Beamforming что это: Технология формирования луча (Beamforming) — что это в роутере

Содержание

Технология формирования луча (Beamforming) — что это в роутере

Рейтинг: 4.4/5 — 20
голосов

Обновлено: 05.09.2019

Формирование луча одно из тех понятий, которое кажется настолько простым, что удивляешься, почему раньше никто про это не думал. Вместо того, чтобы транслировать сигнал во все стороны в надежде, что он достигнет пункта назначения, почему бы не сфокусировать этот сигнал, и не направить его прямо в цель?

Иногда самые простые понятия являются наиболее сложными для реализации, особенно в начальном ценовом диапазоне (SOHO сегмент). Начиная с пятого поколения Wi-Fi (802.11ac) эта функция, наконец, появилась в домашних маршрутизаторах.

История развития Beamforming

Немного предыстории: формирование луча было на самом деле дополнительной функцией более старого стандарта 802.11n, но IEEE (международный орган, который устанавливает эти стандарты) не разъяснил, как именно это должно было быть реализовано. И могло получиться так, что вы купили роутер, и он использует одну реализацию, а Wi-Fi адаптер в вашем ноутбуке использует другую, в этом случае формирование луча не заработает.

Некоторые производители разрабатывали свои комплекты 802.11n, но они, как правило, были дорогими и не пользовались широким спросом на рынке.


роутер с формированием луча и без формирования

Формирование луча фокусирует сигналы, которыми обмениваются Wi-Fi маршрутизатор и клиенты, с которыми он связан.

IEEE не допустил той же ошибки со стандартом 802.11ac. Компании, производящие оборудование с поддержкой 802.11ac, не обязаны реализовывать формирование луча, но если они это делают, то только согласно установленной спецификации. Это гарантирует, что оборудование каждой компании будет совместимо. Если одно устройство (например, точка доступа) поддерживает формирование луча, а другое (например, Wi-Fi адаптер в ноутбуке) — нет, они все равно будут работать вместе. Только не будет использоваться технология Beamforming.

Формирование луча способствует более эффективному использованию полосы пропускания беспроводной сети и увеличивает радиус ее действия. Это, в свою очередь улучшает потоковую передачу видео, качество голоса и работу других приложений, чувствительных к пропускной способности, задержке и джиттеру.

Beamforming стал возможным благодаря передатчикам и приемникам, которые используют технологию MIMO (множественный вход, множественный выход): данные отправляются и принимаются с использованием нескольких антенн для увеличения пропускной способности и дальности. MIMO был впервые представлен стандартом 802.11n, и он остается важной функцией стандарта 802.11ac и 802.11ax. MIMO может работать по схеме 1×1, 2×2 и 3×3, последний означает поддержку 3-х пространственных потоков для передачи и приема.


схема работы MIMO  1x1, 2x2 и 3x3

Как работает формирование луча

Беспроводные маршрутизаторы (или точки доступа) и беспроводные адаптеры, которые не поддерживают формирование луча, ведут широковещательную передачу данных во всех направлениях. Представьте лампу без абажура в качестве беспроводного маршрутизатора: лампа (передатчик) излучает свет (данные) во всех направлениях.

Устройства, поддерживающие формирование луча, фокусируют свои сигналы на каждом клиенте, ведя передачу данных таким образом, чтобы больше данных достигало целевого устройства, а не излучалось в пространство. Теперь установим на лампу (беспроводной маршрутизатор) абажур, чтобы уменьшить количество света (данных), излучаемых во всех направлениях. Сделаем отверстия в абажуре, чтобы концентрированные лучи света перемещались в определенные места (ваши клиенты Wi-Fi) в комнате.

Если Wi-Fi клиент также поддерживает формирование луча, маршрутизатор и клиент могут обмениваться информацией об их соответствующих местоположениях, чтобы определить оптимальный путь прохождения сигнала. Устройство, которое формирует луч и его сигналы, называется beamformer, а любое устройство, которое принимает сформированные лучом сигналы, называется beamformee.

Сигналы, исходящие с антенн роутера откалиброваны с необходимым смещением фаз и амплитудой, и они испытывают конструктивную (усиливающую) интерференцию непосредственно в области приемной антенны абонентского оборудования, а в других направлениях проявляется деструктивная (гасящая) интерференция.


конструктивная (усиливающая) и деструктивная (гасящая) интерференция

Роутер отправляет со всех своих антенн зондирующий сигнал клиенту. Клиент отвечает роутеру то, что он увидел и отправляет набор комплексной матрицы с параметрами местоположения, фазовым сдвигом и амплитудой сигнала.


комплексная матрица с параметрами сигнала клиента

Роутер вычисляет местоположение клиента, делает, если нужно поправки в сигнале и формирует узконаправленный главный лепесток в направлении от точки доступа к клиенту. А чем выше соотношение сигнал/шум на клиенте, тем выше модуляция и тем большей скорости можно достигнуть.

В чем разница между неявным и явным формированием луча?

Формирование луча может значительно повысить уровень сигнала устройств, которые фактически не поддерживают формирование луча, хотя и не так сильно, как это происходит на поддерживаемом устройстве.

Явное формирование диаграммы направленности означает, что луч формируется, только если устройство на другом конце поддерживает формирование луча (explicit Beamforming – eBF). В этом случае используются специальные калибровочные кадры от клиента. Поддержку eBF реализована в стандартах 802.11ac и ax.

Неявное формирование луча (implicit Beamforming, iBF) будет пытаться сформировать луч, даже если конечное устройство его не поддерживает. Это упрощенный вариант алгоритма eBF. Роутер оценивает канал связи на основании принятых данных от клиента. Точка доступа объявляет, на каких скоростях она может работать. Клиент в зависимости от параметров принятого сигнала отвечает, что он будет работать на такой-то скорости. Путем итераций точка доступа меняет скорость и фазовый сдвиг на антеннах, и смотрит, что ответит клиент. Если клиент повысил скорость, принимается решение что все хорошо. Так продолжается до тех пор, пока не будет установлена максимальная скорость со стороны клиента.


Технология Beamforming это еще один метод для улучшения скорости беспроводной сети, и используя ее совместно с MIMO можно получить очень хорошие результаты.

Видео — увеличение емкости сети с помощью Massive MIMO и 3D Beamforming

Комментарии

Задайте свой вопрос

Вместе с этой статьей сейчас смотрят

Технология TX Beamforming — Что Это В Роутере?

Читая технические спецификации современных wifi маршрутизаторов, все чаще на глаза попадается такое понятие, как TX Beamforming. Что это в роутере, я расскажу в этой статье.

Технология TX Beamforming

Говоря простым языком, beamforming — это технология формирования направленного луча в сторону принимающего беспроводной сигнал устройства. Ее ещё называют TX Beamforming, то есть «концентрирование излучения».

Обычные антенны роутера ретранслируют вайфай с одинаковой амплитудой во все стороны, покрывая равномерную площадь вокруг. При этом более дорогие модели бывают оснащены сразу несколькими антеннами в одном частотном диапазоне. Их излучение накладывается друг на друга, благодаря чему увеличивается качество wifi.

покрытие wifi

Благодаря формированию луча beamforming можно дополнительно улучшить за счёт того, что он распространяется не равномерно вокруг себя, а как бы вытягивается в сторону подключенного к нему девайса.

Особенно это актуально в местах, где много различных перекрытий и других источников радио помех.

tx beamforming

Но как быть, если с роутером в одно время работает несколько смартфонов, ноутбуков и других гаджетов? Здесь включается умный алгоритм Beamforming, который автоматически определяет, от каких из них ответ приходит быстрее, от каких медленнее, и в какую соответственно сторону нужно направить более мощный сигнал.

формирование направленного луча

Главной сложностью при ее внедрении в устройства является особая настройка антенн в сочетании с грамотным программным обеспечением. Поэтому в недорогих моделях роутеров зачастую наличие beamforming является больше маркетинговым ходом, нежели действительно фактором, сильно повышающим стабильность приема в отдаленных участках помещения.

Если речь идёт о стандарте wifi 802.11n, то для достижения максимального эффекта нужно, чтобы и приемник, и передатчик работали по одной и той же технологии beamforming. Поэтому рекомендуется использовать оба устройства одной фирмы — роутер и wifi адаптер.

В более новом 802.11ac beanforming уже является составной частью стандарта, поэтому производитель значения не имеет.

Формирование луча на практике

Подведем итог — каким образом эти знания могут нам пригодиться на практике? Нужно ли обращать внимание на наличие технологии формирования направления излучения TX Beamforming в маршрутизаторе?

