Beamforming – что это в роутере?

ВОПРОС! Всем привет. Скажите, пожалуйста, а что такое Beamforming? На роутере наклеена подобная надпись, но не понимаю, что это.

БЫСТРЫЙ ОТВЕТ! Технология Beamforming (от англ. яз. «Beam» – луч, «Forming» – формирование) – это формирование направленного луча радиосигнала по Wi-Fi. Если говорить грубо, то роутер примерно понимает, где находится ваш ноутбук, телефон, планшет или телевизор, и подстраивает передачу так, чтобы в сторону этого устройства сигнал приходил лучше. Это не значит, что роутер создает настоящий узкий луч, как фонарик. Антенны все равно излучают радиоволны в разные стороны, но за счет нескольких антенн и фазового сдвига сигнал в нужной зоне усиливается. А как мы знаем, чем стабильнее сигнал и меньше помех, тем выше реальная скорость обмена данными. Данная технология в совместимом и нормальном для разных производителей виде активно закрепилась в Wi-Fi 5, он же 802.11ac. А теперь более подробно про саму технологию ниже в статье.

Хотите узнать все тайны Wi-Fi, то идем сюда.

Как работает технология?

Начнем с того, что сама технология впервые появилась еще в стандарте 802.11n, но была проблема в том, что каждый производитель своего оборудования по-своему ее реализовывал с разными алгоритмами. И как итог – она могла нормально работать только между устройствами одного производителя или вообще давала нестабильный результат. Уже с выходом 802.11ac данная технология стала понятнее и совместимее, потому что появился единый механизм явного формирования луча с обратной связью от клиента. Даже сейчас стандарт 802.11n еще остается достаточно популярным, но вот TX Beamforming на нем работает только в очень редких случаях и обычно зависит от конкретного роутера, адаптера и прошивки.

Простыми словами: надпись «Beamforming» на коробке роутера не гарантирует, что у вас в любой точке квартиры сразу станет идеальный Wi-Fi. Технология помогает именно тогда, когда у роутера есть несколько антенн, клиентское устройство умеет корректно работать с этой функцией, а сигнал не задавлен бетонными стенами, соседними сетями и бытовыми помехами. Например, если телефон находится в соседней комнате и еще видит сеть нормально, Beamforming может сделать связь стабильнее. Но если устройство почти не ловит Wi-Fi за двумя толстыми стенами, одна эта функция проблему не решит.

Beamforming стал возможным только после появления другой технологии – MIMO. MIMO позволяет использовать несколько антенн и несколько пространственных потоков для передачи данных. Важно не путать: MIMO само по себе не всегда означает одновременную передачу сразу на несколько устройств. В старом варианте SU-MIMO роутер работает с одним клиентом за раз, но может использовать несколько потоков для этого одного клиента. А уже MU-MIMO позволяет роутеру обслуживать несколько совместимых клиентов параллельно.

MIMO позволяет создавать несколько потоков и по ним передавать данные. Есть два вида MIMO:

• SU-MIMO – когда данные в несколько потоков передаются на одно устройство.
• MU-MIMO – когда роутер может работать сразу с несколькими клиентами, если это поддерживают и роутер, и сами устройства.

В скором времени вы поймете, почему я начал именно с этого. Технология MIMO возможна только при наличии у роутера сразу нескольких антенн или нескольких внутренних радиотрактов. На корпусе это не всегда видно: у некоторых роутеров антенны спрятаны внутри, но MIMO все равно есть. Схемы вроде 2×2, 3×3, 4×4 и 8×8 показывают количество пространственных потоков, а не простое правило «одна антенна – одно устройство». Например, 2×2 обычно означает два потока на прием и два потока на передачу.

У MU-MIMO есть схемы:

• 2×2
• 3×3
• 4×4
• 8×8

Если у роутера схема 3×3, это значит, что он может работать с тремя пространственными потоками. Но это не означает, что он гарантированно будет одновременно раздавать интернет ровно трем устройствам на максимальной скорости. Реальная работа зависит от стандарта Wi-Fi, диапазона, ширины канала, количества антенн у клиентов и качества сигнала. Например, обычный смартфон часто поддерживает 1×1 или 2×2, поэтому он физически не сможет использовать все потоки мощного роутера.

