روتر های بی سیم غالبا از فناوری Beamforming / بیم فورمینگ / شکل دهی پرتو برای بهبود دریافت سیگنال های Wi-Fi و کاهش تداخل استفاده می کنند. اما دقیقا فناوری Beamforming چیست و چگونه کار می کند؟ و آیا واقعا قابلیتی مفید در روترهای بی سیم است؟
به طور خلاصه Beamforming یک ویژگی کاربردی و مفید است؛ گرچه شما فقط با دستگاه های جدید 802.11ac تمام مزایای آن را دریافت خواهید کرد. لزوما شما نباید هزینه بیشتری برای یک روتر مجهز به قابلیت Beamforming بپردازید.
اصول و مبانی فناوری Beamforming
به عبارتی بسیار ساده؛ Beamforming در واقع روی یک سیگنال وای فای در یک جهت خاص تمرکز دارد. به طور سنتی؛ وقتی روتر شما سیگنال وای فای را برودکست می کند؛ داده ها را از همه جهات برودکست می کند. با Beamforming؛ روتر تعیین می کند که دستگاه شما (لپ تاپ؛ گوشی هوشمند؛ تبلت یا هر دستگاه دیگر) در کجا قرار دارد و سیگنال قوی تری را در آن جهت خاص ارائه می دهد.
Beamforming یک سیگنال وای فای سریع تر و قوی تر با برد بیشتر را برای هر دستگاه را نوید می دهد. به جای برودکست ساده از همه جهات؛ روتر سعی می کند داده های بی سیم در نظر گرفته شده برای دستگاه را به روشی مطلوب برای دستگاه برودکست کند.
بنابراین؛ نتیجه نهایی Beamforming ارسال سیگنال وای فای قوی تر و دریافت بهتر آن توسط دستگاه های شما است. در تصویر زیر یک گرافیک بسیار ساده از نت گیر آورده شده است.
802.11ac در مقابل 802.11n
Beamforming بخشی از مشخصات 802.11n بود. اما برای استفاده از این قابلیت باید هر دو دستگاه (روتر و گیرنده) از Beamforming به روش یکسانی پشتیبانی کنند. هیچ راه استانداردی وجود نداشت و تولیدکنندگان دستگاه ها آزاد بودند که در پیاده سازی های خود نوآوری هایی را داشته باشند. در نتیجه هرگز واقعا از بین نرفت؛ چون هیچ تضمینی برای سازگاری هر دستگاه 802.11n با یکدیگر وجود نداشت؛ حتی اگر هر دو از این قابلیت پشتیبانی کنند. برای استفاده از این ویژگی ممکن است مجبور شوید دستگاه هایی را از یک سازنده خاص تهیه کنید.
با مشخصات 802.11ac این مشکل برطرف شد. یک روش استاندارد برای عملکرد بیم فورمینگ وجود دارد و هر دستگاه 802.11ac که از این فناوری پشتیبانی می کند با سایر دستگاه ها کار خواهد کرد. به طور کلی، دستگاه های 802.11ac (مانند روتر و لپ تاپ شما) می توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و اطلاعاتی را در مورد موقعیت نسبی آنها ارائه دهند.
شکل دهی پرتو بخش از استاندارد وای فای Wi-Fi 802.11ac در نظر گرفته شده است. با این حال، همه دستگاه های 802.11ac از Beamforming پشتیبانی نمی کنند. فقط به این دلیل که شما یک دستگاه 802.11ac دارید به این معنا نیست که از بیم فورمینگ پشتیبانی می کند؛ اما اگر دستگاهی از شکل دهی پرتو پشتیبانی کند؛ این کار به روشی استاندارد انجام می شود.
فناوری Beamforming ممکن است در برخی از روترهای مارک دیده شود. به عنوان مثال، D-Link از این فناوری به عنوان Advanced AC SmartBeam نام می برد. اما هنوز با سایر دستگاه های 802.11ac که بیم فورمینگ را ارائه می دهد سازگار است؛ حتی اگر این فناوری با نام دیگری تعریف شده باشد.
نحوه کار شکل دهی پرتو
یک آنتن واحد که یک سیگنال بی سیم را برودکست می کند، این سیگنال را به همه جهات می تاباند (مگر اینکه توسط برخی از اجسام فیزیکی مسدود شود). این نحوه کار امواج الکترومغناطیسی است. اما اگر بخواهید این سیگنال را در جهت خاصی متمرکز کنید؛ یک پرتو هدفمند از انرژی الکترومغناطیسی تشکیل دهد, چه می کنید؟
یک تکنیک برای انجام این کار شاکل چندین آنتن در مجاورت یکدیگر است که همگی سیگنال های مشابه را در زمان های کمی متفاوت برودکست می کنند. امواج با هم تداخل ایجاد می کنند که در بعضی مناطق سازنده است (باعث می شود سیگنال قویتر باشد) و در برخی مناطق دیگر مخرب است (باعث ضعیف شدن سیگنال یا غیر قابل شناسایی شدن آن می شود). اگر به درستی اجرا شود؛ این فرآیند تبدیل پرتو می تواند سیگنال شما را به مکانی که می خواهید متمرکز کند.
ریاضیات پشت پرده شکل دهی پرتو بسیار پیچیده است و اگر بخواهید می توانید وبلاگ هایی مانند Math Encounters را مطالعه بفرمایید.؛ اما استفاده از تکنیک های تبدیل پرتو چیز جدیدی نیست. هر شکلی از انرژی که به صورت امواج حرکت می کنند (از جمله صدا) می توانید از تکنیک های تبدیل پرتو استفاده کند.
