Beamforming là gì? Beamforming là kỹ thuật xử lý tín hiệu sử dụng nhiều phần tử anten để điều chỉnh cách tín hiệu vô tuyến được phát hoặc thu theo không gian. Trong mạng WiFi, Beamforming giúp Access Point tập trung năng lượng RF hiệu quả hơn về phía thiết bị đang kết nối, qua đó cải thiện chất lượng tín hiệu, tốc độ truyền và độ ổn định của đường truyền.
Beamforming là gì và hoạt động như thế nào?
Trong WiFi, Beamforming thường được nhắc đến dưới dạng Transmit Beamforming – TxBF. Thay vì để tín hiệu từ nhiều anten kết hợp một cách ngẫu nhiên, hệ thống chủ động điều chỉnh chúng để tạo điều kiện thu tín hiệu tốt hơn tại thiết bị đích.
Nguyên lý hoạt động của Beamforming
Một router hoặc Access Point có nhiều chuỗi phát có thể truyền tín hiệu qua nhiều anten cùng lúc.
Các tín hiệu vô tuyến này không đến thiết bị theo cùng một đường. Chúng có thể phản xạ qua tường, trần và nhiều vật thể khác nhau trước khi tới máy thu.
Beamforming tận dụng đặc điểm đó.
AP điều chỉnh pha và trọng số tín hiệu trên các anten. Mục tiêu là làm cho các thành phần tín hiệu kết hợp thuận lợi hơn tại phía thiết bị nhận.
Cisco mô tả Transmit Beamforming là kỹ thuật tận dụng hiện tượng giao thoa tăng cường và triệt tiêu của các đường truyền đa đường để cải thiện tín hiệu tại client.
Có thể hình dung đơn giản:
AP nhiều anten → đánh giá kênh truyền → tính toán trọng số anten → điều chỉnh tín hiệu → client nhận tín hiệu tốt hơn
Vì vậy, nói Beamforming chỉ đơn giản là “chĩa anten vào thiết bị” chưa thật sự chính xác.
Explicit Beamforming là gì?
Explicit Beamforming sử dụng phản hồi từ thiết bị đầu cuối để AP đánh giá trạng thái kênh truyền.
AP gửi các tín hiệu sounding đã biết. Client đo kênh và gửi thông tin phản hồi về AP. Router sau đó sử dụng dữ liệu này để tính toán cách phát tối ưu qua nhiều anten.
IEEE 802.11ac, tức WiFi 5, đã chuẩn hóa explicit beamforming nhằm tăng khả năng tương thích giữa AP và client của nhiều nhà sản xuất.
Trên Beamforming WiFi 6, cơ chế explicit beamforming tiếp tục sử dụng channel sounding. Aruba mô tả AP gửi Null Data Packet để thu thập thông tin cần thiết và tính antenna weights cho từng người dùng.
Implicit Beamforming là gì?
Implicit Beamforming không yêu cầu client phải trực tiếp hỗ trợ cơ chế phản hồi Beamforming tiêu chuẩn.
Router tự ước lượng đặc tính đường truyền dựa trên tín hiệu trao đổi với thiết bị rồi điều chỉnh việc phát.
Theo NETGEAR, implicit beamforming có thể hỗ trợ cả một số thiết bị WiFi cũ không có explicit beamforming. Tuy nhiên, đây phụ thuộc vào cách từng nhà sản xuất triển khai.
Beamforming cải thiện mạng WiFi như thế nào?
Mục tiêu chính của công nghệ Beamforming không phải tăng công suất phát vượt giới hạn của router. Nó giúp sử dụng năng lượng phát và hệ thống anten hiệu quả hơn đối với từng đường truyền.
Cải thiện SNR và chất lượng tín hiệu
Một trong những lợi ích quan trọng nhất là cải thiện Signal-to-Noise Ratio – SNR tại thiết bị nhận.
Khi các tín hiệu từ nhiều anten được kết hợp thuận lợi hơn, client có thể nhận được tín hiệu hữu ích tốt hơn so với nhiễu nền.