Полезно знать: Beamforming, MIMO и MU-MIMO часто пишут рядом в характеристиках роутера, но это разные вещи. MIMO отвечает за несколько пространственных потоков, MU-MIMO – за работу с несколькими клиентами, а Beamforming – за более удачное направление передачи в сторону конкретного устройства. Если хотите отдельно разобраться именно с многопользовательским MIMO, у нас есть подробная статья про MU-MIMO. Это поможет не путаться в надписях на коробке роутера.

Transmit Beamforming использует сразу несколько антенн для того, чтобы понять примерное расположение устройства в пространстве и подстроить передачу под этот канал. На самом деле каждая антенна транслирует радиосигнал не строго в одну точку, а по своей диаграмме направленности. И тут встает вопрос – как можно усилить и улучшить сигнал в конкретном месте, там, где находится телефон, планшет или ноутбук?

На помощь нам приходит физика и понятие интерференции. Интерференция – это когда при наложении двух волн в одном месте идет усиление колебания и сигнал становится лучше, а в другом месте колебания становятся слабее и сигнал ухудшается.

Давайте посмотрим на примере. У нас есть роутер с двумя антеннами. Каждая антенна начинает испускать радиоволны. И есть два клиента. Пассивный клиент – это тот, который ждет своей очереди, то есть в данный момент времени информация на него не передается, и он ничего не принимает.

Активный клиент – это тот клиент, который принимает данные от роутера в данный момент времени. Beamforming работает таким образом:

• Обе антенны задают базовые колебания волны.
• При помощи сдвига фазы обе антенны подстраивают сигнал так, чтобы он был сильнее в месте, где находится клиентское устройство.

На картинке выше активен 1-ый клиент, и антенны подстраивают радиоволны таким образом, чтобы в месте, где находится устройство, было более удачное наложение двух волн, исходящих от двух антенн.

Потом второе устройство становится активным (смотрим на картинку ниже). И антенны адаптируют фазы для усиления сигнала в месте нахождения этого устройства.

Но не забываем, что не один роутер участвует в анализе расположения клиентских устройств. Сам клиент тоже является важным звеном нашей задачи. Получается такая схема:

1. Роутер отправляет специальный служебный кадр для проверки канала. В Wi-Fi это называется sounding, а сам пакет часто называют Null Data Packet (NDP).
2. Перед этим может отправляться служебное объявление NDP Announcement, чтобы клиент понимал, что дальше идет проверка канала.
3. Устройство записывает параметры приема радиоволны: силу сигнала, фазу, качество канала и другие технические данные.
4. Для каждого используемого канала идет своя запись данных, так как у всех каналов частоты немного отличаются. А как мы помним, волны с разной частотой по-разному распространяются в определенной среде.
5. Клиент отправляет обратно не просто «лист с координатами», а сжатый отчет о состоянии канала. В технических материалах рядом с этим часто встречаются понятия Channel State Information (CSI) и compressed beamforming feedback.
6. Роутер на основе этих данных высчитывает, как лучше передавать сигнал, и уже начинает транслировать радиоволны таким образом, чтобы в месте клиентского устройства прием был лучше.

Но это мы рассмотрели схему, при которой оба устройства поддерживают Beamforming и клиент честно отправляет роутеру отчет о состоянии канала. В таком случае считается, что луч формируется явно – explicit Beamforming, или eBF. Если же клиентское устройство не поддерживает такую обратную связь, маршрутизатор может пытаться примерно оценивать канал по косвенным признакам. Это уже неявное формирование луча – implicit Beamforming, или iBF.

