing saluran sing padha, sing ndadekake transmisi data paralel bisa ditindakake. OFDM ngidini sampeyan nyebarake lalu lintas kanthi cara "granular" sing cukup trep, nanging amarga umur sing dihormati, tetep ana sawetara kekurangan sing signifikan. Ing antarane yaiku prinsip kerja nggunakake protokol jaringan CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), miturut mung siji pangguna sing bisa nggarap siji operator lan subcarrier ing wektu tartamtu.
Aliran spasial
Cara penting kanggo nambah throughput jaringan nirkabel yaiku liwat panggunaan stream spasial.
Titik akses nggawa sawetara modul radio (siji, loro utawa luwih), sing disambungake menyang sawetara antena. Antena iki mancarake miturut pola lan modulasi tartamtu, lan sampeyan lan aku nampa informasi sing dikirim liwat media nirkabel. Aliran spasial bisa dibentuk ing antarane antena fisik tartamtu (modul radio) titik akses lan piranti pangguna. Thanks kanggo iki, volume total informasi sing dikirim saka titik akses mundhak kanthi pirang-pirang jumlah aliran (antena).
Miturut standar saiki, nganti papat aliran spasial bisa dileksanakake ing pita 2,4 GHz, lan nganti wolung ing pita 5 GHz.
Sadurunge, nalika nggarap pita 2,4 lan 5 GHz, kita mung fokus ing jumlah modul radio. Anane modul radio kapindho nyedhiyakake keluwesan tambahan, amarga ngidini piranti pelanggan lawas bisa digunakake ing frekuensi 2,4 GHz, lan sing anyar bisa digunakake ing frekuensi 5 GHz. Kanthi tekane saka modul radio katelu lan sakteruse ana sawetara masalah. Unsur Radiating cenderung ngganggu saben liyane, sing nambah biaya piranti amarga perlu kanggo desain sing luwih apik lan nglengkapi jalur akses kanthi saringan ganti rugi. Dadi mung bubar bisa ndhukung 16 aliran spasial saben titik akses bebarengan.
Kacepetan praktis lan teoritis
Amarga mekanisme operasi OFDM, kita ora bisa entuk throughput jaringan maksimal. Pitungan teoritis kanggo implementasine praktis OFDM wis digawa metu dangu kepungkur lan mung ing hubungan kanggo lingkungan becik, ngendi rasio sinyal-kanggo-gangguan cukup dhuwur (SNR) lan tingkat kesalahan dicokot (BER) padha predictably samesthine. Ing kahanan modern saka gangguan kuwat ing kabeh spektrum frekuensi radio sing kapentingan kita, throughput saka jaringan basis OFDM depressingly kurang. Lan protokol terus nindakake kekurangan kasebut nganti saiki, nganti teknologi OFDMA (orthogonal frequency-division multiple access) teka kanggo nylametake. About dheweke - sethitik luwih.
Ayo dadi pirembagan bab antena
Sing ngerti, saben antena duwe gain, gumantung ing Nilai saka pola spasial panyebaran sinyal (beamforming) kawangun karo area jangkoan tartamtu (kita ora njupuk menyang akun sinyal re-refleksi, etc.). Iki persis apa sing didesain para desainer adhedhasar pertimbangan ing ngendi persis titik akses kudu diselehake. Kanggo wektu sing suwe, wangun pola tetep ora owah lan mung tambah utawa suda ing proporsi karakteristik antena.
Unsur antena modern dadi luwih bisa dikontrol lan ngidini owah-owahan dinamis ing pola spasial panyebaran sinyal ing wektu nyata.
Gambar ing ndhuwur nuduhake prinsip panyebaran gelombang radio nggunakake antena omnidirectional standar. Kanthi nambah daya sinyal, kita mung bisa ngganti radius jangkoan tanpa kemampuan kanggo mengaruhi kualitas panggunaan saluran - KQI (Key Quality Indicators). Lan indikator iki penting banget nalika ngatur komunikasi ing kahanan gerakan piranti pelanggan ing lingkungan nirkabel.
Solusi kanggo masalah kasebut yaiku nggunakake antena cilik sing akeh, beban sing bisa diatur ing wektu nyata, mbentuk pola panyebaran gumantung saka posisi spasial pangguna.
Mangkono, bisa nyedhaki panggunaan teknologi MU-MIMO (Multi-User Multiple Input, Multiple Output). Kanthi bantuan, titik akses sawayah-wayah ngasilake aliran radiasi sing diarahake khusus menyang piranti pelanggan.
Saka fisika nganti standar 802.11
Nalika standar Wi-Fi berkembang, prinsip nggarap lapisan fisik jaringan diganti. Panggunaan mekanisme modulasi liyane wis digawe iku bisa - miwiti karo versi 802.11g/n - kanggo pas jumlah luwih akeh saka informasi menyang slot wektu lan, miturut, bisa karo nomer luwih saka pangguna. Antarane liyane, iki bisa ditindakake kanthi nggunakake aliran spasial. Lan keluwesan anyar ing babagan jembar saluran wis nggawe sumber daya liyane kanggo MIMO.