  1. Определяющего значения при выборе она не имеет и может быть лишь дополнительным плюсом
  2. Сильного прироста в стабильности wifi только лишь из-за beamforming ожидать не стоит. Это достигается за счёт сочетания многих факторов, одним из которых он может являться
  3. Для получения максимальной отдачи от наличия технологии формирования луча по wi-fi стандарта 802.11 N (это большинство недорогих роутеров, работающих на частоте 2.4 ГГц) необходимо, чтобы все устройства были одного производителя
  4. Спасибо!Не помогло

    Лучшие предложения

    Александр

    Специалист по беспроводным сетям, компьютерной технике и системам видеонаблюдения. Выпускник образовательного центра при МГТУ им. Баумана в Москве. Автор видеокурса «Все секреты Wi-Fi»

    Задать вопрос

Технология Beamforming – Keenetic

В интернет-центрах Keenetic Giga (KN-1010), Ultra (KN-1810), Speedster (KN-3010), Viva (KN-1910), Air (KN-1611) и Extra (KN-1711) реализована поддержка технологии адаптивного формирования диаграммы направленности или направленного сигнала Beamforming (иногда называют Transmit Beamforming или Tx Beamforming).

NOTE: Важно! Указанные модели поддерживают Beamforming только в сети Wi-Fi 5 ГГц, а Ultra в обоих диапазонах.

Сигналы, посылаемые антеннами, отрегулированы (откалиброваны) таким образом, чтобы они испытывали усиливающую интерференцию непосредственно в области приемной антенны абонентского оборудования, в то время как в других направлениях они испытывают гасящую интерференцию (под интерференцией в сетях Wi-Fi понимается сигнал, передаваемый другими устройствами на том же или близком к нему канале, на котором вещает интересующая вас точка доступа; интерференция — одна из разновидностей помех). 

Радиосигналы, принимаемые от клиентов Wi-Fi, помогают точке доступа определить местоположение абонентов, и эта информация в дальнейшем используется набором микросхем точки доступа для расчета и формирования узконаправленного главного лепестка в направлении от точки доступа к клиентам. Как известно, чем лучше уровень сигнала (выше значение SNR) клиента, тем большую скорость можно получить при передаче данных с точки доступа на клиента.

Технология адаптивного формирования диаграммы направленности позволяет откалибровать в сторону клиента передаваемый сигнал и улучшить таким образом канал между точкой доступа и клиентом.
Формирование направленного луча позволяет сфокусировать сигнал в направлении предполагаемого местоположения конкретного беспроводного устройства (или устройств), а не посылать его случайным образом во всех направлениях, что улучшает скорость передачи данных и расширяет диапазон. Это помогает механизму MU-MIMO, который плохо работает с быстро движущимися устройствами.

Как это выглядит на практике:

Приемник Wi-Fi (беспроводной клиент) расположен на некотором расстоянии от точки доступа. Точка доступа определяет положение приемника в пространстве по данным его радиосигнала. В нашем примере к точке доступа подключены 2 беспроводных клиента. Технология Wi-Fi использует мультиплексирование с разделением по времени (Time Division Multiplexing, TDM), т.е. обмен данными в конкретный момент времени может идти между точкой и одним из активных клиентов, остальные клиенты пассивны – ждут своей очереди.

На практике уровень сигнала пассивного клиента незаметен, здесь он приведен для наглядности схемы работы технологии Tx Beamforming.

1. Без использования Beamforming обе антенны точки доступа Wi-Fi вещают одинаково. Амплитуды сигналов складываются в каждой точке пространства – соответственно возникают точки, где сложение амплитуд дает максимальный уровень сигнала, и такие, где амплитуды противоположны – сигнал здесь будет минимальным. В нашем примере Клиент 1 расположен в относительно «неудачной» удаленной зоне, и уровень сигнала у него невысокий. Клиент 2 расположен более удачно – амплитуды обеих антенн там максимальны. Уровень сигнала остается более-менее постоянным вне зависимости от того, какой клиент является активным в данный момент.

2. При использовании технологии Beamforming одна из антенн задает «баз

Что такое Beamforming — энциклопедия lanmarket.ua


Каждый может попробовать бросить камень в воду, будут волны, распространяющиеся в сторону. Если вы бросите еще один камень, два вида волн будут перекрываться. Если вы бросаете еще больше камней, эти круговые волны будут разбиты, потому что они мешают друг другу. Это похоже на сегодняшние беспроводные помехи: так много беспроводных устройств (маршрутизаторов или точек доступа) распространяют сигнал во всей области, и эти сигналы подобны волнам, мешающим друг другу. Чем больше их, тем более неустойчивым будет ваше интернет-соединение, что вызовет проблемы.


Современные беспроводные устройства часто обещают технологию «формирования луча» — Beamforming, для улучшения приема Wi-Fi и уменьшения помех. Но что такое формирование луча, как оно работает, и действительно ли это полезно?


Основы формирования луча


В очень упрощенных объяснениях формирование луча связано с фокусировкой сигнала Wi-Fi в определенном направлении.


Традиционно, когда ваш маршрутизатор/точка доступа передает сигнал Wi-Fi, он передает данные во всех направлениях. При формировании луча маршрутизатор определяет, где находится ваше устройство — ноутбук, смартфон, планшет или что-то еще — и проецирует более сильный сигнал в этом конкретном направлении.


Beamforming обещает быстрый, более сильный Wi-Fi-сигнал с большим диапазоном для каждого устройства. Вместо того, чтобы просто транслировать по всех направлениях, маршрутизатор/точка доступа пытается широковещать беспроводные данные, предназначенные для устройства, что является оптимальным для устройства.


Итак, конечный результат формирования луча — лучший сигнал Wi-Fi ваших устройств.


802.11ac vs 802.11n


Beamforming, своего рода был частью спецификации 802.11n. Но для этого требовалось, чтобы оба устройства — точка доступа (маршрутизатор) и клиент — поддерживали одинаковое формирование луча. Не было стандартного способа, и производители устройств производили свои собственные реализации. В результате технология никогда не использовалась, так как не было никакой гарантии, что любые устройства 802.11n были бы совместимы друг с другом, даже если у обоих был бы Beamforming.


Благодаря спецификации 802.11ac это было исправлено. Существует стандартный способ формирования диаграммы направленности, и любые устройства 802.11ac, которые поддерживают формирование диаграммы направленности, будут работать с другими, которые также это делают. По сути, устройства 802.11ac, такие как ваш маршрутизатор и ноутбук, могут взаимодействовать друг с другом и предоставлять информацию об их относительных позициях.

Типы формирования луча


Существует два типа Beamforming: неявный (implicit) и явный(explicit).


Explicit Beamforming — это когда и маршрутизатор, и клиент поддерживают Beamforming. Любое устройство 802.11ac wifi, поддерживающее Beamforming, будет иметь один и тот же стандарт, поэтому, если у вас есть два устройства 802.11ac Beamforming, гарантируется, что они будут хорошо работать вместе.


Наличие двух устройств, работающих вместе, даст вам самое сильное возможное соединение, и поэтому явный Beamforming намного эффективнее, чем неявный.


Следует отметить, что поддержка 802.11ac не означает, что устройство поддерживает Beamforming.


Явное формирование луча зависит от обратной связи с клиентом. Это позволяет точке доступа задавать свои параметры формирования луча с большей точностью, что, в свою очередь, позволяет использовать более направленный луч. Вместо того, чтобы звуковые кадры передавались от клиента к точке доступа, они отправляются с точки доступа клиенту. Клиент записывает, как он получил звуковые кадры и строит матрицу (описанную ниже). Затем эта матрица передается обратно в точку доступа. Благодаря ей точка доступа может точно рассчитать, как передавать данные.


С другой стороны, Implicit Beamforming позволяет более старым устройствам без технологии 802.11ac получать некоторые преимущества, принесенные Beamforming. Если ваша точка доступа имеет технологию Beamforming, но клиент нет, соединение всеравно будет немного улучшено.


При использовании неявного формирования луча точка доступа предполагает, что настройки, которые позволяют ей лучше всего слышать клиента, также являются настройками, которые позволяют клиенту лучше всего слышать точку. Это предположение обычно полезно, но не всегда полностью точно. Настройка для неявного формирования луча очень проста. Точка доступа просит клиента отправить предсказуемый набор звуковых кадров. Затем она прослушивает эти звуковые кадры, отмечая, когда и как они принимаются на каждой из своих антенн. Это позволяет точке доступа задуматься о шаблоне, который она должна использовать для передачи.