Важный момент: explicit и implicit Beamforming часто путают. Explicit – это когда клиент участвует в процессе и отправляет роутеру нормальную обратную связь по каналу. Implicit – это когда роутер пытается сам догадаться о состоянии канала без полноценного отчета от клиента. В современных Wi-Fi 5, Wi-Fi 6 и более новых сетях основной смысл имеет именно явный вариант, потому что он стандартизирован и предсказуемее работает между устройствами разных производителей.

1. Точка доступа оценивает, с какой скоростью и с какими параметрами можно отправлять данные клиенту.
2. Клиент отвечает роутеру через обычный обмен служебными кадрами и показывает, насколько успешно принимает данные.
3. Маршрутизатор начинает менять параметры передачи, в том числе фазовый сдвиг на антеннах. Как мы помним, интерференция может усилить или ослабить сигнал в нужной точке.
4. Если клиент стабильно принимает данные, роутер может удерживать или повышать скорость. Если качество ухудшается, роутер ищет другие параметры.
5. Так продолжается до тех пор, пока не будет найден достаточно стабильный вариант передачи для текущих условий.

Так работает неявное формирование луча (implicit Beamforming, iBF). В интернете можно встретить огромное множество комментариев по поводу того, что данная технология является просто маркетинговым ходом. Тут правда где-то посередине. В хороших условиях Beamforming действительно может увеличить стабильность связи и реальную скорость передачи данных, особенно на 5 ГГц и 6 ГГц. Но ждать чуда не стоит: если роутер стоит в шкафу, вокруг бетонные стены, а эфир забит соседскими сетями, прирост может быть небольшим.

Beamforming в теории может снижать влияние помех, в том числе за счет более удачного распределения энергии сигнала и уменьшения передачи в ненужные стороны. Но он не «глушит» соседские роутеры и не очищает эфир магическим образом. В многоквартирных домах результат будет лучше, если вместе с Beamforming правильно выбрать место для роутера, диапазон, ширину канала и менее загруженный Wi-Fi канал.

Где Beamforming реально помогает?

Лучше всего Beamforming заметен там, где сигнал уже есть, но он не идеальный. Например, ноутбук стоит в дальней комнате, скорость то падает, то поднимается, а видео иногда подгружается. В такой ситуации роутер с нормальной поддержкой Beamforming может сделать соединение стабильнее. Особенно это касается диапазона 5 ГГц, где скорость выше, но сигнал хуже проходит через стены.

Если клиент находится совсем рядом с роутером, разницу можно вообще не заметить. Там сигнал и так сильный, поэтому технологии нечего «спасать». Если клиент находится слишком далеко и сеть уже еле видна, Beamforming тоже может не помочь. В такой ситуации лучше переносить роутер ближе, ставить Mesh-систему, точку доступа или тянуть кабель.

Не покупайте роутер только из-за одной надписи «Beamforming». Смотрите на весь набор характеристик: стандарт Wi-Fi, количество потоков, поддержку 5 ГГц или 6 ГГц, гигабитные порты, мощность железа, качество прошивки и реальные отзывы. Дешевый роутер с красивой надписью может работать хуже, чем более простая, но удачная модель без агрессивного маркетинга. Для квартиры важнее правильное расположение роутера и чистый канал, чем одна отдельная технология.

Нужно ли включать Beamforming в настройках роутера?

На большинстве современных роутеров Beamforming уже включен по умолчанию. Если в настройках есть отдельный пункт «Beamforming», «Tx Beamforming», «Explicit Beamforming» или «Implicit Beamforming», обычно его можно оставить включенным. Особенно это касается явного Beamforming, который работает по стандартной схеме с поддерживаемыми устройствами.

Если после включения функции у старых устройств появляются обрывы, низкая скорость или проблемы с подключением, можно попробовать временно отключить именно implicit Beamforming. Старые клиенты иногда плохо реагируют на нестандартные попытки роутера улучшить сигнал. После изменения настройки желательно перезагрузить роутер и заново проверить скорость в одной и той же точке квартиры.

