Mis asi on tavapärane beamforming ehk Wi-Fi signaali suunamine

Ruckuse BeamFlex+ patenteeritud antennitehnika on radikaalselt erinev tööstuses üldlevinud lahendusele, kasutades lülitatavaid suundatenne. Need antennid valitakse iga paketi saatmise puhul kõige sobivaimas kombinatsioonis ja täiesti automaatselt.

Vaatame alguseks, mis probleemidest lähtuvalt Ruckuse BeamFlex tehnoloogiat välja arendama hakati.

Tavapärased Wi-Fi seadmed võimaldavad samuti signaali suunamist, kasutades selleks mitut omni (kõigis suundades kiirgavat, tegelikult teatud tasapinnale suunatud) antenni.  Sellistest antennidest sama signaali eri faasis (hilinemisega) kiirgamisel luuakse antennide ümber interferentsi (lainete koosmõju) muster.  Sisuliselt tähendab see seda, et osades kohtades lained kohtuvad faasis ja signaal on seal tugevam ning  teistes kohtades lained on vastandfaasis ja signaal on nendes punktides nõrgem.

Antud joonisel on rohelisega toodud ära interferentsi muster ja ringidega energia levimine ruumis,  seinalt aga peegelduvad erinevates faasides mõlema antenni välja saadetud raadiolained, mis häirivad ideaaljuhtumil tekkivat interferentsipilti (roheline). Seega muutub siseruumides selline tehnika vähemtõhusaks ja tekitab isegi mitme tee fiidinguid (sumbuvusi) juurde.

beamforming-interference

Joonis 1

 

 

Screenshot 2015-07-16 12.47.23

Joonis 2

Siin on väga oluline teha vahet interferentsi mustril ja energia olemasolulul mingis punktis, tihti kirjutatakse marketingi dokumentides, et suunatakse energiat – tegelikult on füüsika seisukohast see vale, energia väljuv kõigist antennidest samamoodi ja on igas punktis ruumis samasugune, ainult et kui kaks lainet vastandfaasis kohtuvad, on energia selles punktis väiksem. Selle lahendusega on aga suur probleem siselahendustes, kus Wi-Fi süsteeme põhiliselt kasutatakse – need samad energiat igas suunas kiirgavad antennid loovad seintelt ja pindadelt peegeldudes omaette interferentsi mustrid, seega ei ole loodetud laboris mõõdetud antenni interferentsimuster enam samasugune. Tihti koosneb see kümnetest peegeldunud signaalidest Joonis 1 ja kvaliteetset signaali on väga keeruline vastuvõtjas eraldada.

 

 

Suundatenni teisalt koondab energiat nagu lääts ühte kindlasse suunda, seega ruumis ei ole mitte interferentsi (koosmõju) muster vaid suunatud energia diagramm. Selline lahendus on energiatõhus, segab vähem teisi naabruses olevaid vastuvõtjaid ja tekitab ruumis vähem peegelduse tõttu interferentsimustreid, mis vastuvõttu segavad. Samuti on selliselt mitme suundantenniga töötav süsteem MIMO antennisüsteemiga paremini ühilduv.

Miks siis on tavapärase chip beamformingu marketinginumbrid 10 dB ja suuremad, tihti on need numberid miinimumide ja maksimumide vahed, ehk võrreldakse kõige halvemat ja kõige paremat signaalitaset.  Ruckuse tüüpi suundantenniga energia õigel suunamisel aga on halvemaid juhtumeid oluliselt vähem, sest interferentsimuster on tavapärases siseruumide mitme tee peegelduse keskkonnas  lihtsam ka kergemini optimeeritavam.

Tegelikult ongi siseruumi üks põhilise probleeme mitme tee fiiding (multipath fading), mis tekitab pidevalt muutuvaid signaalide liitumisi.

Suundantenniga signaali saatmine on kordades energiatõhusam kui mingile tasandile suurele territooriumile energiat koondaval omni antennidel. Siin on tavalahenduses kaks põhiliset probleemi, esiteks ei suudeta kogu ruumis levitada maksimaalselt lubatud kiirgusvõimsust (100 mW, 1W), sest kasutusel olevad varrasantennid on teatud suunas/asetuses. Teisalt kulutab selline lahendus rohkem elektrit.

Võrdluseks  Ruckuse 802.11ac 4×4 MIMO tugijaamad töötavad veel standardse 802.3af PoE (Max 15W) toitega .  Energiatõhusus on oluline kui teil töötab 24/7 150 tugjjaama, võite arvutada, mis maksab 15W energia kokkuhoidu per seade, selle hinnaks on ümmarguselt 50 KW/h päevas ehk aastas ümmargusel 20 000 KW/h, teeb kokku 3500€ viie aasta peale.

