Что такое формирование луча?
12.08.2026 
1 мин. Технология формирования луча позволяет сфокусировать радиосигналы на беспроводные станции (STA) в определенных направлениях, что позволяет значительно улучшить показатели уровня принимаемого сигнала (RSSI) на STA, а также повысить пропускную способность STA. Эта технология была внедрена в стандарте Wi-Fi 4 (802.11n).
Почему формирование луча необходимо для Wi-Fi?
Стандарты Wi-Fi были направлены на увеличение скорости передачи данных. С момента внедрения в Wi-Fi 4 (802.11n) технологий многоканального входа-выхода (MIMO) и формирования луча максимальная скорость передачи данных выросла до сотен мегабит в секунду и даже выше.
Технология MIMO увеличивает скорость передачи данных за счет использования многоантенной передачи. Однако на практике устройства STA обычно имеют только одну или две антенны. Это приводит к разнице в коэффициентах усиления между сигналами передачи и приема на устройствах STA. То есть, когда устройство STA посылает сигналы на точку доступа (AP), точка доступа может использовать свою многоантенную систему для усиления приема и достижения более высокого уровня сигнала. В обратном направлении передачи это не работает. Когда точка доступа (AP) посылает сигналы на стационарное устройство (STA), если используются только антенны в том же количестве, что и на STA, усиление многоантенной системы не используется. Для решения этой проблемы вводится технология формирования луча. Она позволяет точкам доступа (AP) и стационарным устройствам (STA) согласовывать более высокие скорости передачи данных за счет увеличения значений RSSI стационарных устройств (STA).
Для обеспечения полного использования многоантенных ресурсов точки доступа в стандарте Wi-Fi 5 (802.11ac) внедрена технология многопользовательского MIMO (MU-MIMO), позволяющая точке доступа одновременно передавать сигналы нескольким абонентам (STA), что повышает эффективность беспроводной передачи данных. MU-MIMO зависит от формирования луча. Технология формирования луча накладывает сигналы от нескольких антенн точки доступа таким образом, что каждый STA может принимать только свои собственные сигналы во время связи MU-MIMO, предотвращая помехи между STA.
Кроме того, стандарт Wi-Fi 6 (802.11ax) последнего поколения еще больше увеличивает количество пользователей MU-MIMO, что также становится возможным благодаря использованию формирования луча.
Как работает формирование луча?
Как формирование луча определяет форму луча? Сигнальные лучи похожи на световые лучи. Форма светового луча, создаваемого фонариком, фиксирована. Если другой фонарик создает световой луч в том же направлении, два световых луча накладываются друг на друга, тем самым увеличивая яркость луча и изменяя его форму. Если используется больше фонариков, яркость и форма наложенного луча продолжают изменяться. В случае использования нескольких фонариков включение/выключение фонариков или регулировка интенсивности света также влияет на форму луча
Точно так же в беспроводной связи антенна излучает радиоволны, как фонарик. При использовании нескольких антенн форму радиоволны можно регулировать, управляя радиосигналами, передаваемыми каждой антенной.
В многоантенной системе, когда сигналы, передаваемые разными антеннами, достигают определенной точки, может возникнуть пространственный провал, если два луча имеют одинаковое затухание, но противофазные фазы. Технология формирования луча позволяет с максимальной эффективностью наложить два луча друг на друга за счет предварительной компенсации фаз передающих антенн.
Реализация формирования луча
Формирование луча осуществляется путем получения и расчета параметров, подлежащих настройке, на основе информации о состоянии канала (CSI). В зависимости от способа получения CSI формирование луча может реализовываться в явном или неявном режиме.
Явное формирование луча
Явное формирование луча требует от абонента (STA) предоставления обратной связи по CSI. Ниже описан процесс зондирования и обратной связи по CSI при явном формировании луча.
Явное формирование луча
- Точка доступа (AP) отправляет данные зондирования (тренировочный символ) на станцию (STA). В стандарте 802.11n данные зондирования могут передаваться посредством пакетов с нулевыми данными (NDP) или с помощью преамбул со сдвигом; в стандарте 802.11ac используются только NDP.
1. NDP — это нулевые кадры без данных, не содержащие полезной нагрузки. Точка доступа отправляет кадр объявления NDP и сам NDP на станцию. После получения этих кадров STA выполняет обратную связь CSI.
2. Смещенные преамбулы — это кадры с полезной нагрузкой, которые несут MAC-кадр и канал зондирования. - STA предоставляет обратную связь CSI точке доступа.
В стандарте 802.11n поддерживаются следующие режимы обратной связи CSI:
1. Режим CSI: STA напрямую отправляет необработанные данные CSI точке доступа, а точка доступа вычисляет окончательный вес формирования луча.
2. Несжатый вес формирования луча: после получения информации зондирования STA вычисляет значение веса формирования луча и отправляет результат вычисления на AP. Этот режим увеличивает системные накладные расходы. Именно здесь и приходит на помощь сжатый вес формирования луча.
3. Сжатый вес формирования луча: STA вычисляет значение веса формирования луча и отправляет результат вычисления на AP, принимая при этом некоторые меры для снижения системных накладных расходов.
Начиная со стандарта 802.11ac, от STA требуется предоставлять обратную связь CSI в режиме сжатых весов формирования луча. - На основе информации о весах, предоставленной STA или рассчитанной самой точкой доступа, точка доступа выполняет формирование луча таким образом, чтобы многолучевые сигналы суммировались на STA, образуя коэффициенты усиления.
Неявное формирование луча
Основная идея неявного формирования луча заключается в освобождении абонентов (STA) от необходимости предоставлять обратную связь по CSI. Неявная формировка луча использует принцип взаимности, присущий системам с временным дуплексом (TDD). Взаимность предполагает, что CSI в восходящем и нисходящем каналах в одной частотной полосе идентичны. Таким образом, CSI восходящего канала напрямую применяется к нисходящему каналу для формирования луча.
Неявное формирование луча больше не поддерживается стандартом 802.11ac из-за ее сложности.
Как определено в 802.11n, процесс неявного формирования луча состоит из зондирования CSI и обратной связи, как показано на следующем рисунке.
Неявное формирование луча
При явном формировании луча абоненты (STA) предоставляют фактическую обратную связь по CSI; при неявной формировке луча CSI восходящего и нисходящего каналов считаются идентичными, однако CSI нисходящего канала не является фактическим CSI.
На практике применение CSI восходящего канала к нисходящему каналу может не дать желаемого эффекта из-за различий между восходящим и нисходящим каналами. Чтобы обеспечить эффект формирования луча, STA по-прежнему необходимо получить CSI нисходящего канала и предоставить его точке доступа (AP), помогая AP в калибровке канала. Процесс калибровки выглядит следующим образом:
- Точка доступа (AP) отправляет STA кадр начала калибровки, который также является кадром начала зондирования.
- После получения кадра «Calibration Start» STA отправляет AP кадр ответа (кадр «Calibration Response» + кадр «Sounding Response»), помогая ему оценить канал восходящего канала.
- На основе кадра ответа AP оценивает канал восходящего канала и отправляет STA кадр калибровки (кадр «Sounding» + кадр «CSI Feedback»). Это позволяет STA собрать CSI нисходящего канала и запрашивает у STA предоставление обратной связи CSI для AP.
12.08.2026
1 мин. 
12.08.2026
1 мин.
12.08.2026
1 мин.