Persetujuan standar Wi-Fi 7 dijadwalake taun ngarep. Apa sing bakal diganti karo tekane? Saliyane ing Tambah biasanipun ing kacepetan lan tambahan saka 6 GHz band, iku bakal bisa kanggo karya karo saluran aggregated sudhut, kayata 320 MHz. Iki utamané menarik ing konteks aplikasi industri.
Wi-Fi 6 throughput teoritis
Rumus teoretis kanggo ngitung kacepetan nominal Wi-Fi 6 cukup rumit lan gumantung ing pirang-pirang paramèter, diwiwiti kanthi jumlah aliran spasial lan diakhiri karo informasi sing bisa dilebokake ing subcarrier (utawa subcarrier, yen ana sawetara dheweke) saben unit wektu.
Nalika sampeyan bisa ndeleng, akeh gumantung ing aliran spasial. Nanging sadurunge, nambah nomer ing kombinasi karo nggunakake STC (Space-Time Coding) lan MRC (Maximum Ratio Combining) worsened kinerja solusi nirkabel minangka kabèh.
Teknologi Lapisan Fisik Kunci Anyar
Ayo dadi pindhah menyang teknologi tombol saka lapisan fisik - lan miwiti karo lapisan pisanan saka model jaringan OSI.
Elinga yen OFDM nggunakake sawetara subcarriers tartamtu, sing, tanpa mengaruhi saben liyane, bisa ngirim informasi tartamtu.
Ing conto, kita nggunakake pita 5,220 GHz, sing ngemot 48 subsaluran. Kanthi nglumpukake saluran iki, kita entuk luwih akeh subcarriers, sing saben nggunakake skema modulasi dhewe.
Wi-Fi 5 nggunakake modulasi amplitudo quadrature 256 QAM (Quadrature Amplitude Modulation), sing ngidini sampeyan mbentuk lapangan 16 x 16 poin ing frekuensi operator ing siji slot wektu, beda karo amplitudo lan fase. Sing ora trep yaiku yen ing wayahe mung siji stasiun sing bisa ngirimake frekuensi operator.
Orthogonal frequency division multiplexing (OFDMA) teka saka donya operator seluler, dadi nyebar bebarengan karo LTE lan digunakake kanggo ngatur downlink (saluran komunikasi kanggo pelanggan). Ngidini sampeyan bisa nggarap saluran ing tingkat sing disebut unit sumber daya. Unit kasebut mbantu ngilangi blok dadi sawetara komponen tartamtu. Ing pamblokiran, ing saben wayahe kita ora bisa strictly karo siji unsur emitting (pangguna utawa titik akses), nanging gabungke Welasan unsur. Iki ngidini sampeyan entuk asil sing luar biasa.
Sambungan saluran sing gampang ing Wi-Fi 6
Ikatan Saluran ing Wi-Fi 6 ngidini sampeyan entuk saluran gabungan kanthi ambane 20 nganti 160 MHz. Kajaba iku, sambungan ora kudu digawe ing jarak cedhak. Contone, siji blok bisa dijupuk saka pita 5,17 GHz, lan nomer loro saka pita 5,135 GHz. Iki ngidini sampeyan nggawe lingkungan radio kanthi fleksibel sanajan ana faktor interferensi sing kuat utawa ing jarak cedhak karo stasiun pemancar liyane.
Saka SIMO nganti MIMO
Cara MIMO durung mesthi ana karo kita. Biyen, komunikasi seluler kudu diwatesi ing mode SIMO, sing nuduhake anané sawetara antena ing stasiun pelanggan, bebarengan kanggo nampa informasi.
MU-MIMO dirancang kanggo ngirim informasi menyang pangguna nggunakake kabeh saham antena saiki. Iki mbusak watesan sing sadurunge dileksanakake dening protokol CSMA / CA sing digandhengake karo ngirim token menyang piranti pelanggan kanggo transmisi. Saiki pangguna wis manunggal ing grup lan saben anggota grup nampa bagean saka sumber daya antena titik akses, tinimbang ngenteni giliran.
Pembentukan sinar radio
Aturan penting kanggo operasi MU-MIMO yaiku njaga mode operasi array antena sing ora bakal nyebabake tumpang tindih gelombang radio lan ilang informasi amarga tambahan fase.
Iki mbutuhake petungan matematika rumit ing sisih titik akses. Yen terminal ndhukung fitur iki, MU-MIMO ngidini kanggo ngandhani titik akses suwene wektu kanggo nampa sinyal ing saben antena tartamtu. Lan titik akses, banjur nyetel antena kanggo mbentuk sinar sing diarahake kanthi optimal.
Apa iki menehi kita ing umum?
Bunder putih kanthi nomer ing tabel nuduhake skenario saiki kanggo nggunakake Wi-Fi saka generasi sadurunge. Lingkaran biru (deleng ilustrasi ing ndhuwur) nggambarake kemampuan Wi-Fi 6, lan sing abu-abu dadi masalah ing mangsa ngarep.
