ビームフォーミングとはWi-Fi速度はどのように向上しますか?

Wi-Fi を高速化するすべてのことを学ぶのは理にかなっていますよね?

私たちは皆、家全体をカバーし、ISP が保証するインターネット速度を提供する理想的な Wi-Fi を探しています。 しかし、この夢を実現するには、Wi-Fi テクノロジーが信号を劣化させることなくガジェットに直接伝送するために必要です。

そこでビームフォーミングの出番ですが、それは正確には何であり、Wi-Fi を高速化できるのでしょうか? それでは調べてみましょう。

ビームフォーミングが必要な理由とその内容

ビームフォーミングとその利点について説明する前に、従来の Wi-Fi ルーターがどのようにデータを伝送するかを理解することが重要です。

ほら、従来のルーターは電波を介してデータを送信します。 これらの波は、多数のアンテナを使用してルーターによって生成され、デバイスに送信されます。 これらのアンテナは、ルーターの内部に隠されている場合もあれば、さまざまな方向に出ている場合もあり、ルーターが変圧器のように見えます。

ほとんどの場合、これらのアンテナは波を全方向に均等に送信し、水面に石がぶつかるパターンに似た波を生成します。 ルーターの波のおかげで、ガジェットがインターネットに接続する場合があります。 それにもかかわらず、これらの波の強さは距離が長くなるにつれて減少します。 この電波強度の低下により、デバイスのインターネット速度が低下します。ビームフォーミングは、この問題の解決に役立ちます。

ご覧のとおり、無指向性波は、ビームフォーミングを提供しない Wi-Fi ルーターによって送信されます。 対照的に、ビームフォーミングは、電波を分散させるのではなく、デバイスに向けます。 この集中戦略により、エネルギーが空気中に分散されないため、波が遠くに行くことができ、その結果、信号強度が向上し、データ レートが高速になります。

しかし、これらのエネルギービームはルーターによってどのように集束されるのでしょうか? ガジェットの場所をどのように知るのですか?

ビームフォーミングの機能

前述のように、ルーターはアンテナを使用して電波を生成します。 これらのアンテナは、多くの場合、一貫した方法でエネルギーを放出できます。 その結果、ルーターは干渉の考え方を採用して誘導ビームを生成します。

2 つ以上の波が衝突すると、干渉とは単に結果として波の振幅が変化することです。 波の位相に応じて、この波の振幅の変動は正または負のいずれかになります。 したがって、2 つの波が衝突すると、信号が強い領域と信号が弱い領域の 2 つの領域が生成されます。

この波の強さの変化により、ビームフォーミングが可能になります。

したがって、ルーターは、無線エネルギーのビームをデバイスに送信したいときに、さまざまな時間またはフェーズで各アンテナを介して電波を送信します。 時間と位相の違いにより、電波がデバイスに導かれ、Wi-Fi が強化されます。

これは 2 番目のクエリにつながります: ルーターはどのようにしてデバイスの位置を認識しますか? それらを理解するには、さまざまなビームフォーミングの種類を調べる必要があります。

ビームフォーミング方法

Wi-Fiルーターが電波を送信する方法を学習した後、Wi-Fiルーターの位置をどのように決定するかを調べることができます. Wi-Fi には、現在のタスクを処理するための 2 つのオプションがあります。

1.明示的なビームフォーミング

ルーターはデバイスに接続して、この種のビームフォーミングで空間内の位置を特定します。 したがって、ルーターとデバイスが機能するには、両方が明示的なビームフォーミングをサポートしている必要があります。 同じことがないと、デバイスとルーターはビームフォーミング データを交換できず、無効になります。

明示的ビームフォーミングは、デバイス固有のビームフォーミング データ パケットを送信することによって動作します。 この情報は、ステアリング マトリックスを計算するためにガジェットによって使用されます。 ルーターは、このデータを使用して、前述の干渉のアイデアを採用することでビーム波を生成します。