Явные матрицы формирования луча


Чтобы установить явную связь с лучом, точка доступа отправит клиенту ряд звуковых кадров, иногда называемых Null Data Packets (NDP). Точка доступа передает их от каждой из своих антенн по одному за определенное время. Заголовок NDP определит, с какой антенны он был отправлен. Явное устройство, соответствующее стандарту 802.11ac, совместимое с формированием диаграммы направленности, сможет записывать информацию о том, как он получает звуковой кадр на каждой из своих антенн индивидуально. Это дает нам отношение M к N по числу антенн в точке доступа и количеству антенн на клиенте. Клиент регистрирует две части данных для каждого отношения MN. Первая — это сила сигнала, измеренная его амплитудой (обозначается ниже А). Второй — это время, когда он получил сигнал. Различия в этих временах регистрируются в матрице (обозначенной ниже Т). Обратите внимание, что один кадр, отправленный с точки доступа, будет приниматься на каждой антенне клиента с несколько иной амплитудой и в несколько иное время. В результате получается матрица MN с парой записей в каждом элементе. Этот процесс повторяется для каждого канала, который будет использоваться, поскольку разные частоты могут распространяться несколько иначе в реальных сценариях. Теперь это образует трехмерную матрицу MNC, где C — количество каналов, которые мы хотим отобразить. Матрица изображена ниже.


Эта матрица известна как информация о состоянии канала Channel State Information (CSI). CSI сжимается и возвращается в точку доступа. Для калибровки явного формирования луча точка доступа должна выполнять инверсию матрицы в CSI. Как только это будет сделано, точка доступа будет применять параметры от инвертированной матрицы к антенной решетке. В результате антенны, которые были услышаны в последний раз, транслируются раньше, чем те, которые были услышаны первыми. Мы можем компенсировать небольшие амплитудные расхождения аналогичным образом.


Размер сжатого CSI может сильно варьироваться в зависимости от количества антенн и количества интересующих нас каналов. Большой CSI может быть более 20 КБ.

В заключение


В целом, Beamforming — отличный способ улучшить скорость вашей беспроводной сети Wi-Fi. Если какое-либо из ваших текущих устройств уже поддерживает Beamforming, возможно, стоит перейти на маршрутизатор с поддержкой Beamforming.


Beamforming преодолевает внешние и внутренние (CCI) помехи, используя пространственные свойства антенн. Поскольку помеха исходит из определенного направления, формирователь луча может применять метод обнуления — отправить «нуль» в сторону источника помехи, отменив его. В связи с значительным сокращением CCI формирование луча может позволить более плотное развертывание, чем системы с одиночной антенной. А благодаря высокому бюджету ссылок  вероятность запуска модуляции высокого порядка (64QAM, 16QAM) намного выше. Общая мощность значительно улучшена.


Beamforming является более сложным, чем другие технологии антенны, но является очень полезным. Антенна является единственным самым слабым звеном в сети, и формирование луча решает эту проблему.


Провайдеры должны обратить внимание на создания систем, которые используют эту передовую технологию, из-за огромных преимуществ, которые она предлагает, — лучшего диапазона, мощности, эффективности и, в конечном счете, меньшего количества расходов.

Beamforming | Роутеры

Суть технологии Beamforming или формирование луча — в динамическом изменении направленности диаграммы распространения сигнала, сигнал как бы фокусируется, вытягивается в сторону клиента.

Если быть более конкретным, то 802.11n обычно передаёт данные по 3 каналам, а принимает по 2 — это схему называют массивом антенн 3×2. Есть некоторые схемы работы 3×3, подобно WiFi на 450 Мбит/с, которая была объявлена Intel с выходом Centrino 2, но пока на рынке не появилось точек доступа, поддерживающих этот режим. Подобно 802.11g раньше, 802.11n может использовать «связывание» каналов, превращая 2 потока 20 МГц в поток на 40 МГц. Если быть совсем уж точным, то массивы должны иметь 3 характеристики: число передающих антенн, число принимающих антенн и число потоков данных по нашей аналогии разделения полос. Так, массив 3×3:2 (также записываемый как 3x3x2) должен содержать три передающих антенны, три принимающих антенны и два потока данных.

Ранее мы упомянули, что технология формирования луча «на чипе» является одним из 2-х методов, доступных в WiFi. Она работает не только путём увеличения общей мощности, что достигается использованием нескольких антенн, но и изменением характеристик сигналов антенн, чтобы в направлении приёмника был послан более мощный «луч», а в других направлениях расходовалось бы меньше энергии. С двумя передающими антеннами можно потратить меньше энергии, и в то же время учетверить мощность передающегося сигнала в направлении луча. Передатчику/точке доступа требуется принять единственный пакет от клиента, чтобы настроиться на путь передачи сигнала. Анализ множества пакетов в любой момент может показать, насколько оптимально настроены параметры формирования луча.

Беда в том, что эта технология требует особой конфигурации антенн, и специальных калибровок для программного обеспечения. Подобная конфигурация антенн есть в некоторых роутерах D-Link, например D-Link DIR-645, но там все, как и всегда у этой фирмы, убито убогим софтом. Бытовые роутеры с нормальной реализацией технологии Beamforming неизвестны. В роутерах Asus RT-N56U/RT-N65U эта технология, несмотря на все заверения производителя, тоже не работает, антенны там расположены в одной плоскости, и нет калибровочных данных для ПО. Так что сейчас надпись «Beamforming» на коробке не могут быть решающим доводом для покупки роутера, это просто обман покупателя.

Методы оптимизации приема/передачи в сетях Wi-Fi / Блог компании CBS / Хабр

Одной из ключевых технологий для развития беспроводных сетей (например, Wi-Fi) в последние годы является технология MIMO. MIMO — это множественная передача информации с нескольких передатчиков и её получение, а также обработка на нескольких приемниках. Основные задачи MIMO – повысить пропускную способность беспроводного канала и качество связи.

Главным методом увеличения пропускной способности в системах MIMO является мультиплексирование, то есть параллельная передача нескольких потоков информации с разных антенн (о нем ниже). Частными случаями MIMO являются системы передачи, где на приемнике или передатчике используется одна антенна. Называются такие системы Multiple-input single-output (MISO) и Single-input multiple-output (SIMO). В них нельзя организовать параллельную передачу нескольких потоков информации, однако можно использовать дополнительные антенны для повышения качества приёма или передачи сигнала. В описании точек доступа различных вендоров мы можем узнать сколько передающих и приемных антенн есть на устройстве, сколько пространственных потоков MIMO оно поддерживает. Например, это может быть значение 3×4:3, что означает 3 передатчика, 4 приемника и 3 пространственных потока. Кроме этих параметров можно встретить такие аббревиатуры или обозначения, как MRC, STBC, CSD, 802.11ac Tx BF и пр. Все эти технологии также направлены на улучшение качества сигнала. Итак, давайте попробуем разобраться какие варианты ухищрений используют современные точки доступа, чтобы ваш девайс получил хороший сигнал. Стоит отметить, что на Хабре уже есть статьи с довольно подробным описанием работы указанных технологий — MIMO, OFDM, STBC и MRC. В данном материале хотели бы сделать общий обзор по технологиям повышения качества связи, наглядно отобразить, как работает та или иная функция и какой прирост она дает. Рассмотрена работа с точки зрения 802.11 Wi-Fi, хотя, разумеется, указанные методы используются и в других беспроводных стандартах (LTE, 802.16 WiMAX).

Пространственное мультиплексирование (MIMO SDM)

Ключевым преимуществом MIMO является возможность передавать несколько независимых информационных потоков с разных антенн на одном канале. Это позволяет кардинально увеличить пропускную способность беспроводного канала. Технология называется пространственное мультиплексирование, или SDM (Spatial Division Multiplexing). Основным условием для работы MIMO SDM является многолучевое распространение сигнала. Если мы отправим данные с двух антенн, при прямой видимости сигнал придет к получателю одновременно, и мы получим их наложение (интерференцию). А значит сделаем только хуже. Но если при прохождении сигнал отражается, преломляется и т.п., получатель может распознать (скоррелировать) пришедший сигнал для разных потоков. Затем, получатель вычисляет текущее состояние каналов передачи (потоков) для каждой из передающих антенн на основе предварительной калибровки (по служебным заголовкам). И далее с помощью математических преобразований, восстанавливает исходные потоки. В случае MIMO отправитель не знает о состоянии канала, то есть он никак не оптимизирует сигнал при передаче. Точка доступа и клиент передают определенное количество потоков, поддерживаемое двумя сторонами. Например, если клиент поддерживает только один поток, точка доступа тоже будет передавать единственный поток.

Стоит отметить, что при передаче нескольких потоков (да и вообще при одновременной передаче с нескольких антенн) общая излучаемая мощность делится на количество передающих антенн. Например, если мы передаём сигнал одновременно с двух антенн, то мощность сигнала для каждой из них будет в два раза меньше максимальной. Однако, в данном случае мы передаем информацию по двум или более каналам одновременно.Также, за счет совместного использования SDM и множественной передачи (об этом ниже) можно увеличить значение SNR (отношение сигнал-шум) на приемнике.