SNR tốt hơn tạo điều kiện để hệ thống sử dụng tốc độ điều chế cao hơn và giảm khả năng phải truyền lại gói dữ liệu.
Cisco cho biết Beamforming có thể góp phần mang lại nhiều dữ liệu hơn, độ trễ thấp hơn và ít lần truyền lại hơn trong điều kiện phù hợp.
Cải thiện tốc độ và độ ổn định
Beamforming không trực tiếp làm tăng tốc độ gói Internet.
Nếu đường truyền Internet chỉ có 100 Mbps, bật Beamforming không biến đường truyền đó thành 500 Mbps.
Lợi ích nằm ở liên kết WiFi giữa AP và thiết bị.
Khi chất lượng RF tốt hơn, client có thể duy trì tốc độ PHY cao hơn trong nhiều điều kiện. NETGEAR mô tả explicit beamforming có thể cải thiện khả năng thu, phạm vi hoạt động và throughput của kết nối không dây.
Điều này hữu ích với Smart TV, laptop, máy chơi game và các thiết bị thường xuyên truyền lượng dữ liệu lớn.
Beamforming có làm WiFi phủ xa hơn không?
Beamforming có thể giúp một thiết bị duy trì liên kết tốt hơn ở một số vị trí xa AP.
Tuy nhiên, không nên hiểu nó như bộ kích sóng.
Beamforming không thay thế việc bố trí Access Point hợp lý, WiFi Mesh hoặc bổ sung AP khi diện tích quá lớn.
Hiệu quả thực tế còn phụ thuộc vào số anten, thiết kế radio, khả năng của client, vật cản và môi trường RF.
Beamforming và MU-MIMO khác nhau thế nào?
Beamforming và MU-MIMO thường hoạt động cùng nhau nhưng giải quyết hai vấn đề khác nhau.
Beamforming tập trung vào cách tối ưu tín hiệu theo không gian về phía client.
MU-MIMO cho phép AP sử dụng nhiều spatial stream để phục vụ nhiều thiết bị đồng thời trong những điều kiện phù hợp.
Cisco mô tả các anten bổ sung cùng Beamforming có thể hỗ trợ việc củng cố các luồng tín hiệu riêng cho những client khác nhau trong MU-MIMO.
Có thể hiểu ngắn gọn:
Beamforming tối ưu hướng truyền tín hiệu; MU-MIMO tối ưu việc phục vụ nhiều thiết bị bằng nhiều spatial stream.
Ưu và nhược điểm của công nghệ Beamforming
Beamforming mang lại lợi ích rõ nhất khi AP có nhiều anten và client hỗ trợ các cơ chế Beamforming tiêu chuẩn. Tuy nhiên, mức cải thiện không cố định trong mọi môi trường.
Ưu điểm của Beamforming
Tín hiệu đến client tốt hơn. Việc điều chỉnh tín hiệu giữa nhiều anten có thể tăng chất lượng đường truyền và SNR tại thiết bị đích.
Duy trì throughput tốt hơn. Client có điều kiện sử dụng tốc độ truyền cao hơn khi chất lượng RF được cải thiện. Explicit Beamforming được NETGEAR mô tả là có khả năng cải thiện reception, range và throughput.
Giảm truyền lại dữ liệu. Kết nối tốt hơn có thể làm giảm packet retry, từ đó giải phóng airtime cho những thiết bị khác. Cisco ghi nhận Beamforming có thể giúp giảm retry trong các hệ thống WiFi được triển khai phù hợp.
Hữu ích với mạng nhiều anten. Beamforming tận dụng tốt hệ thống MIMO của router và Access Point hiện đại.
Hoạt động tự động. Trong phần lớn router gia đình và Access Point doanh nghiệp, người dùng không phải tự xoay anten hoặc thiết lập hướng phát cho từng thiết bị.