2.暗黙のビームフォーミング

暗黙的なビームフォーミングは、明示的なビームフォーミングとは対照的に、デバイスがサポートしていなくても機能します。 ルーターはビームフォーミング パケットをデバイスに送信して、この種のビームフォーミングを有効にしますが、デバイスはルーターにステアリング マトリックスを送信しません。 代わりに、ルーターは確認応答パケットを使用して、デバイスが受信した信号パターンを分析します。

Wi-Fi ネットワークに接続されたデバイスは、データ パケットを受信するたびに、受信したことを示す確認パケットを送信します。 データが受信されない場合、確認応答フレームはルータがデータを再度配信するように要求します。 これらの要求に基づいて、ルーターはデバイスの位置を特定し、ビームフォーミングを使用して電波を変更し、伝送効率を高めます。

正確なデバイスの位置はデバイスによってルーターに伝達されるため、明示的なビームフォーミングは暗黙的なビームフォーミングよりも効率的です。

MIMO ビームフォーミングと MU-MIMO

ビームフォーミングは、前述のように、デバイスに到達する無線信号を強化することでワイヤレス接続を強化します。 それにもかかわらず、MIMO 技術も可能になります。 複数の入力と複数の出力を表す MIMO により、ルーターは複数のデータ ストリームをデバイスに同時に配信できます。

データ パケットは、従来のルーターによって無指向性の波で送信されるため、複数の波をデバイスに同時に送信することはできません。 ビームフォーミングの場合は逆です。これは、ルータが多数のビームフォーミングされた波を利用して複数のデータ ストリームをブロードキャストする場合があるためです。

Wi-Fi で使用できるテクノロジは?

技術的な話になると、Wi-Fi は比類のないものです。 毎年非常に多くのプロトコルと技術的進歩がリリースされているため、取得している Wi-Fi の機能を理解するのは難しいかもしれません.

以下に、さまざまな Wi-Fi プロトコルでサポートされている Wi-Fi テクノロジと簡単な説明を示します。

• 802.11a/b/g : これらの Wi-Fi プロトコルである 802.11a/b/g は、ビームフォーミングを提供しません。 したがって、現在のルーターがこれらのプロトコルを破棄している場合は、新しいプロトコルをサポートするルーターを入手する必要があります。
• 802.21n: MIMO とビームフォーミングは、802.11n 規格で最初に導入されました。 ただし、このプロトコルは明示的なビームフォーミングを実現するための 2 つの方法を提供していたため、Wi-Fi ルーター メーカーの大半は、代わりに暗黙的なビームフォーミングを使用することを選択しました。 したがって、802.11n ルーターの大部分は暗黙的ビームフォーミングをサポートしています。 ビームフォーミングと MIMO は 802.11n プロトコルのオプション機能であり、計算による実装が非常に難しいため、ほとんどのメーカーはそれらをルーターに含めませんでした。
• 802.11ac wave 1 : このプロトコルは、明示的なビームフォーミングを実行する方法を 1 つだけ指定し、ビームフォーミングをさらに改善します。 これにより、メーカーは個別の実装技術を使用する必要がなくなり、ビームフォーミングと MIMO が一般的になります。
• 802.11ac ウェーブ 2: MU-MIMO は、802.11ac ウェーブ 2 仕様で最初に導入されました。
• 802.11ax: MU-MIMO は、802.11ax プロトコル (Wi-Fi 6 とも呼ばれる) によってさらに改善され、アップリンクとダウンリンクの両方でサポートされます。

ビームフォーミングは WiFi を高速化しますか?

信号強度はビームフォーミングによって強化され、MIMO と MU-MIMO も可能になります。 これらのオプションは、データ転送速度を向上させることにより、ルーターをより高速にします。 このテクノロジーの影響は、距離スペクトルの中心で最も顕著になるため、ビームフォーミングは、Wi-Fi が非常に広大な距離をカバーできる魔法の杖ではありません。