Системы MIMO продолжают развиваться и в стандарте 802.11ac (wave2) реализована множественная одновременная передача в режиме MIMO нескольким клиентами (Multiuser-MIMO). То есть, если есть два клиента, поддерживающие один и два потока, система MU-MIMO будет передавать им сигнал одновременно. Как мы помним, до появления технологии MU- MIMO в один момент времени передачу данных могла осуществлять только одна система. Работает технология только в направлении от точки доступа к клиенту (DownLink). Текущие точки доступа позволяют работать с тремя клиентами MU-MIMO и передавать до трех потоков (суммарно). Технология MU-MIMO требует поддержки и на точке доступа и на клиентском устройстве. Также она требует дополнительных вычислений на точке доступа и накладывает определенные условия при использовании. Например, её работа невозможна без предварительной калибровки и адаптивной передачи (Explicit Transmit Beamforming), о которой будет рассказано ниже.

Развитие механизмов множественной передачи\приема разумеется привело к увеличению количества антенн на 802.11n-устройствах. Сегодня для точек доступа корпоративного уровня (802.11n/ac) уже стало стандартом наличие 3-4 антенн. При этом, количество пространственных потоков часто меньше количества антенн. На самом деле, много ли клиентов поддерживающих, например, 3 потока? Конечно, не много. Если это смартфон, то чаще поддерживается только один пространственный поток. Это дает точке доступа использовать различные техники для оптимизации приема и передачи сигналов, используя свободные антенны.

Оптимальное весовое сложение (MRC)

MRC позволяет улучшить значение SNR для входящего сигнала (от клиента к точке доступа). Если на точке доступа есть дополнительный свободный приемник(и), она складывает полученный на этом приемнике сигнал с остальными. Так как на приемнике уже есть информация о текущем состоянии канала передачи (для каждой из передающих антенн), он может вычислить сигналы (на каждой из приемных антенн), провести их выравнивание и оптимальное сложение, получив лучшее соотношение сигнал-шум. Сравнение результатов для одного и нескольких потоков с дополнительными антеннами и без показывает, что MRC в некоторых случаях позволяет существенно увеличить значение SNR, а значит увеличить и скорость передачи, дальность действия ТД. MRC работает только на точке доступа для улучшения входящего сигнала от клиента. Технология может использоваться совместно с другими – CSD, SDM, STBC.

Разнесенная передача (CSD/SE)

Технология Cyclic Shift Diversity (CSD) позволяет передать копии одного сигнала с дополнительных свободных антенн. Делается это поочередно c небольшим интервалом (200 нс). Если передать копии одного сигнала одновременно с нескольких антенн (мощность делится), получить выигрыш на приеме не удастся. Если же передать сигнал независимо (на максимальной мощности) с небольшим интервалом с каждой из антенн, можно получить разнесение сигнала на приеме, а значить улучшить сигнал. Приемник в свою очередь по определенному критерию выбирает лучший сигнал. Метод разнесенной передачи довольно старый и не очень удобен для распознавания на приемнике (требует вычислительной мощности, плохо масштабируется). Однако, он поддерживается на точках доступа и работает с клиентами предыдущих поколений – 802.11a/g. В современных стандартах (802.11n и далее) используется механизм STBC либо адаптивная передача (Beamforming).

Пространственно-временное блочное кодирование (STBC)

STBC позволяет передавать разные сигналы одновременно с нескольких антенн за несколько тактовых интервалов. Для передачи используется схема Аламоути. Для простейшего случая 2х1, эта схема позволяет за два интервала времени передать два сигнала два раза. На двух интервалах с разных антенн передается один из сигналов и комплексное сопряжение другого сигнала. Таким образом, мы получаем разнесение сигналов по времени и пространству (два сигнала проходят разными путями), увеличивая результирующий сигнал на приеме. С точки зрения приема, метод STBC является достаточно удобным, т.к. не требует большой вычислительной мощности. Как можно догадаться, STBC не работает одновременно с CSD. В противовес MRC, который мы рассмотрели ранее, STBC позволяет нам улучшить качество сигнала от точки доступа к клиенту. Теоретически, поддерживается работа в режимах более высоких порядков или для нескольких потоков (например, в режиме 2х1 для двух потоков с четырьмя передающими антеннами). STBC может использоваться одновременно с MIMO SDM.

Влияние на производительность

Итак, мы рассмотрели разные методы разнесенной (множественной) передачи/приема на точках доступа. В чем же преимущество их использования, какой реальный прирост они дают? Посмотрим графики*. На первом графике для MCS7 (один поток) мы видим, что SE (CSD) не дает существенных улучшений по сравнению с режимом SISO (1×1). STBC же ведет себя гораздо лучше: для коэффициента ошибок 1% (PER – Packet Error Rate) он на ~4 dB лучше SE. MRC** дает наибольший прирост: почти 10 dB по сравнению с режимом 1х1! Однако, на более низких скоростях результаты менее захватывающие. Для MCS0 (второй график) показатели SNR для STBC и SE (CSD) вообще сравнимы.

*взято из книги Eldad Perahia, Robert Stacey. Next Generation Wireless LANs — 802.11n and 802.11ac

**Почему MRC лучше

На самом деле, при сравнении систем 2:1 и 1:2 для STBC и MRC соответственно при одинаковой мощности с двух сторон STBC априори будет давать меньший результат. Связано это с тем, что при передаче сигнала с двух антенн мощность делиться на два (-3 dB). При приеме же точка доступа получает сигнал, отправленный на полной мощности. То есть разница между STBC и MRC в режиме 2 приемника или передатчика составляет не менее 3 dB.

Адаптивная передача (802.11ac Explicit Beamforming)

Все методы, которые мы рассматривали до этого основывались на обработке сигнала на приемной стороне. То есть при передаче информации именно приемник составлял матрицу канала связи для входящего сигнала с каждого из передатчиков. Передающая же сторона не подстраивала сигнал на антеннах между собой, то есть отправляла сигнал “вслепую”. При адаптивной передаче основной акцент делается на определении состояния канала на передатчике, чтобы отправить сигнал с оптимальными фазово-амплитудными характеристиками. Другими словами, отправить сигнал с нескольких антенн таким образом, чтобы на приёмной стороне получить наилучшее качество. Сделать это можно разными способами (без ответа от получателя, калибровка с получателем). В стандарте 802.11ac был реализован подход с получением калибровочной информации от приемника. То есть приемник сообщает, как он слышит сигнал с каждой антенны точки доступа. После этого, на основе предположения что канал в обе стороны симметричен, формируется матрица передачи с коэффициентами для конкретного приемника. Кроме того, использование адаптивной передачи позволяет распределять мощность между различными потоками (например, увеличить мощность для потоков лучшим SNR) На графике видно, что в сравнении с методами разнесенной передачи рассмотренными ранее режим адаптивной передачи позволяет получить наибольший прирост в скорости при передаче информации клиенту.

Мы рассмотрели различные методы множественной передачи сигнала в системах MIMO (Wi-Fi) – мультиплексирование, разнесение сигнала на приеме и передаче, адаптивную передачу, а также показали какой прирост они могут дать. В реальных условиях будет наблюдаться более комплексная картина. Добавляются дополнительные факторы, влияющие на работу беспроводной сети (расстояние до клиента, количество клиентов, нагрузка на канал, поддерживаемые клиентом методы передачи и др.). Точка доступа на основе встроенных алгоритмов решает какие методы передачи использовать в тот или иной момент времени.Список использованной литературы

  • Eldad Perahia, Robert Stacey. Next Generation Wireless LANs — 802.11n and 802.11ac, 2013
  • М. Бакулин, В. Крейнделин, Л. Варукина Технология MIMO. Принципы и алгоритмы, 2014

Что такое «Beamforming» на беспроводном маршрутизаторе? 📀

Современные беспроводные маршрутизаторы часто обещают технологию «формирования луча» для улучшения приема Wi-Fi и уменьшения помех. Но что такое формирование луча, как оно работает, и действительно ли это полезно?

Таким образом, формирование луча является полезной функцией, хотя вы действительно получите все преимущества с новыми устройствами 802.11ac. Вы не должны платить больше за маршрутизатор с поддержкой формирования диаграммы направленности.

Основы формирования луча

В очень упрощенных терминах формирование луча связано с фокусировкой сигнала Wi-Fi в определенном направлении.

Традиционно, когда ваш маршрутизатор передает сигнал Wi-Fi, он передает данные во всех направлениях. При формировании луча маршрутизатор определяет, где находится ваше устройство — ноутбук, смартфон, планшет или что-то еще — и проецирует более сильный сигнал в этом конкретном направлении.

Beamforming обещает быстрый, более сильный Wi-Fi-сигнал с большим диапазоном для каждого устройства. Вместо того, чтобы просто транслировать по всем направлениям, маршрутизатор пытается широковещать беспроводные данные, предназначенные для устройства, что является оптимальным для устройства.

Итак, это конечный результат формирования луча — лучший сигнал Wi-Fi и прием для ваших устройств.