Nhược điểm và giới hạn
Hiệu quả phụ thuộc client. Với explicit beamforming, cả AP và client cần hỗ trợ cơ chế tương thích để khai thác đầy đủ lợi ích.
Không thể loại bỏ vật cản. Tường bê tông, kim loại, khoảng cách và nhiễu RF vẫn gây suy hao. Beamforming chỉ tối ưu đường truyền trong những điều kiện vật lý hiện có.
Không thay thế thiết kế WiFi. Nếu AP đặt sai vị trí hoặc khu vực nằm ngoài vùng phủ, Beamforming không thể tự giải quyết toàn bộ vấn đề.
Mức cải thiện không cố định. Client ở gần AP và vốn đã có tín hiệu rất mạnh có thể gần như không nhận thấy khác biệt.
Implicit Beamforming phụ thuộc nhà sản xuất. Khả năng hoạt động với thiết bị cũ và mức cải thiện thực tế có thể khác giữa từng router.
Khi nào nên sử dụng Beamforming?
Beamforming đặc biệt có giá trị trên router và Access Point nhiều anten, nhất là mạng sử dụng WiFi 5, WiFi 6 hoặc các thế hệ mới hơn. Trong đa số trường hợp, nếu thiết bị hỗ trợ chuẩn Beamforming, nên để tính năng hoạt động theo cấu hình mặc định của nhà sản xuất.
Khi sử dụng WiFi 5 hoặc WiFi 6
Explicit Beamforming đã được chuẩn hóa trong 802.11ac và tiếp tục được sử dụng trên WiFi 6.
Do đó, khi mua Beamforming router, nên kiểm tra cả chuẩn WiFi và khả năng của thiết bị đầu cuối.
Laptop hoặc smartphone quá cũ có thể không tận dụng được đầy đủ explicit beamforming.
Khi thiết bị nằm cách AP một khoảng tương đối
Beamforming có xu hướng hữu ích hơn khi tín hiệu bắt đầu suy giảm nhưng thiết bị vẫn nằm trong vùng phục vụ của AP.
Ví dụ, Smart TV nằm ở phòng bên cạnh, laptop cách Access Point vài phòng hoặc thiết bị được sử dụng tại mép vùng phủ.
Nếu thiết bị ở ngay cạnh router và RSSI đã rất tốt, mức cải thiện thường khó nhận thấy.
Khi mạng có nhiều thiết bị
Trong hệ thống WiFi hiện đại, Beamforming kết hợp với MIMO, MU-MIMO và OFDMA giúp AP sử dụng tài nguyên vô tuyến hiệu quả hơn.
Tuy nhiên, mỗi công nghệ đảm nhiệm một chức năng riêng. Beamforming không thể thay thế MU-MIMO hoặc OFDMA.
Có nên bật Beamforming trên router không?
Nếu router có explicit beamforming, thông thường nên để tính năng này hoạt động.
Aruba khuyến nghị giữ Transmit Beamforming trên WiFi 6 ở trạng thái bật để đạt hiệu năng tối ưu.
Với implicit beamforming, có thể giữ cấu hình mặc định. Nếu một thiết bị cũ gặp lỗi tương thích hoặc tốc độ bất thường, người dùng có thể thử tắt riêng chức năng implicit để kiểm tra.
Quan trọng hơn, Beamforming chỉ là một phần của hệ thống WiFi. Muốn mạng ổn định vẫn cần bố trí AP đúng vị trí, lựa chọn kênh phù hợp và bảo đảm vùng phủ đủ tốt.
Kết luận
Beamforming là gì có thể hiểu là kỹ thuật điều chỉnh tín hiệu giữa nhiều anten để tối ưu việc truyền hoặc thu theo một hướng không gian mong muốn. Trong WiFi, Beamforming giúp cải thiện SNR, throughput và độ ổn định của client. Tuy nhiên, hiệu quả còn phụ thuộc AP, thiết bị đầu cuối và môi trường RF, nên không thể thay thế thiết kế vùng phủ WiFi đúng cách.
Để lại một bình luận