[Wi-Fi] เมื่อ WiFi เล่นกับคลื่น จึงเกิดเป็นTransmit Beamforming (Tx Beamforming)

เมื่อ WiFi เล่นกับคลื่น จึงเกิดเป็นTransmit Beamforming (Tx Beamforming)

ในปัจจุบันนี้ อุปกรณ์ Access Point จะมีมาตรฐาน IEEE 802.11ac มากำกับ ในเรื่องของการรับส่งสัญญาณ โดยในมาตรฐาน IEEE 802.11ac นั้น เบื้องต้น จะมีหลายข้อออกมา เช่น จำนวน QAM, ความเร็วสูงสุด, คลื่นความถี่ 5 GHz และอื่น ๆ อีกมากมาย ในวันนี้ จะขอหยิบยกมาคือเรื่อง Transmit Beamforming (Tx Beamforming)


อะไรคือ Tx Beamforming ???

ทำไม ไม่เคยได้ยิน Vendor ของอุปกรณ์ WiFi กล่าวถึงกัน มันคืออะไรกันนะ

คำตอบคือ เป็นเทคนิคลูกเล่นกับคลื่น (Frequency) ที่ใช้ส่งสัญญาณของเสาอากาศ (Antenna) ที่มีตั้งแต่ 2 ต้นขึ้นไป เนื่องด้วยความคิดที่ว่า มีเสาอากาศ 2 ต้น แต่ละต้น ก็สามารถส่งคลื่นความถี่ออกไปได้ แล้วถ้าหากว่า สามารถเอาคลื่น ทั้ง 2 คลื่นนี้ มารวมพลังกันเพื่อเป็นคลื่นที่มีกำลังสูง จะได้หรือไม่ นี่แหละคือจุดเริ่มต้นของ Tx Beamforming นี่เอง

เอ้า มันเป็นยังไง การรวมคลื่น มาลองดูภาพของ คลื่นที่ส่งออกไปกัน

มีเสาอากาศ 1 ต้น ส่งคลื่นออกไปดังรูปนี้

ถ้ามีเสาอากาศ 2 ต้น ส่งคลื่นออกไป ก็จะเป็นดังรูปนี้

และถ้าหากว่า คลื่นที่ส่งออกไป มีเฟส (Phase) ที่ตรงกัน (in Phase) ก็ให้จับมารวมกันซะ

หลักการง่าย ๆ สวย ๆ หรู ๆ แต่ในความเป็นจริงหล่ะเป็นอย่างไร

รูปแสดงหลักการส่งคลื่นออกไป ด้วย เฟส ที่เท่ากันของ เสาอากาศ ทั้ง 2 ต้น

คลื่นของเสาต้นแรก ให้เป็นสีส้ม และคลื่นของเสาต้นที่สอง ให้เป็นสีน้ำเงิน
คลื่นทั้งสองส่งออกมาในเฟสที่เท่ากัน จะมีจังหวะที่คลื่นซ้อนกัน ดังรูป

ตำแหน่งเหล่านี้แหละ คือจุดที่คลื่นมีเฟสที่ตรงกัน (in Phase) ซึ่งแปลว่า จะได้รับสัญญาณที่แรงขึ้น (โดยในทางทฤษฎีคือ แรงเป็น 2 เท่า) นั่นก็แปลว่า ถ้าตำแหน่งที่ผู้ใช้งาน อยู่ในจุดดังกล่าว ก็จะสามารถใช้งานได้ดีขึ้นนั่นเอง

แต่ ช้าก่อน !!!!

ในฐานะผู้ใช้งาน แล้วจะรู้ได้ไงว่า ต้องไปนั่ง ไปยืนตรงจุดไหน  ???

เรื่องนี้ IEEE และ WiFi Alliance เค้าคิดกันไว้แล้ว ก่อนที่ Admin จะเขียนบทความนี้

วิธีการคือ Implicit Beamforming และ Explicit Beamforming
- Implicit Beamforming
      คือหน้าที่การคิดว่า จะส่งคลื่นในแต่ละเสาด้วยเฟสอะไร โยนไปให้ Access Point ทำ โดยอุปกรณ์ Access Point จะต้องทำหน้าที่ คิดคำนวนว่า Client ใช้งานอยู่ตรงไหน และทำการส่งคลื่นออกไปด้วย เสาที่อยู่ใกล้กับ Client ก่อน และให้เสาอากาศอีกต้นส่งคลื่นตามหลังไป เพื่อหวังว่า เมื่อ Client ได้รับคลื่นของเสาทั้งสองต้น จะได้รับการรวมคลื่น เพื่อให้ได้สัญญาณที่แรงขึ้น
    หลักการเหมือนจะดูดี คือแค่ Access Point สามารถทำงานแบบ Tx Beamforming ได้ ก็ได้แล้วนี่นา แต่ในความเป็นจริงแล้ว หลักการ Implicit Beamforming นี้ ไม่ Work !!! เลยแม้แต่น้อย