Вот очень упрощенная графическая любезность Netgear:

802.11ac vs 802.11n

Beamforming был частью спецификации 802.11n — своего рода. Но для этого требовалось, чтобы оба устройства — маршрутизатор и клиент — поддерживали формирование луча точно так же. Не было стандартного способа, и производители устройств могли изобретать свои собственные реализации. В результате, он никогда не снимался, так как не было никакой гарантии, что любые устройства 802.11n были бы совместимы друг с другом, даже если оба поддерживали формирование луча. Например, вам, возможно, придется использовать устройства одного производителя для использования этой функции.

Благодаря спецификации 802.11ac это было исправлено. Существует стандартный способ формирования диаграммы направленности, и любые устройства 802.11ac, которые поддерживают формирование диаграммы направленности, будут работать с другими, которые делают. По сути, устройства 802.11ac, такие как ваш маршрутизатор и ноутбук, могут взаимодействовать друг с другом и предоставлять информацию об их относительных позициях.

Beamforming — стандартизованная часть стандарта 802.11ac Wi-Fi. Однако не все устройства 802.11ac должны поддерживать формирование диаграммы направленности. Просто потому, что у вас есть устройство 802.11ac, это не значит, что оно поддерживает формирование диаграммы направленности. Но, если устройство поддерживает формирование луча, оно делает это стандартизированным образом.

Это может быть фирменная функция на некоторых маршрутизаторах. Например, D-Link называет его «Advanced AC SmartBeam». Но он по-прежнему совместим с другими устройствами 802.11ac, которые реализуют формирование диаграммы направленности, даже если они называют это чем-то другим.

Неявное или явное формирование луча

Все, что описано выше, — это то, как работает «явное формирование луча». Существует также «неявное формирование луча».

При «неявном формировании луча» беспроводной маршрутизатор пытается использовать методы формирования луча для улучшения сигнала даже для более старых устройств, то есть тех, которые не поддерживают беспроводное оборудование 802.11ac. Те старые устройства 802.11n, g и b в теории будут иметь некоторое улучшение. На практике это не будет работать так же хорошо, как явное формирование луча между маршрутизатором 802.11ac и клиентским устройством 802.11ac. Но это еще одно преимущество. Маршрутизаторы, которые предлагают неявное формирование диаграммы направленности, также должны предлагать четкое формирование луча. Неявное формирование луча — это просто перк, который приносит некоторые преимущества формирования луча для ваших старых устройств.

Неявное формирование диаграммы направленности часто является фирменно

Что такое технология формирования луча в беспроводном маршрутизаторе? Лучший Wi-Fi роутер

Когда дело доходит до увеличения скорости вашего Wi-Fi-соединения, есть много вариантов. Эти варианты включают технологию 802.11ac, обновление вашего беспроводного адаптера, а также покупку маршрутизатора, поддерживающего Beamforming.

Хотя первые два варианта довольно хорошо известны, многие из вас могут задать вопрос «Что такое формирование луча?»

Сначала давайте рассмотрим некоторые преимущества. Beamforming может помочь:Хотя он существует уже несколько лет, он стал действительно доступным только недавно, и количество совместимых устройств увеличилось.

Что такое формирование луча?

Чтобы ответить на этот вопрос, нам сначала нужно обсудить, как работает беспроводной маршрутизатор.

Проще говоря, беспроводной маршрутизатор отправляет сигнал Wi-Fi. Чем ближе вы к роутеру, тем сильнее будет сигнал. По мере того, как сигнал удаляется от беспроводного маршрутизатора, он становится все шире и шире, и поэтому ваше соединение начнет терять силу.

Это может вызвать проблемы, если вам нужно получить доступ к беспроводной сети издалека, так как ваш сигнал может быть слабым и, следовательно, ваше соединение Wi-Fi медленное. Это особенно беспокоит, если у вас большой дом или рабочее место.

Beamforming — это один из способов улучшить сигнал Wi-Fi, когда вы находитесь далеко от роутера. Когда вы используете Beamforming, вместо того, чтобы ваш маршрутизатор отправлял сигнал, который становится все шире и шире, сигнал будет достигать вашего устройства по прямой линии, что даст вам более сильный сигнал.

Обзор технологии Smart Beam от D-Link

Типы формирования луча?

Существует два типа формирования луча: неявное и явное формирование луча.

Явное формирование луча

Явное формирование луча — это когда и маршрутизатор, и клиент поддерживают формирование луча. Любое устройство Wi-Fi 802.11ac, поддерживающее Beamforming, будет иметь тот же стандарт, поэтому, если у вас есть два устройства 802.11ac Beamforming, они гарантированно будут хорошо работать вместе.

Совместная работа двух устройств даст вам максимально надежное соединение, и поэтому явное формирование луча намного эффективнее, чем неявное формирование луча.

Следует отметить, что тот факт, что устройство поддерживает стандарт 802.11ac, не означает, что Beamforming автоматически поддерживается. Поэтому перед покупкой устройства вам следует проверить, поддерживается ли оно.

Implicit Beamforming

Implicit Beamforming, с другой стороны, позволяет более старым устройствам без 802.11ac, чтобы получить некоторые из преимуществ Beamforming. Если в вашем маршрутизаторе есть технология Beamforming, а в вашем клиенте нет, неявное Beamforming означает, что соединение все равно необходимо немного улучшить.

Хотя вы не увидите тип скорости, который вы получили бы при использовании двух устройств с поддержкой Beamforming, вы все равно должны увидеть некоторые преимущества.

Asus AiRadar против Netgear Beamforming + (Plus)

Одна из самых запутанных вещей в Beamforming заключается в том, что многие бренды предприняли собственные попытки брендинга своей технологии Beamforming.

Двумя примерами этого являются Asus AiRadar и Netgear Beamforming +. Несмотря на свой бренд, термины — это просто то, как каждый бренд назвал свою технологию Beamforming.

Хорошо то, что хотя 802.11n Beamforming не имеет универсального стандарта, 802.11ac Beamforming есть. Это означает, что независимо от того, покупаете ли вы маршрутизатор с Asus AiRadar или Netgear Beamforming Plus, они должны быть совместимы с любым устройством с поддержкой Beamforming.

Стоит отметить, что, помимо беспроводных маршрутизаторов, Asus и Netgear (и другие бренды) предлагают беспроводные адаптеры, поэтому вы можете обновлять свои компьютеры и ноутбуки, даже если они изначально не поддерживали Beamforming.

Лучшие беспроводные маршрутизаторы для формирования луча переменного тока

Сейчас существует множество беспроводных маршрутизаторов, поддерживающих формирование луча. Хотя эти маршрутизаторы, как правило, будут немного дороже, чем некоторые из более простых маршрутизаторов, их, безусловно, может быть выгодной покупкой, если у вас возникли проблемы с мощностью сигнала в вашей сети. Вот три лучших беспроводных маршрутизатора для формирования луча переменного тока.

Netgear Nighthawk R7000

Один из наших старых фаворитов, оригинальный роутер Nighthawk поставляется с множеством плюсов, включая 802.11ac, скорость передачи данных до 1900 Мбит / с и двухъядерный процессор 1 ГГц.

Кроме того, его возможности формирования луча и четыре антенны помогают обеспечить быстрое соединение Wi-Fi без задержек.

Прочитать полный обзор Netgear Nighthawk R7000

Asus RT-AC88U

Этот чрезвычайно мощный маршрутизатор 802.11ac со скоростью передачи данных до 3100 Мбит / с, двухъядерным процессором 1,4 ГГц и 4 антеннами, которые позволяют ему покрывать площадь до 5000 квадратных футов.

Это модель высшего класса, которая поможет с интенсивным подключением к Wi-Fi.

Прочитать полный обзор маршрутизатора Asus RT-AC88U AC3100

Linksys WRT1900AC

Linksys high-end предлагает двухъядерный процессор 1,2 ГГц, высокую скорость передачи данных и четыре антенны для обеспечения максимальной мощности сигнала и, следовательно, производительности.

Прочитать полный обзор маршрутизатора Linksys WRT1900AC AC1900

Заключение

В целом, Beamforming — отличный способ повысить скорость вашей сети Wi-Fi. Если какое-либо из ваших текущих устройств уже поддерживает Beamforming, возможно, стоит перейти на маршрутизатор с поддержкой Beamforming, подобный указанным выше.

Даже если у вас нет устройств с поддержкой Beamforming, если вы думаете об обновлении своего Wi-Fi-роутера, стоит подумать о том, которое поддерживает Beamforming. Это связано с тем, что вы получите некоторые преимущества с устройствами, которые у вас уже есть, за счет неявного формирования луча.

Покупка устройства с поддержкой Beamforming также обеспечит надежность вашей настройки Wi-Fi в будущем, поскольку скоро все больше и больше устройств будут поддерживать Beamforming.

Спасибо, что прочитали нашу статью о формировании луча. Надеюсь, вы нашли это полезным, но если у вас есть вопросы, не стесняйтесь оставлять комментарии ниже.

