Beamforming là gì? Bí mật công nghệ nâng tầm kết nối không dây
Beamforming là công nghệ đóng vai trò then chốt trong việc cải thiện kết nối không dây, đặc biệt là Wi-Fi và 5G. Vậy Beamforming hoạt động như thế nào và mang lại những lợi ích gì thì hãy cùng Bizfly Cloud tìm hiểu ngay trong bài viết dưới đây.
Beamforming - Công nghệ định hình chùm sóng
Mặc dù khái niệm về beamforming đã xuất hiện từ những năm 1940, công nghệ này hiện đang đóng một vai trò quan trọng trong việc cải thiện các tiêu chuẩn giao tiếp không dây hiện đại như Wi-Fi và 5G. Kết hợp với công nghệ MU-MIMO, beamforming giúp người dùng có được kết nối chính xác hơn, từ đó tăng tốc độ dữ liệu.
Beamforming là gì?
Beamforming là một kỹ thuật tập trung tín hiệu không dây về phía thiết bị nhận cụ thể, thay vì phát tán tín hiệu theo mọi hướng như ăng-ten phát sóng thông thường. Kết nối trực tiếp tạo ra nhanh hơn và đáng tin cậy hơn so với khi không có beamforming.
Beamforming là gì?
Bản chất của sóng điện từ là tín hiệu phát ra theo mọi hướng từ một ăng-ten duy nhất, trừ khi bị chặn bởi vật thể. Để tập trung tín hiệu theo một hướng cụ thể, tạo thành chùm năng lượng điện từ mục tiêu, nhiều ăng-ten đặt gần nhau phát cùng một tín hiệu tại các thời điểm hơi khác nhau. Các sóng chồng chéo sẽ tạo ra hiện tượng giao thoa, ở một số khu vực mang tính chất cộng hưởng (làm cho tín hiệu mạnh hơn), và ở những khu vực khác mang tính chất triệt tiêu (làm cho tín hiệu yếu hơn hoặc không thể phát hiện được). Khi được thực hiện chính xác, quá trình beamforming này sẽ tập trung tín hiệu vào một hướng cụ thể.
Lợi ích và hạn chế của Beamforming
Toán học đằng sau beamforming rất phức tạp (blog Math Encounters có phần giới thiệu nếu bạn muốn tìm hiểu), nhưng việc áp dụng kỹ thuật beamforming không phải là mới. Bất kỳ dạng năng lượng nào truyền đi theo sóng, bao gồm cả âm thanh, đều có thể hưởng lợi từ kỹ thuật beamforming. Chúng được phát triển lần đầu tiên để cải thiện sonar trong Thế chiến thứ hai và vẫn rất quan trọng đối với kỹ thuật âm thanh. Nhưng ở đây, chúng ta sẽ giới hạn cuộc thảo luận của mình trong mạng và truyền thông không dây.
Lợi ích và hạn chế của Beamforming
Việc tập trung tín hiệu theo một hướng cụ thể cho phép bạn cung cấp chất lượng tín hiệu cao hơn cho thiết bị nhận, đồng nghĩa với việc truyền thông tin nhanh hơn và ít lỗi hơn, mà không cần phải tăng công suất phát sóng. Vì beamforming cũng có thể được sử dụng để giảm hoặc loại bỏ phát sóng theo các hướng khác, nên nó có thể giúp giảm nhiễu cho những người dùng đang cố gắng thu các tín hiệu khác.
Hạn chế của beamforming chủ yếu liên quan đến tài nguyên tính toán cần thiết; có những trường hợp khác mà thời gian và tài nguyên năng lượng cần thiết cho các phép tính beamforming cuối cùng lại phủ nhận lợi thế của nó. Nhưng những cải tiến về sức mạnh và hiệu quả của bộ xử lý đã giúp các kỹ thuật beamforming đủ khả năng để tích hợp vào các thiết bị không dây tiêu dùng mới nhất, cũng như phần cứng không dây cấp doanh nghiệp.
Beamforming trong Wi-Fi 6 và Wi-Fi 7
Biểu tượng Wi-Fi 6
Một hạn chế khác là lợi ích của beamforming giảm dần khi khoảng cách giữa máy thu và máy phát càng xa.