- Explicit Beamforming
    หลังจากความผิดหวังของการคิดค้น Implicit Beamforming ก็มาคิดใหม่ เอาหล่ะ ในเมื่อยกหน้าที่ Access Point เป็นคนคิดไม่ได้ งั้น โยนมาให้ Client บ้างหล่ะ จะเป็นไร
    หลักการคือ Client เมื่อจะใช้งาน ก็จะส่งตำแหน่งไปแจ้งแก่ Access Point ก่อน เมื่อ Access Point ได้รับทราบถึงตำแหน่งแล้ว ก็จะคิดคำนวนว่า เสาอากาศแต่ละต้น จะส่งสัญญาณออกไปด้วย เฟส อะไร เพื่อให้ Client ได้รับสัญญาณที่แรงขึ้น

Oh WOWWWW !!!!
เอาหล่ะ ขอบอกว่า Exlicit Beamforming ใช้งานได้จริงบนโลกในนี้แล้ว
แต่ .....  อะไรกันอีกหล่ะเนี่ย

Client จะต้องมีความสามารถ Explicit Beamforming และ Access Point ต้องสามารถทำ Tx Beamforming ด้วย

ที่ยากยิ่งกว่างมเข็มในทะเล คือ Client ที่ทำ Explicit Beamforming นี่แหละ ที่มันหายาก ในท้องตลาด เท่าที่เคย Search หา ก็เช่น Lenovo ThinkPad X


เกริ่นนำก่อนในเรื่องของมาตรฐาน IEEE 802.11ac ที่ว่ามานั้น อันว่า Tx Beamforming เป็นความสามารถหนึ่งที่ จะมีหรือ ไม่มีก็ได้ ..... นั่นก็เพราะว่า ทฤษฎีของการทำงานนั้นดีเยี่ยม แต่ในโลกแห่งความเป็นจริง มันยังไม่สามารถใช้งานได้จริง ๆ นั่นเอง ก็เลยไม่ได้เป็นที่นิยม และยังไม่ได้เป็นเทคโนโลยีบังคับในมาตรฐาน IEEE 802.11ac นั่นเอง

[Wi-Fi] เสาอากาศนั้น สำคัญไฉน (Antennas)

[Wi-Fi] เสาอากาศนั้น สำคัญไฉน (Antennas)

หลังจากที่บทความก่อนหน้านี้ จะได้กล่าวถึง การรับส่งสัญญาณของระบบเครือข่ายไร้สาย (Wireless LAN : WLAN) ไปค่อนข้างมากแล้ว แต่ดันลืมที่จะอธิบายถึงพื้นฐานอีกข้อหนึ่ง นั่นก็คือ ตัว เสาอากาศนั่นเอง


เนื่องด้วยการรับส่งข้อมูลแบบไร้สาย สิ่งที่สำคัญคือเรื่องของเสาอากาศ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่มีความสำคัญอย่างมาก จะสามารถเชื่อมต่อกันได้หรือไม่ ก็อยู่ที่อุปกรณ์เสาอากาศนี่แหละ ซึ่งรูปแบบของเสาอากาศนั้น บนโลกใบนี้ ตั้งแต่โบราณกาลมา และก็ยังคงใช้งานอยู่ ก็จะมีรูปแบบดังนี้

1. Parabolic Antenna
ชื่อมาสวยหรู แต่ง่าย ๆ คือ เสาอากาศที่ส่งสัญญาณที่เป็นทิศทาง เอ แล้วมันเป็นยังไงกันนะ ง่าย ๆ เลย ลองปิดตา แล้วนึกถึงจานเรดาร์ มันจะมีรูปร่าง โค้ง ๆ กลม ๆ คล้าย ๆ ถ้วย หันไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง นั่นแหละ คือเสาอากาศแบบ Parabolic Antenna
ลักษณะของสัญญาณ
 มีลักษณะการรับส่งสัญญาณ ที่เป็นทิศทางที่ชัดเจน (หันถ้วยไปทางไหน ก็ยิงสัญญาณไปทางนั้น)

ข้อดี
สัญญาณมีทิศทางที่ชัดเจน ดังนั้น ระยะทางไปได้ไกล (จานเรดาร์ สามารถรับส่งสัญญาณจากพื้นโลก ไปยัง ดาวเทียมในอวกาศได้เลย)
ไม่ส่งสัญญาณรบกวน (interference) ไปยังบริเวณอื่น ๆ ที่ไม่อยู่ในทิศทาง
ข้อเสีย
สัญญาณมีทิศทางที่ชัดเจน ดังนั้น หากไม่ได้อยู่ในทิศทางของสัญญาณ จะไม่สามารถเชื่อมต่อกันได้เลย
ดังนั้น เราก็อาจจะเคยได้เห็น การติดตั้งเสาอากาศแบบนี้ เพื่อมาแก้ไขปัญญาเฉพาะหน้ากัน