Ссылки:

Netgear

.

В чем разница между формированием луча и предварительным кодированием?

На прошлой неделе я получил письмо по электронной почте с этим вопросом. На этот вопрос существует не один, а множество возможных ответов, поэтому я решил, что напишу об этом сообщение в блоге.

Один из ответов заключается в том, что формирование диаграммы направленности и предварительное кодирование — это два слова для одного и того же, а именно для использования антенной решетки для передачи одного или нескольких пространственно-управляющих сигналов.

Другой ответ заключается в том, что формирование диаграммы направленности можно разделить на две категории: аналоговое и цифровое формирование диаграммы направленности.В первой категории один и тот же сигнал подается на каждую антенну, а затем используются аналоговые фазовращатели для управления сигналом, излучаемым антенной решеткой. Вот что сделала бы фазированная антенная решетка. В последней категории для каждой антенны в цифровой области предназначены разные сигналы. Это обеспечивает большую гибкость, поскольку можно назначать разные мощности и фазы разным антеннам, а также разным частям полос частот (например, поднесущим). Это делает цифровое формирование луча особенно желательным для пространственного мультиплексирования, когда мы хотим передавать суперпозицию сигналов, каждый с отдельной направленностью.Это также полезно при наличии широкой полосы пропускания, поскольку при фиксированных фазах сигнал будет иметь разную направленность в разных частях полосы. Второй ответ на вопрос заключается в том, что предварительное кодирование эквивалентно цифровому формированию луча. Некоторые люди имеют в виду только аналоговое формирование луча, когда говорят о формировании луча, в то время как другие используют терминологию для обеих категорий.

При формировании аналогового луча используются фазовращатели для отправки одного и того же сигнала от нескольких антенн, но с разными фазами. Цифровое формирование диаграммы направленности создает разные сигналы для каждой антенны в цифровой основной полосе частот.Иногда говорят, что предварительное кодирование эквивалентно цифровому формированию луча.

Третий ответ заключается в том, что формирование луча относится к однопользовательской передаче с одним потоком данных, так что передаваемый сигнал состоит из одного главного лепестка и некоторых нежелательных боковых лепестков. Напротив, предварительное кодирование относится к наложению нескольких лучей для пространственного мультиплексирования нескольких потоков данных.

Четвертый ответ заключается в том, что формирование луча относится к формированию луча в определенном угловом направлении, а предварительное кодирование относится к любому типу передачи от антенной решетки.Это определение существенно ограничивает использование формирования луча связью в пределах прямой видимости (LoS), потому что при передаче пользователю, находящемуся вне прямой видимости (NLoS), передаваемый сигнал может не иметь четкой угловой направленности. Вместо этого излучаемый сигнал сопоставляется с многолучевым распространением, так что компоненты многолучевого распространения, которые достигают пользователя, добавляются конструктивно.

Пятый ответ заключается в том, что предварительное кодирование состоит из двух частей: выбор направленности (формирование луча) и выбор мощности передачи (распределение мощности).

Я использовал слово beamforming в самом широком смысле (то есть первый ответ), как это видно в моей первой книге по этой теме. Однако с тех пор я заметил, что некоторые люди имеют более узкую или конкретную интерпретацию формирования луча. Поэтому в настоящее время я предпочитаю говорить только о предварительном кодировании . В Massive MIMO я считаю, что предварительное кодирование — правильное слово для использования, поскольку я рекомендую полностью цифровую реализацию, в которой фазы и мощности могут быть совместно разработаны для достижения высокой пропускной способности за счет пространственного мультиплексирования многих пользователей, как в сценариях NLoS, так и в сценариях LOS. ,

,

Формирование луча и микрофонные массивы — Распространенные мифы — Phoenix Audio Technologies

Первоначально опубликовано 18 апреля и 21 апреля 2016 года в Let’s Do Video.

В последнее время кажется, что все больше и больше компаний выпускают решения для массивов микрофонов для конференц-залов. Однако насколько они хороши? Какого качества мы можем ожидать от них? Какие модные слова должны нас впечатлить, а какие игнорировать? Эта статья — попытка пролить свет на эту тему.Если после прочтения этой статьи у вас возникнет ощущение, что эта тема сложная, значит, я достиг одной из своих целей — продемонстрировать именно это. Тема формирования луча — очень сложная. Эти типы решений исследуются в течение многих лет и показывают многообещающие результаты, но они не всегда работают при использовании в реальных жизненных ситуациях. Когда вы добавляете к этому уравнению акустику комнаты, несовершенство микрофонных элементов, используемых в процессе, и психоакустику, вы получаете очень сложную головоломку, решение которой требует многих лет проб и ошибок.

Front of Condor Microphone Array For Conference Rooms

Condor — это микрофонная решетка с формированием луча с 15 встроенными микрофонами, которые обеспечивают диапазон захвата до 30 футов. Это решение предназначено для адаптации к изменениям в вашей среде и соответствующей адаптации для оптимальной работы на каждой встрече. Condor превосходит традиционные микрофоны благодаря нашим запатентованным алгоритмам формирования луча.

Прежде чем двигаться дальше, я хотел бы немного коснуться моего личного участия в этой теме. Десятилетия назад, когда я проработал три года в качестве инженера-электронщика, мне было поручено разработать 96-элементный формирователь луча на основе DSP.Это был подводный гидрофон (подводный эквивалент микрофона), предназначенный для прослушивания, обнаружения и отслеживания источников шума с больших расстояний. Вся моя профессиональная карьера, помимо этого задания, вращалась вокруг проектирования и разработки формирователей луча. Все, от формирования луча во временной области до частотной области, адаптивного, задержки и суммирования, супернаправленности, постоянной ширины луча, поперечного и конечного направления. Вы называете это, мы сделали это.

Оглядываясь назад на свой дизайнерский подход к моему спутнику жизни, формирователю луча, становится совершенно очевидно, что я прошел полный круг.Я начал с использования супер агрессивных высокопроизводительных методов. После этого я смягчил их и даже на время отказался от них, только чтобы снова включить их с более агрессивным подходом. На этот раз я был вооружен огромным опытом.

Причина этих переходов заключалась в том, что традиционно эти алгоритмы использовались в подводных приложениях, где звуковые волны гораздо более «поведены» и предсказуемы. В этой среде хорошо работали сложные и агрессивные алгоритмы.Реализация этих передовых методов получила импульс в начале восьмидесятых с появлением DSP, процессора, оптимизированного и предназначенного для математических операций, которые неоднократно использовались с этими алгоритмами.

В конце восьмидесятых несколько компаний (в том числе и наша команда) взяли концепт из воды в воздух, чтобы разработать формирователи луча для военных приложений. Они использовались для обнаружения и определения направления огнестрельного оружия, ракет, минометов, а также для целей наблюдения.Несколько моих коллег и я совершили личный прыжок веры и основали компанию, которая предприняла эти попытки и разработала их для гражданских приложений, включая слуховые аппараты, диктовку, конференц-связь и многое другое. Через несколько лет после начала этой эры мы пришли к выводу, что производительность, которую нам удалось получить, была отличной для некоторых приложений, таких как наблюдение и, в меньшей степени, автомобильная промышленность. Однако конференц-связь разочаровала и неадекватна. В этот момент мы сделали шаг назад в наших усилиях и начали сосредотачиваться на других методах улучшения звука, которые с большей вероятностью будут приняты.Мы прошли полный круг и вернулись к разработке решений для больших массивов. Я считаю, что наш подход более зрелый, более опытный, а результаты более обнадеживающие.

Итак, что такое формирователи луча? Для чего они нужны? Для чего они не годятся? Какие отличия? Какие из модных слов, которые вы встретите, должны вас впечатлить? Какие менее значимы?

Википедия определяет формирование луча как «… метод обработки сигнала, используемый в массивах датчиков для направленной передачи или приема сигнала.Это достигается путем объединения элементов в фазированную решетку таким образом, что сигналы под определенными углами испытывают конструктивную интерференцию, в то время как другие испытывают разрушительную интерференцию ».

Проще говоря, микрофон улавливает звуковые волны без какого-либо различия, как полезные (назовем эти сигналы), так и нежелательные (назовем их шумами). Более чувствительный микрофон улавливает те же звуковые волны, что и нечувствительный микрофон. Хотя он будет производить более высокий уровень электронных сигналов, он все равно будет улавливать ту же смесь хороших и плохих звуковых волн.Наша цель — устранить как можно больше шума и оставить как можно больше сигнала. Один из способов сделать это — ограничить наше слушание одним направлением, как если бы мы подносили ладонь к уху, чтобы лучше слышать.