Примерная проверка простая:

• Подключитесь к Wi-Fi в проблемной комнате.
• Проверьте скорость и стабильность соединения.
• Включите или отключите Beamforming в настройках роутера.
• Перезагрузите роутер, если он попросит это сделать.
• Снова проверьте скорость в той же точке и на том же устройстве.

Если разницы нет, оставьте настройку в стандартном положении. Если стало хуже – верните как было. Если стало лучше – можно оставить включенной.

Как улучшить Wi-Fi вместе с Beamforming?

Beamforming – это только одна часть нормальной Wi-Fi сети. Если вы хотите получить максимальную пользу, сначала поставьте роутер правильно. Лучше всего – ближе к центру квартиры, не на полу, не в металлическом шкафу и не за телевизором. Антенны не нужно направлять все в одну сторону: обычно лучше оставить их в разных положениях, чтобы покрытие было ровнее.

На 2,4 ГГц чаще бывают помехи от соседей, Bluetooth-устройств, умной техники и другой электроники. На 5 ГГц скорость обычно выше, но радиус покрытия меньше. Поэтому для телефонов, ноутбуков и телевизоров рядом с роутером лучше использовать 5 ГГц, а для дальних комнат иногда стабильнее будет 2,4 ГГц. Если роутер поддерживает Wi-Fi 6, то дополнительно помогают OFDMA, улучшенный MU-MIMO, BSS Coloring и другие технологии, но они тоже требуют поддержки со стороны клиентских устройств.

Напомню, что активно данная технология используется в Wi-Fi 6-го поколения – про него можете подробно почитать тут. Также если вы хотите углубиться и понять тему более детально, то советую почитать дополнительные материалы:

• Что такое роутер
• Статья про Wi-Fi каналы и для чего они нужны
• Ширина канала
• Про частоты Wi-Fi (2,4 и 5 ГГц)

FAQ – частые вопросы

Beamforming увеличивает скорость интернета?

Он может увеличить реальную скорость по Wi-Fi, но не увеличивает скорость тарифа у провайдера. Если у вас тариф 100 Мбит/с, Beamforming не сделает из него 500 Мбит/с. Зато он может помочь устройству стабильнее получать эти 100 Мбит/с в сложной точке квартиры.

 

Beamforming работает на 2,4 ГГц?

Может работать, если это поддерживает роутер и клиентское устройство. Но на практике заметнее он обычно на 5 ГГц и 6 ГГц, потому что там выше скорости и сильнее влияние расстояния, стен и качества радиоканала. На 2,4 ГГц эфир часто забит соседними сетями, поэтому результат может быть скромнее.

 

Нужен ли Beamforming для смартфона?

Да, если смартфон поддерживает современные стандарты Wi-Fi и находится не вплотную к роутеру. Например, в соседней комнате технология может помочь удерживать более стабильную скорость. Но если телефон старый и поддерживает только базовый Wi-Fi, часть возможностей роутера он просто не использует.

 

Почему в настройках есть Explicit и Implicit Beamforming?

Explicit Beamforming работает с нормальной обратной связью от клиента и обычно является более правильным вариантом. Implicit Beamforming пытается улучшить сигнал без полноценного отчета от устройства. Если у вас новые устройства, можно оставить оба пункта включенными. Если есть проблемы со старыми ноутбуками, приставками или телевизорами, попробуйте отключить implicit Beamforming.

 

Beamforming заменяет Mesh или репитер?

Нет. Beamforming улучшает передачу в пределах возможностей одного роутера, но не расширяет сеть так же, как Mesh-система или дополнительная точка доступа. Если в дальней комнате Wi-Fi почти не ловится, лучше ставить Mesh, подключать вторую точку по кабелю или менять расположение роутера.

 

Стоит ли включать Beamforming, если все работает нормально?

Да, обычно можно оставить включенным. Эта функция не требует действий от пользователя и в нормальной реализации работает автоматически. Но если после включения начались странные обрывы на старых устройствах, лучше вернуть настройку назад и проверить работу сети без нее.

Видео

YouTube