Thế hệ Wi-Fi mới nhất, hiện được gọi là Wi-Fi 6, ban đầu được gọi là 802.11ax. Bản thân giao thức 802.11ax là thế hệ tiếp theo sau tiêu chuẩn 802.11ac, nhưng với cách đặt tên tốt hơn thông qua Wi-Fi Alliance. Ví dụ: 802.11ac hiện được gọi là Wi-Fi 5 và 802.11n chỉ đơn giản là Wi-Fi 4.
Mặc dù beamforming đã xuất hiện từ thời Wi-Fi 4, nhưng những cải tiến đã được thực hiện trong Wi-Fi 5 và giờ là Wi-Fi 6. Beamforming yêu cầu sử dụng công nghệ MIMO (đa đầu vào đa đầu ra) để gửi nhiều tín hiệu chồng chéo. Với sự phát triển của Wi-Fi 5 vào năm 2016, hiện đã có một bộ kỹ thuật beamforming được chỉ định cho thiết bị Wi-Fi cho phép nó hoạt động tương tác theo cách trung lập với nhà cung cấp (các bộ thu khác nhau có thể hoạt động với các bộ định tuyến khác nhau).
Beamforming cũng hỗ trợ đa người dùng MIMO, còn được gọi là MU-MIMO, cho phép nhiều người dùng giao tiếp đồng thời với nhiều ăng-ten trên bộ định tuyến. MU-MIMO sử dụng beamforming để đảm bảo rằng giao tiếp từ bộ định tuyến được nhắm mục tiêu hiệu quả đến từng máy khách được kết nối. Wi-Fi 6 cũng tăng số lượng ăng-ten được hỗ trợ từ bốn lên tám, giúp cải thiện tốc độ dữ liệu và mở rộng phạm vi cho tín hiệu đến các máy khách cụ thể.
Beamforming cũng sẽ là một thành phần chính của Wi-Fi 7, thế hệ Wi-Fi tiếp theo (còn được gọi là 802.11be). Beamforming phối hợp sẽ khai thác khả năng của các điểm truy cập đa ăng-ten hiện đại để ghép kênh không gian cho các trạm của chúng, đồng thời cùng loại bỏ các trạm lân cận không được liên kết liền kề.
Mặc dù kỹ thuật này cũng có thể đạt được bằng sơ đồ thăm dò điểm truy cập đa điểm chung, nhưng beamforming phối hợp có thể tận dụng quy trình thăm dò tuần tự đơn giản hơn sẽ là một phần của Wi-Fi 7. Ngoài ra, beamforming phối hợp không yêu cầu xử lý dữ liệu chung, vì mỗi trạm truyền và nhận dữ liệu đến và từ một điểm truy cập duy nhất, làm giảm nhu cầu đường truyền. Điều này sẽ mang lại hiệu suất thông lượng và độ trễ đáng kể đồng thời hạn chế sự phức tạp (thêm chi tiết được thảo luận ở đây).
Cùng với những cải tiến khác trong Wi-Fi 7, beamforming phối hợp nhằm mục đích mở khóa quyền truy cập vào tốc độ gigabit và giao tiếp độ trễ thấp cho nhiều ứng dụng hơn nữa cho doanh nghiệp và người tiêu dùng.
Beamforming trong mạng 5G
Với việc mạng 5G được triển khai cho điện thoại thông minh và các mục đích kết nối mạng diện rộng khác trên khắp thế giới, beamforming cũng là một công nghệ cốt lõi chính ở đây. Vì tần số 5G hoạt động dọc theo bước sóng milimet (mmWave), nên chúng dễ bị gián đoạn bởi các vật thể gây nhiễu, chẳng hạn như tường và các rào cản khác.
Beamforming giúp tạo kết nối đáng tin cậy hơn bằng cách cho phép máy phát tập trung việc truyền theo một hướng cụ thể về phía thiết bị di động, phương tiện hoặc thiết bị IoT.
Beamforming cũng sẽ hoạt động với MIMO khổng lồ, trong đó số lượng lớn ăng-ten tại trạm gốc 5G hướng chùm tia đến các thiết bị người dùng theo cả chiều ngang và chiều dọc để cải thiện thông lượng và hiệu quả.