Миф № 1: Более чувствительный микрофон улучшит диапазон захвата

Неправда. Что ж, в этом есть немного правды, но очень мало. Более чувствительный микрофон генерирует электронные сигналы более высокого уровня, поэтому он менее восприимчив к плохо спроектированному усилению.Однако вы можете получить такой же диапазон с нечувствительным микрофоном. Более важным параметром микрофона является его минимальный уровень шума или динамический диапазон, но он имеет решающее значение в профессиональных студийных приложениях, где окружающий шум минимален и ниже собственного шума микрофона.

Прежде чем перейти к «как», давайте поговорим о «зачем». Другими словами, давайте на минуту предположим, что мы знаем, как создать устройство, которое слушает в одном направлении и устраняет все звуковые волны, приходящие из любого другого направления.Теоретически, используя эту технологию, мы уловим нужный голос и устраним все источники, идущие со всех сторон. Сюда входят шумы, а также отражения и реверберации, приходящие с разных сторон. Великолепно звучат! Однако есть одна загвоздка: некоторые помехи и шумы, исходящие из нежелательных направлений, будут отражаться и попадать в массив с того направления, которое мы на самом деле слушаем.

Если это звучит немного запутанно, давайте попробуем проиллюстрировать это другим способом.На открытом пространстве, где нет отражений, звуковые волны распространяются от источника к цели по прямой линии. Если мы прислушаемся к этому направлению, мы и услышим именно это. В более замкнутой среде, полной отражений, волны распространяются от источника к цели по множеству путей, теряя свои характеристики направленности. В этом случае направление, которое мы слушаем, теряет корреляцию с направлением источника. Прислушиваясь к определенному направлению, мы слышим источники со многих сторон.Отношение между уровнями сигнала прямого тракта и шумами непрямого тракта, проникающими в наш луч, ухудшается, когда увеличивается дальность до нужного источника. Другими словами, эффективность формирования луча уменьшается с расстоянием. Это все равно лучше, чем отсутствие формирования луча, но теряет часть своего преимущества с дальностью.

Миф № 2: Формирование луча увеличивает диапазон захвата

Верно, но эффективность формирования луча падает с увеличением дальности. Это связано с тем, что отношение сигнала к реверберации уменьшается, и формирователь луча становится менее эффективным и менее эффективным.

Итак, как достигается формирование луча? Источники звука распространяются в воздухе в виде волн. Если мы выстроим ряд микрофонов, звуковая волна сначала поразит микрофоны, ближайшие к источнику звука, а затем другие микрофоны в порядке их расстояния от источника. Если массив расположен перпендикулярно звуковой волне, все микрофоны будут на одинаковом расстоянии от источника. Следовательно, звуковая волна ударит по ним одновременно. Когда мы суммируем сигналы, принимаемые микрофонами, те сигналы, которые попадают в микрофоны одновременно, складываются и выделяются.Другие сигналы, исходящие с других направлений, будут попадать в разные микрофоны в разное время и будут ослаблять и даже подавлять друг друга. Подводя итог, можно сказать, что массив создаст луч прослушивания в направлении, перпендикулярном массиву, который мы называем широкой стороной.

Какие параметры определяют резкость или ширину этого луча для прослушивания? Наиболее важными параметрами являются общая апертура решетки (расстояние между t

.

Beamforming — Wikipédia

Le Beamforming aussi appelé Filtrage Space , Formation de faisceaux or Formation de voies — это техника обработки сигнала, используемого для использования в искусственных миссиях и др. la réception directionnelle de signaux [1] . Сеси является реализованной в сочетании с элементами антеннных элементов, которые подчиняются фазе телле-фасона в конкретных направлениях, конструктивно взаимодействуют между собой и взаимодействуют с другими деструктивными элементами.Формирование луча может быть использовано для создания электронного луча или получателя для обеспечения пространственной селективности. L’amélioration, compare à l’émission / réception d’une изотропной антенны
(всенаправленный), s’appelle le gain (ou perte) d’émission / réception.

Remarque: ci-dessous les termes anglais «формирователь луча / формирователь луча передачи» и «формирователь луча / формирователь луча приема» он не имеет традиций «модельер фейссо» и «приемник формирования луча».

Утилита формирования луча с использованием радио или звуковых устройств.Есть несколько приложений для радаров, гидролокаторов, физиологии, передачи без фильтра, радиоастрономии, акустики и т. Д. Адаптация формирования луча используется для детектирования и оценки сигнала, используемого в вылазке для захвата, в соответствии с фильтром пространственно-оптимального (c’est-à-dire de moindres carrés) и для отражения ошибок. Налейте методы акустического изображения, формируя луч, составляя один из методов обработки сигнала и его передачи.

Pour changer l’orientation du réseau d’émission, le modeleur de faisceau contrôle la phase et l’amplitude relative du signal sur chaque élément du réseau d’émission, créant ainsi un motif d’interférences constructives et destructives dans le front d ‘ Onde. А la réception, источник информации о различных перехватчиках — это комбинация обработки сигналов, поступающих от сообщений.

Par instance dans le sonar, pour envoyer une brusque impulsion de son sous-marin en direction d’un navire distant, se contenter d’émettre cette impulsion simultanément sur tous les hydrophones du réseau, ne fonctionne pas, car le navire Recevra d ‘abord l’impulsion de l’hydrophone le plus proche, puis sequencement les impulsions des hydrophones plus éloignés.Техника формирования луча предполагает, что гидрофон Envoyer l’impulsion depuis chaque en la décalant légèrement dans le temps (l’hydrophone le plus éloigné du navire en premier), ainsi chaque impulsion touche le navire exactement au même moment, en produisant le même effet qu’une impulsion puissante issue d’un уникальный гидрофон. На peut réaliser la même выбрала dans l’air avec des haut-parleurs, ou en radio и radar avec des антенны radio.

Dans le sonar passif, et en réception dans le sonar actif, la техника деформирования луча предполагает объединение сигналов гидрофонов и замедленное изменение (l’hydrophone le plus proche de la cible subira le plus long retard) de façon que chaque сигнал, полученный при вылете антенного гидролокатора с точностью до момента, производит уникальный и мощный сигнал, который является разумным с помощью уникального гидрофона.Формирование диаграммы направленности для приема австралийских пользователей с микрофонами или антеннами радара.

Dans les systèmes à bande étroite, le retard est équivalent à un déphasage, c’est pourquoi dans ce cas le réseau d’antennes, chacune étant déphasée d’une petite valeur différente, est appelée ‘réseau d’éseau фаза ». Un système à bande étroite, typique des radars, is un système dans lequel la bande passante ne représente qu’une petite fraction de la fréquence centrale. В системах с большой полосой, это приближение не является достаточным, это наиболее типичный вариант сонаров.

В приемниках формирования диаграммы направленности сигнала антенны, которые используются для усиления на разных «сигналах». Различные аранжировки поэтов (например, Дольф-Чебышев) являются полезными для различных мотивов чувственных мотивов. Un lobe main est produit simultanément à des lobes nuls et secondaires. En plus de contrôler le niveau du lobe main (le faisceau) et des lobes secondaires, on peut contrôler aussi la position des nuls. Ceci peut servir à ignorer le bruit ou brouillage radio dans une direction choisie, tout en écoutant ce qui provient d’autres направлениях.Un résultat similaire peut être obtenu en Transmission.

Налейте подробные математические сведения о направляющих узлах и об амплитудах и дефектах, сделайте математический раздел в статье «réseau d’antennes à commande de phase».

Dans les grandes lignes les техника формирования луча peuvent être divisées en deux категории:

  • Традиционное формирование луча (фиксированное или коммутируемое)
  • адаптация формирования луча для вывода антенн по фазе
    • Максимальный режим вывода сигнала
    • Режим минимизации или аннулирования межсигнального интерфейса

В условном формировании диаграммы направленности используется единый набор фиксированных сигналов и задержек (или дефазов) для объединителя сигналов захвата изображений, необходимого для использования существенного элемента данных для размещения Des capteurs dans l’espace et des direction des ondes intéressantes.Сопоставление, методы формирования луча адаптируются для комбинирования общих элементов этой информации с указанием собственников эффективных подписчиков, типичных для отказа от нежелательных лиц, желающих избежать нарушений. Ce processus peut être mis en œuvre dans le domaine-temps ou dans le domaine fréquentiel.

Comme son nom l’indique un système de beamforming adaptatif (en) peut s’adapter automatiquement в различных ситуациях. В качестве примера можно привести минимизацию общего количества заданий на вылет, чтобы обеспечить постоянную адаптацию.Dans les systèmes à large band, du fait de lacharacter du bruit avec la fréquence, il peut être souhaitable de procéder dans le domaine fréquentiel.

Le Beamforming Peut être Gourmand en Capacity de Calcul. Le débit de données d’une антенн Sonar является суффиксом, который может быть использован для этих характеристик в соответствии с логикой, lequel est Assez souple для того, чтобы получить данные и получить симуляцию в соответствии с указаниями. À l’opposé, le débit de données du réseau d’antennes à command de phase d’un radar est tellement élevé qu’il nécessitehabuellement un traitement par composant matériel, qui est bloqué pour émettre et / ou Recevoir dans une seule direction ла фуа.Надежные, защищенные от ПЛИС и поддерживающие быстрые радиолокационные станции, и их возможности воспроизводят быстрые репрограммы, соответствующие логике, возвращая различия между материалами и логикой.

