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.