Veel enam, Ruckuse kasutatud kiibistikud toetavad ja kasutavad ka standardset riistvarapõhist suunamistehnikat koostöös BeamFlex+ suundantenni maatriksil põhineva süsteemiga. Seega on Cisco toodud võrdlused näiteks XoneFlex 7982 tugijaamaga alusetud, sest see tugijaam kasutab just mitut tehnoloogiat korraga (seda mis Cisco) chip beamformingut ja BeamFlex+ suundantenni maatrikstehnoloogiat.

Viktor Shtrom räägib Ruckuse nutiantennist

Ruckuse üks asutajatest Viktor Shtrom on disaininud Ruckuse nutiantenni.

Tema  loeng selgitab põhjalikult, mida tähendab Ruckuse antennitehnika ja miks seda vaja on.  Esitluses on mitmesugust detailinfot Ruckuse antennidest ja põhjendusi, miks konkurentide 802.11n beamforming tehnoloogia väga hästi ei tööta.  Jõuame ka  beamfoming lahenduste dilemmani, kus teiste tootjate lahendustes  tehakse kas beamformingut või  MIMO-t aga mitte kahte tehnikat üheaegselt – tulemus on väga nõrk läbilaskvus  vähegi halvemates levitingimustes.

Ruckuse Beamflex nutiantenn  arvestab praeguses variandis lisaks signaalitugevusele ka reaalset läbilaskvust ja optimaerib antenni pidevalt  just reaalse läbilaskvuse järgi.

Ruckus Wi-Fi Air Cargo Estonias

Air Cargo Estonia kasutas seni Colubrise WLAN seadmeid, mille puhul side kvaliteet 100 Mb/s kaablivõrgule tugevalt alla jäi. Ruckuse WLAN tehnoloogia on kliendi sõnul kaablivõrguga samaväärne ja pakub vajalikku töökindlust ning paremat kasutusmugavust. Ruckuse  üks tugijaam suudab tagada ühenduse Air Cargo 500-ruutmeetrisel kontoripinnal, pakkudes igas punktis vähemalt 100 Mb/s läbilaskvust. Kliendi sõnul on nüüd mugav kopeerida mitme gigabaidiseid faile ilma, et ühendus vahepeal katkeks. Samas hoones ja naabermajades on kasutusel keskmiselt 10 erinevat Wi-Fi võrku ning varem, tavalisi ringantennidega tugijaamu kasutades esines häireid  pidevalt.

ace

Tehniline kommentaar
Toomas Kadarpik 3KGroup

Natuke tehnilisest arutelust, miks 3K Group hakkas Ruckus Wireless toodete esindajaks Eestis. Ruckuse Wi-Fi tugijaamd suudavad oma kvaliteeti tagada just tänu elektroonliselt suunatavale antennitehnikale.  Tavaline beamforming 802.11n ei suuda suurel pinnal sellise kvaliteediga leviala tekitada, põhjuseid on siin tehnoloogiliselt mitu, esiteks oleks vaja niiöelda beamformingut ja ruumilist multipleksimist (signaali levimine mitut teed pidi ruumis peamiselt peegelduste kaudu seintelt) üheaegselt kasutada, see aga ei õnnestu kolme ringantenniga kuidagi, signaal küll suudetakse viia vastuvõtjas õiegesse faasi, kuid levib ruumis ikkagi  omni (igas suunas võrdselt) mustrina ja seega on tõenäoliselt paljud signaaliteed üsna halva kvaliteediga. Mis siis Ruckusel vastu panna on?  19-elemendiline  aktiivselt juhitav suundantenn 3×3 MIMO ühendusega. Miks siis tavapärasest 802.11n beamformingust erinev suundantenn?  Vahe on lihtne, suundantenn suudab resonantsi tõttu tekitada teatud suunas 10-kordse signaalivõimenduse ehk sama võimsus koondatakse väiksemale pinnale. Sisuliselt võite seda võrrelda läätse efektiga: kui olete kunagi päekesekiirtega ja suurendusklaasiga midagi põlema süüdanud, energia koondamine ühte punkti võib väikesel pinnal imet teha.  Tavapärane Beamforming suudab signaali tugevust tõsta ainult 3 dB ehk sisuliselt kaks korda ja ei suuda ka pakkuda paremaid signaali levimise ruumilisi teid, mis pealegi on häirete tõttu muutuv keskkond.  Tulemusi on näha ka testides . Üks ilus võrdlus lainete suunatusest ja peegeldusest on veel olemas: kui keegi peegliga päikse käes mängib ja juhuslikult satute õigele peegeldusnurgale, saate päiksejänkud silma. Raadiolainete suhtes on maja kindlasti mitmeid peegelpindu täis ja Ruckuse tugijaamad on n-ö need peegliga mängijad ehk täpsemalt selliste heade peegelpindade otsijad (muidugi augud ja tühimikud on ka majas abiks). Midagi sarnast märkate ka lennukiga lennates, mõned kohad maapinnal muutuvad eredaks ja tekib väga ilus vaade.

zf7962