Intelligens antennarendszerek alkalmazása WiFi környezetben

Trencsánszky Imre <>
SCI-Network Zrt.

A jelenlegi WiFi hálózatok legnagyobb ellensége a sávon belüli zavartatás, mivel a 2,4 és az 5 GHz-es WiFicsatornák telítettek (kül és beltéren egyaránt). Ezért a haladó szellemű gyártók között a legfőbb fejlesztési irányaz elérhető minél nagyobb kapacitás melletta meglévő adatkapcsolatok megbízhatóbbá tétele. Ezt a célt az antenna-alapú Beamforming technológia alkalmazásával lehet a leginkább megközelíteni, amely egy meglehetősen komplex, sok fejlesztést és a hardver számára nagy számítási kapacitást igénylő feladat. Ezen technológia alapjaiban különbözik a piacon lévő gyártóknál már alkalmazott chip (szilion) alapú megoldásoktól— amely egyszerűen a csatlakoztatott 3 utas, omnidirekcionális MiMo antennákat használja. A tényleges sugárnyaláb eltérítés sokelemű (>10) , térbeli elrendezésben működtetett antenna-mintázatot ún. rácsot használ . Ez leginkább egy fázis és frekvencia vezérelt radarhoz hasonlítható, ahol az antennarács –mátrix megfelelő elemeit gerjesztve a hullámfrontot és így az iránykarakterisztikát manipulálni lehet (egyidejűleg akár több nyaláb is kialakítható) valamint annak folyamatos mozgatását is el tudjuk érni. Az ilyen típusú nyalábformálás (Beamforming) technológia alkalmazását kommersz (nem katonai) rendszerekben csak az utóbbi 3-5 év integrált DSP-fejlődése tette lehetővé, úgy hogy a per-packet Beamforming is beépült a technikába— azaz minden egyes klienshez menő minden egyes adatcsomag más és más karakterisztikával kerül kisugárzásra. Jelen előadás célja —egy, a technikát jelenleg egyedüliként képviselő és szabadalmaztatott módon megvalósító gyártó, a Ruckus Wireless rendszerének ismertetésén keresztül— a nyalábformálás előnyeinek hangsúlyozása a hagyományos vagy chip-alapú WiFi megoldásokkal szemben.

A Ruckus Wireless rendszere „feltérképezi” minden egyes csatlakoztatott WiFi kliensre vonatkozóan az RF környezetet, figyelembe veszi az esetleges zavaró jelforrásokat és reflexiókat, majd ennek megfelelően minden kliens irányába egyedi antenna-karakterisztikát alakít ki. Ezt minden egyes csomag kisugárzásakor akár meg is változatja az RF környezet módosulása esetén, miután több ezer lehetséges módozatból a legmegfelelőbbet kiválasztotta.Amennyiben tehát az RF környezet módosul (pl. egy ajtó becsukódik, egy lift megindul, vagy a kliens mozog) a beépített intelligenciaAP és a kontroller (központi egység) szintenaz antenna -karakterisztikát minden egyes kliens irányába egyedileg adaptálja és változtatja; a káros hatásokat így csökkenteni lehet. Az adaptív antenna rendszerek a WiFi hálózatokban az Access Point-okban kapnak helyet, és szorosan együttműködnek a központi kontrollerben implementált intelligenciával—így válik lehetségessé a cellahatáron a csomag-vesztés nélkül roaming. Ezt úgy kell elképzelnünk, hogy az AP1 területéről kilépő klienst nemcsak az AP1 RF nyaláb követi az átadási pontig, hanem ezzel párhuzamosan az AP2-hez tartozó nyaláb az átadási ponttól átveszi és onnan az AP2 követi, kíséri, mintegy ’befogja’ a klienst a mozgása során. Ezen RF mechanizmust 1 AP esetén egyidejűleg 512 különböző kliens irányában tudja megvalósítani a rendszer. Egy kontrolleren belül pedig a maximálisan csatlakoztatott 500 AP esetében az intelligencia összehangolja a saját és idegen zavaráselnyomást (ami a Beamformingon túl központi, automatikus frekvencia koordinációt és az egyes irányokban adóteljesítményszabályozást jelenti) valamint a roaming feladatokat. A sokelemű (12-14ill. 19) antennák több mint 4000 sugárzási mintázatot tesznek lehetővé, így a kitüntetett irányokban 9 dBi-s nyereség, a nem hasznos irányokban 17 dBi-s interferencia-elnyomást lehet megvalósítani. Mindezen dinamikus RF management technikák eredménye a szakadásmentes átvitel, a megbízható működés, Voice over WiFI és a méginkább késleltetésérzékeny Video-over WiFi hibátlan átvitele erősen zavart környezetben, amely más jelenleg használt technológiával nem biztosítható. Különösen nagy kapacitásigényű (pl. konferencia, stadion) illetve nagy területek (városi WiFi hálózatok a 3G kiegészítésére) lefedése esetén az ilyen alkalmazások legnagyobb előnye, hogy jóval–30-50%-kal–kevesebb AP-t kell felhasználnunk, amellett hogy a magunk és a szomszédos WiFi rendszereket kevésbé zavarjuk az irányított antenna-karakterisztika miatt. Mivel a kisugárzott RF energia csak a ténylegesen szükséges kliens-irányokba, a többutas (Multipath) terjedést kihasználva fókuszálódik (a vételi érzékenységgel egyetemben), ezért távolabb, nagyobb területet és üzembiztosabban lehet lefedni.

ARuckus Wireless BeamForming technológiáját jellemzően hatalmas területű városi lefedő hálózatokban, nagy kliensszámú rendezvényeken, intézményekben (konferenciák, stadionok, campusok, kórházakstb) és a klasszikusnak mondható irodai, nagyvállalati környezetben használják. Emelkedő tendenciát mutat a nagyforgalmú 3G bázisállomások WiFi szolgáltatással megvalósított kiegészítése is, mivel a 3G nem alkalmas a megnövekedett —okostelefonok, tabletek, netbookok által gerjesztett— kapacitásigények kiszolgálására a tipikus belvárosi (pl. bevásárlóközpontra, sporteseményre, koncertre jellemző ) környezetben. Ezeken túlmenőenmivel egy MESH rendszer számára ideális egy automatikusan átkonfigurálódó irányított antenna rendszer a pillanatnyi útvonalak kialakításának változékonysága miatt—a rendszer konfigurálható egy öngyógyuló, önszerveződő, és a terhelést ideálisan elosztó MESH hálózatba is, ahol 5 GHz-en egy automatikusan adaptálódó elosztóhálózatot lehet létrehozni, míg a duál-rádiós egységek 2. lába 2,4 GHz-en a kliensek kiszolgálást végzi. Éppen ezért a nagy területű lefedőhálózatokban, ahol kevés gerinckapcsolati betáplálási pont lehetséges, a RuckusWireless a Beamforming technológiával meghatározó szereplő.