Keuntungan utama sing digawa dening solusi OFDMA anyar sing ana gandhengane karo unit sumber daya sing ditindakake ing tingkat sing padha karo TDM (Time Division Multiplexing). Iki ora tau kedadeyan karo Wi-Fi sadurunge. Iki ngidini sampeyan kanthi jelas ngontrol bandwidth sing diparengake, njamin wektu transit sinyal minimal liwat medium lan tingkat linuwih sing dibutuhake. Untunge, ora ana sing ragu yen indikator linuwih Wi-Fi mbutuhake perbaikan.
Sajarah gerakane ing spiral, lan kahanan saiki padha karo sing dikembangaké watara Ethernet ing siji wektu. Malah banjur, panemu ditetepake manawa media transmisi CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) ora nyedhiyakake throughput sing dijamin. Lan iki terus nganti transisi menyang IEEE 802.3z.
Kanggo model aplikasi umum, kaya sing sampeyan ngerteni, saben generasi Wi-Fi, skenario panggunaan saya tambah akeh, luwih sensitif marang telat, umume. lan linuwih.
Lan maneh babagan lingkungan fisik
Inggih, saiki ayo ngomong babagan carane lingkungan fisik anyar dibentuk. Nalika nggunakake CSMA / CA lan OFDM, Tambah ing nomer STA aktif mimpin kanggo tepak serius ing throughput saka 20 saluran MHz. Iki amarga apa sing wis kasebut: dudu teknologi paling anyar STC (Space-Time Coding) lan MRC (Maximum Ratio Combining).
OFDMA, liwat nggunakake unit sumber daya, bisa èfèktif sesambungan karo long-distance lan stasiun daya kurang. Kita entuk kesempatan kanggo kerja ing sawetara operator sing padha karo pangguna sing nggunakake sumber daya sing beda-beda. Siji pangguna bisa manggoni siji unit, lan liyane - kabeh liyane.
Apa ora ana OFDMA sadurunge?
Lan pungkasane, pitakonan utama: kenapa ora ana OFDMA sadurunge? Anehe, kabeh mau dadi dhuwit.
Kanggo wektu sing suwe dipercaya manawa rega modul Wi-Fi kudu minimal. Nalika protokol diluncurake ing operasi komersial ing taun 1997, diputusake yen biaya produksi modul kasebut ora bisa ngluwihi $1. Akibaté, pangembangan teknologi njupuk dalan suboptimal. Kene kita ora njupuk menyang akun operator LTE, ngendi OFDMA wis digunakake kanggo dangu.
Pungkasane, grup kerja Wi-Fi mutusake kanggo njupuk pangembangan kasebut saka jagad operator telekomunikasi lan nggawa menyang jagad jaringan perusahaan. Tugas utama yaiku transisi menyang panggunaan unsur kualitas sing luwih dhuwur, kayata saringan lan osilator.
Yagene angel banget kanggo kita nggarap enkoding MRC lawas kanthi utawa tanpa gangguan? Amarga mekanisme beamforming MVDR (Minimum Variance Distortionless Response) nambah jumlah kesalahan sanalika kita nyoba kanggo gabungke nomer akeh titik ngirimaken. OFDMA wis mbuktekake manawa masalah kasebut bisa dirampungake.
Perang nglawan gangguan saiki adhedhasar matématika. Yen jendhela transmisi cukup dawa, asil gangguan dinamis nyebabake masalah. Algoritma operasi anyar ngidini kanggo nyingkiri, ngilangi pengaruh ora mung gangguan sing ana gandhengane karo transmisi Wi-Fi, nanging uga ana liyane sing kedadeyan ing sawetara iki.
Thanks kanggo anti-interferensi adaptif, kita bisa entuk bathi nganti 11 dB sanajan ing lingkungan heterogen sing kompleks. Panggunaan solusi algoritmik Huawei dhewe ndadekake optimasi serius ing ngendi wae sing dibutuhake - ing solusi njero ruangan. Apa sing apik ing 5G ora mesthi apik ing lingkungan Wi-Fi 6. Pendekatan MIMO lan MU-MIMO massive beda-beda ing kasus solusi njero ruangan lan ruangan. Yen dibutuhake, luwih becik nggunakake solusi sing larang, kaya ing 5G. Nanging pilihan liyane dibutuhake, kayata Wi-Fi 6, sing bisa ngirim latensi lan metrik liyane sing dikarepake saka operator.
Kita nyilih saka wong-wong mau alat sing bakal migunani kanggo kita minangka konsumen perusahaan, kabeh minangka upaya kanggo nyedhiyakake lingkungan fisik sing bisa diandelake.
***
Nanging, aja lali babagan akeh webinar babagan produk Huawei anyar 2020, sing dianakake ora mung ing segmen basa Rusia, nanging uga ing tingkat global. Dhaptar webinar kanggo minggu teka kasedhiya ing .
Source: www.habr.com