2. Omni-Directional Antenna
เสาอากาศพิมพ์นิยมของระบบเครือข่ายไร้สายในโลกปัจจุบัน จากเสาอากาศแบบ Parabolic ซึ่งส่งสัญญาณเป็นทิศทาง แต่ถ้าเป็นการใช้งานระบบเครือข่ายไร้สายในปัจจุบันนี้ ไม่ได้ใช้งานอยู่ในบริเวณแคบ ๆ รวมถึงการเคลื่อนที่ไป ๆ มา ๆ ของผู้ใช้งาน ดังนั้น หากจะไปล๊อคว่า ให้ใช้งานได้แค่ตรงจุดนี้เท่านั้น ก็คงจะเป็นไปไม่ได้ เสาอากาศแบบ Omni-Directional Antenna จึงได้มาช่วยตอบโจทย์นี้ โดยตัวเสาอากาศจะสามารถกระจายสัญญาณไปรอบ ๆ เสาอากาศได้ 360 องศาเลยทีเดียว ดังนั้น ไม่ว่าจะอยู่ข้างหน้า ข้างซ้าย ข้างขวา ข้างหลัง ก็จะสามารถใช้งานได้

ลักษณะของสัญญาณ
เป็นลักษณะแบบโดนัท คือ ถ้ามองมุมบน (top view) จะเป็นวงกลม แต่มองด้านข้าง (side view) จะเป็นคล้าย ๆ เลขแปด

ข้อดี
สามารถรับส่งสัญญาณได้รอบด้าน ดังนั้นสามารถกระจายสัญญาณได้ครอบคลุม
ข้อเสีย
เรื่องของระยะสัญญาณ จะมีผลต่อความเข้มของสัญญาณ ถ้าผู้ใช้งาน อยู่ใกล้ ก็จะได้รับสัญญาณจากเสาอากาศที่แรง ในทางกลับกัน ถ้าอยู่ระยะไกล ก็จะได้สัญญาณอ่อนลงไปเรื่อย ๆ
ลักษณะสัญญาณเป็นทรงกลม ดังนั้น ในการออกแบบจุดติดตั้ง ถ้าต้องการให้ได้พื้นที่ครอบคลุม (Coverage Area) จำเป็นจะต้องออกแบบให้มีบางจุดที่เหลื่อมล้ำกันอยู่ ซึ่งจุดที่มีการเหลื่อมล้ำของสัญญาณ จะเกิดสัญญาณรบกวนขึ้น ถ้าไปใช้งานในบริเวณดังกล่าว อาจจะมีปัญหาในการใช้งานได้

3. Hybrid Antenna
คือการนำเอาข้อดี ของเสาอากาศทั้ง 2 แบบมาประยุกต์ใช้ร่วมกัน ในยุคเริ่มแรก ก็คือ การจับเอา Parabolic Antenna มาทำให้สามารถเปลี่ยนทิศทางได้ อ่ะ ตัวอย่างง่าย ๆ คือ สมัยก่อน (ไม่แน่ใจตอนนี้ยังมีอยู่มั๊ย) คือ เสาเรดาร์ตามสนามบิน

ซึ่งอาศัยว่า ที่ฐานหมุนได้ เพื่อให้สัญญาณกวาดเป็นวงกลมไปรอบ ๆ ซึ่งก็สามารถส่งสัญญาณได้ไกล และรอบ ๆ ตัว แต่ว่า จังหวะที่สัญญาณหลุดไปก็มี
(แต่เอิ่ม เอาของแบบนี้มาใช้ในระบบ WLAN คงจะไม่เหมาะ)

แนวคิดนั้น ยังไม่จบ เมื่อมีบริษัทที่ทำอุปกรณ์ Access Point ได้เอาแนวคิดนี้ มาใส่ไว้ในอุปกรณ์ Access Point นั่นคือ ยี่ห้อ Ruckus Wireless

https://www.ruckuswireless.com/

ซึ่งได้นำเอาแนวคิดที่ว่า ต้องกระจายสัญญาณได้รอบตัวแบบ Omni-Direction Antenna และต้องสามารถส่งสัญญาณแบบทิศทางแบบ Parabolic Antenna เพื่อให้ได้ระยะทางการรับส่งที่ไกล และสัญญาณที่แรง

อื้ม เข้าท่า ๆ แต่เนื่องจากทาง Ruckus Wireless ได้จดสิทธิบัตรไว้ ทำให้ยี่ห้ออื่นๆ ไม่สามารถทำตามได้นั่นเอง