Le Sonar lui-même a de nombreuses applications, telles que la recherche et la télémétrie à longue distance или l’imagerie sous-marine avec le sonar lateral (en) et les caméras acoustiques (en).

В сонарном механизме и формировании луча используются общие методы, которые отличаются друг от друга в деталях имплементаций в электромагнитных системах.Эти приложения начинаются с 1 Гц и равны 2 МГц, а также от элементов, которые используются для передачи данных, больших и малых, или более мелких и других компонентов. Сеси оказал влияние на концепцию формирования луча в гидролокаторах, заменил композицию передних систем (преобразователи, предварительные усилители и числительные), используя только материалы, эффективные для расчета формирования луча. Les sonars haute fréquence, ceux à faisceau concré, les sonars multi-elements pour la recherche et l’imagerie, les caméras acoustiques, mettent souvent en œuvre du вычисления пространственного du cinquième degré qui place sur les процессоры des contraintes équicesgivalentes a radux ,

De nombreux systèmes de sonar, tels que ceux des torpilles, sont constitués de réseaux allant jusqu’à 100 элементов, которые должны быть ориентированы на фасад (en) с углом обзора плюс 100 градусов и fonctionner mode en fois actif et passif.

Гидрофоны используются в двухмерном режиме с пассивными матрицами 1, 2 и 3 размеров.

  • 1 измерение: «Линии» являются обычным элементом в пассивных системах с несколькими элементами, устраняющими воду и подводные сонары Latéraux (en) в некоторых дополнительных элементах.
  • 2 измерения: «Планы» с использованием гидролокаторов, действующих или пассивных, устанавливаемых с помощью подводных лодок и некоторых латеральных сонаров (en).
  • 3 измерения: лески «сферики» и «цилиндры» используются в «купольных эхолотах» для водно-моторных лодок и современных лодок.

Различный сонар для радара en ce qu’en определенных приложений для поиска в длинном порте, на самом сувенире наблюдателя, и parfois émettre, dans toutes les direction simultanément.Aussi un système à plusieurs faisceaux est-il nécessaire. В приемнике гидролокатора, который управляет синхронизацией фаз, управляющих логикой обработки сигнала, сравнивает вспомогательные системы радарных устройств, которые используются в материалах для «движения» в выбранном направлении.

Гидролокатор Le использует австралийское формирование луча для решения важных задач жизнедеятельности человека, а также целую область электромагнитных излучений. Dans les sonars latéraux, la vitesse du remorqueur ou du du véhicule de transport du sonar est suffisante pour deplacer le sonar hors de la zone de retour de l’écho.En plus d’algorithmes de focalisation prévus for améliorer la réception, de nombreux sonars latéraux utilisent aussi le guidage de faisceau to regarder en avant et en arrière et «recupérer» les impulsions qui auraient été manquées latral un faisceau.

Принцип формирования факультативных образов в временном домене или в эквивалентном домене.

Выражение Temporelle de la Formation de voie en champ libre 3D [модификатор | модификатор кода файла]

On considère un réseau de M {\ displaystyle M} capteurs.Chaque capteur m {\ displaystyle m} reçoit un signal temporel noté pm (t), 1≤m≤M {\ displaystyle p_ {m} (t), 1 \ leq m \ leq M}. В утилите есть средства захвата для «фокусировки» сигнала в точке пространства. L’amplitude du signal focalisé sera ainsi un indicateur de la présence réelle d’une source a la position scrutée.

Dans le cas où l’on suppose que l’onde parcourant la distance de la source au réseau de capteurs suit une distribution de champ libre 3D, le signal temporel focalisé est

b (t) = 1N (∑m = 1Mpmt + τmrm) {\ displaystyle b (t) = {\ frac {1} {N}} \ left (\ sum _ {m = 1} ^ {M} p_ { m} {\ frac {t + \ tau _ {m}} {r_ {m}}} \ right)}

où rm {\ displaystyle r_ {m}} находится на расстоянии géométrique de chaque capteur à la position scrutée, τm {\ displaystyle \ tau _ {m}} является запаздыванием для аппликации по сигналу захвата m {\ displaystyle m} для Компенсатор для распространения.{2}}}}.

Если источник является действующим, предварительно проверяя и генерируя сигнал s (t) {\ displaystyle s (t)}, отслеживает распространение сигнала pm (t) = s (t − τm) / rm { \ displaystyle p_ {m} (t) = s (t- \ tau _ {m}) / r_ {m}} и т. д., чтобы создать фокус сигнала, равный источнику сигнала b (t) = s (t) { \ Displaystyle Ь (т) = s (т)}. Этот метод обработки сигнала постоянного ретровера источника сигнала. Если сфокусировать изображение на месте расположения источника, амплитуда сигнала будет сосредоточена в более низком положении.En scannant un ensemble de point de l’espace, on est ainsi en mesure d’évaluer la présence d’une source à partir des mesures d’un réseau de capteurs.

Expression fréquentielle [модификатор | модификатор кода файла]

  • Un modeleur de faisceau Conventionnel peut être un simple modeleur connu sous le nom de «modeleur retardateur-sommateur (en)». Les poids de tous les éléments du réseau d’antennes peuvent neverir la même grandeur. Le faisceau d’onde est orienté dans une direction précise uniquement en регулярная фаза, соответствующая антенне chaque.{2}} est la variance du bruit ou puissance du bruit.
  • Нулевой формирователь луча (ru)
  • Формирователь луча в частотной области (ru)

История формирования луча в обычных телефонах сотовой связи [модификатор | модификатор кода файла]

Методы формирования луча в соответствии со стандартами мобильной телефонии, которые прогрессируют в фильмах генерации и используются в дополнительных системах для получения больших плотностей целлюлоз, а также в обычных и важных.

  • Пассивный режим: нестандартные решения (квазиментальные)
  • Mode actif: стандартные решения

On peut utilizer le beamforming pour tenter de repérer la source des sons dans une pièce, например, s’agissant de plusieurs orateurs dans l’effet cocktail party. Поместите все, что связано с позициями ораторов, в частности, с использованием темпов распространения исходных микрофонов для микрофонов, а также с определенными позициями на участках расстояний.

О специальном утилизаторе фильтровальных фильтров (en), предназначенных для создания специальных полос для формирования луча. Enffect des fréquences différentes ont des filtering de beamforming optimaux différents, et peuvent ainsi être traités Com des problèmes différents (т. Стандарты фильтров для БПФ оптимизированы для использования в данной машине без единой конструкции для изолирующих полос частот.Например, БПФ предполагает наличие неявных последовательностей, представленных в сигнале, для точного определения гармоник, представленных для гармонического БПФ. Типичные, промежуточные элементы, входящие в состав гармоник, действующие в каналах преобразования Фурье, являются не чем иным, как поиском для анализа формирования луча. А-ля-плейс, на берегу реки Изумрудный канал, на расстоянии вытянутой руки. La propriété de Recombinaison est aussi nécessaire: il doit y.Это основание для типичных неортогональных, дополнительных проблем с базами FFT.

Решения по формированию луча [модификатор | модификатор кода файла]

Решения по формированию луча (англ. Liens vers le Wikipedia anglais) [модификатор | модификатор кода файла]

Sujets Connexes (определенные права удержания от английской Википедии) [модификатор | модификатор кода файла]

  • Louay M.A., Jalloul and Sam. П. Алекс, «Методология оценки и производительность системы IEEE 802.16e», представленная Обществу связи и обработки сигналов IEEE, Объединенное отделение округа Ориндж (ComSig), 7 декабря 2006 г.Доступно по адресу: http://chapters.comsoc.org/comsig/meet.html
  • H. L. Van Trees, Optimum Array Processing, Wiley, NY, 2002.
  • «Введение в цифровое формирование луча» Тоби Хейнса, 26 марта 1998 г.
  • «Что такое формирование луча?», Введение в формирование луча сонара Грега Аллена.
  • «Два десятилетия исследований в области обработки сигналов массивов» Хамида Крима и Матса Виберга в журнале «» IEEE Signal Processing Magazine , июль 1996 г.
  • «Веса Дельфа-Чебышева» антенная теория.com
  • Литература по акустическому формированию луча
  • Введение в Acoustic Beamforming
  • Введение в локализацию источника звука
  • Коллекция страниц, дающих простое введение в формирование диаграммы направленности микрофонной решетки
  • «Узкополосные и широкополосные сигналы с формированием луча» Джона Э. Пайпера в Sonar Systems , InTech, сентябрь 2011 г.

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.