با تمرکز سیگنال در یک جهت خاص، بیم فورمینگ به شما امکان می دهد کیفیت سیگنال بالاتری را به گیرنده خود تحویل دهید که در عمل به معنای انتقال سریع اطلاعات با خطاهای کمتر است؛ بدون اینکه نیازی به افزایش قدرت برودکست داشته باشید.
انواعBeamforming – بیم فورمینگ ضمنی در مقابل بیم فورمینگ صریح
به هر حال، همه موارد بالا نحوه عملکرد بیم فورمینگ صریح را نشان می دهد. گرچه بیم فورمینگ ضمنی هم وجود دارد. یک روتر بی سیم با استفاده از بیم فورمینگ ضمنی سعی در استفاده از تکنیک های تبدیل پرتو برای بهبود سیگنال ها دارد (حتی در دستگاه های قدیمی, یعنی آنهایی که دارای سخت افزار بی سیم 802.11ac نیستند). از نظر تئوری؛ این دستگاه های قدیمی 802.11n ، g و b با برخی پیشرفت ها روبرو خواهند شد.
اما به طور عملی میزان تغییرات اصلا قابل قیاس با زمانی که دو دستگاه 802.11ac با یکدیگر کار می‌کنند نیست؛ اما مزایت دیگری را به همراه دارد. روترهایی که بیم فورمینگ ضمنی را ارائه می دهند باید از بیم فورمینگ صریح هم پشتیبانی کنند. Beamforming ضمنی هرچند تأثیر کمی دارد اما برخی از مزایای Beamforming را برای دستگاه های قدیمی به ارمغان می‌آورد.
شکل دهی پرتو غالیا یک ویژگی در محصولات برند است. به عنوان مثال، نت گیر از این قابلیت به عنوان Beamforming+ در روترهای خود یاد می کند.
بنابراین آیا خرید روتر دارای Beamforming ارزشش را دارد؟
در روتر های بی سیم پیشرفته 802.11ac بیم فورمینگ در حال تبدیل شدن به یک استاندارد است؛ و این جایی است که ویژگی های جدید دیگری مانند وای فای سه بانده وجود دارد. اگر می توانید از طریق روتر خود شکل دهی پرتو را انجام دهید؛ مطمئنا قابلیت خوبی را در اختیار دارید؛ به غیر از هزینه بیشتری که ممکن است برای خرید روتر با این ویژگی صرف کنید؛ هیچ اشکال دیگری در دریافت قابلیت Beamforming وجود ندارد.
توجه داشته باشید که این فناوری در دستگاه های جدید 802.11ac بیشترین کاربرد را خواهند داشت بنابراین دستگاه های قدیمی هیچ نفعی از آن نخواهند برد و یا مزایای بسیار کمتری را نسبت به دستگاه های 802.11ac ارائه خواهد داد.
با گذشت زمان؛ شکل دهی پرتو باید در روترهای ارزان قیمت 802.11ac شروع به ظهور کند و به یک ویژگی استاندارد تبدیل شود. در آن زمان, هر کسی که دارای دستگاه 802.11ac بیشتری باشد؛ استفاده مفیدتری از آن خواهد برد.
اگر در مورد نحوه عمکلرد بیم فورمینگ کنجکاو هستید؛ اطلاعات زیادی در اینترنت وجود دارد. این فقط یک ویژگی وای فای نیست؛ به طور کلی یک تکنیک پردازش سیگنال برای امواج صوتی و رادیویی است.
Beamforming به آنتن های MIMO (چند ورودی؛ چند خروجی) نیاز دارد. در اصل از انواع تکنیک های پردارش سیگنال برای برودکست چندین سیگنال مختلف در آنتن های مختلطف استفاده می شود تا اطمینان حاصل شود که آنها از تداخل جلوگیری می کنند و سیگنال های قوی تری را در یک جهت خاص برودکست می کنند.
مزایای فناوری Beamforming
در ادامه مزایای بیم فورمینگ آورده شده است:
- Beamforming باعث افزایش قدرت سیگنال ها در جهت مورد نظر می شود و از این طریق می توانید سیگنال ها را به دورترین گیرنده ارسال کنید.
- بیم فورمینگ می تواند باعث کاهش قدرت پرتو شود و از این رو می تواند از مشکلات تداخل جلوگیری کند.
- با شکل دهی پرتو نسبت سیگنال افزایش پیدا می کند و از این رو سیگنال می تواند در برابر کانال پر نویز مقاومت کند.
- به طور معمول در MIMO و در آخرین فناوری های بی سیم استفاده می شود.
معایب فناوری بیم فورمینگ
در ادامه معایب فناوری Beamforming آمده است:
- برای استفاده از این فناوری به آنتن های متعدد و سخت افزارهای بیشتر نیاز است.
- سیستم شکل دهی پرتو به دلیل استفاده از الگوریتم های ریاضی در طراحی؛ استفاده از تراشه پیشرفته را نیاز دارد.
- با توجه به افزایش منابع سخت افزاری و استفاده از تراشه پیشرفته DSP؛ قدرت مورد نیاز بیشتر می شود. از این رو دستگاه هایی که دارای باتری هستند سریعتر تخلیه می شوند.
- یکی دیگر از معایب بیم فورمینگ شامل منابع محاسباتی می شود. بسیاری از سناریوها وجود دارد که در آن زمان و منابع صرف محاسبات خواهند شد.
منبع: howtogeek ، rfwireless-world و networkworld
