Castle on a Cloud

波束成型的技術, 並不只能用在60GHz, 只是在較高頻的頻帶上, 波束成型的技術能夠有較好的成果, 事實上, 在802.11ac Wave 2中, 已經實作了波束成型的技術, 並藉由4天線支援搭配MU-MIMO技術, 提供不同使用者之間, 不同天線場型的下行資料傳送, 如下圖所示: 來自:  https://blog.mojonetworks.com/mu-mimo-how-may-the-path-look-like-from-standardization-to-implementation/ 在圖中, 我們可以看到波束成型的技術的示意圖, 對於不同方向的使用者, 設計不同的波束, 最大化該方向的功率 (PEAK), 同時, 最小化對其他使用者的干擾 (NULL),

在802.11ad中, SLS (Sector Level Sweep)主要在BHI (Beacon Header Interval)中進行, 而BRP (Beam Refinement Process)則在 DTI (Data Transmission Interval)進行, 我們可以看下圖的對應關係: 來自: https://dl.acm.org/citation.cfm?doid=2915371.2915377 在DTI中, 又分成兩個部分: Contention-Based Access Periods (CBAPs)  Scheduled service Periods (SPs) 兩者的差異在於CBAP透過競爭取得, 而SP則是AP預先安排好的通道規劃使用,

在 上一篇文章 中, 我們介紹了802.11ad的beam training分類, 其中, SLS (Sector Level Sweep) 主要在 Beacon Header Interval 進行訓練, 其主要的MAC frame設計如下圖: 來自:  https://dl.acm.org/citation.cfm?doid=2915371.2915377 在Beacon Interval中, 分成兩個部分: Beacon Header Interval (BHI) 和 Data Transmission Interval (DTI), BHI用來決定天線的指向性, 而DTI則用以傳送資料, 兩者合起來的Beacon Interval則為802.11ad中的重複單元, 最大的時間長為1000 ms, 通常設定為100 ms, 用以確保延遲不會過長,

考慮到802.11ad運作在60 GHz的頻帶, 由於氧吸收和高基頻, 電磁波隨著距離衰減快速, 為了增加其訊號增益, 並考慮高基頻帶來的微小天線間距, 我們可以透過多天線技術, 來完成指向性天線設計, 背景知識可以參考以下文章: LTE筆記: 波束成型 (beamforming) 和天線陣列 LTE筆記: beamforming 和 precoding (1) LTE筆記: beamforming 和 precoding (2) 然而, beamforming的技術, 也會為通訊帶來不少問題, 考慮到原有的通訊都是基於全向性天線, 因此, 我們假設干擾也是全向性, 並設計了RTS-CTS技術, 同時, 我們也並沒有處理如何選擇天線指向的問題, 為了考慮這些問題, 802.11ad設計了兩種MAC層機制, 稱為: Sector Level Sweep (SLS) 和 Beam Refinement Process (BRP) 簡單來說, SLS是一種粗略的選擇機制, 應用於一開始的通訊建立, Rx 端使用較寬的波束 (Q-Omni) 接收, Tx輪流傳送指向性強波束, 進行學習, 而BRP則是精密的選擇, Tx和Rx都使用指向性強的波束, 如下圖所示: 來自:  https://www.researchgate.net/figure/Beamforming-training-in-80211ad_fig1_282861106

除了3GPP主導的LTE之外, WiFi通訊也是一種主流的通訊技術, 目前, 在市面上通行的WiFi協定為802.11ac, 其特色在於雙頻帶 (2.4GHz和5GHz), 8天線MIMO, OFDMA, 512QAM, 以及高傳輸速率支援 (866.7Mbps), 而表定的下一世代WiFi為802.11ax, 基本上繼承了802.11ac的所有技術特徵, 只是擁有更多天線, 並提升至1024 QAM的調變技術而已, 那麼, 標題提到的802.11ad技術又是甚麼呢? 和802.11ac和802.11ax不同, 802.11ad (WiGig) 專注於短距離高速傳輸或是戶外的應用環境, 因此, 其運作的頻帶為60GHz, 同時具有, 高傳輸量, 快速衰減, 以及指向性的特色, 以下為兩者的比較表格: 來自:  https://kknews.cc/tech/j82yke.html