Роберт Пера. Эволюция Ubiquiti AirMax.

В давние времена мне пришлось работать над задачей по замене устаревшей версии WiFi модуля с поддержкой ревизии 802.11 b на более новый, с модулем SuperRange2 802.11g от Ubiquiti. В целом опыт использования новых модулей SuperRange2 802.11g был положительный, однако после данного апгрейда вместо улучшения пользователь ощутил значительное ухудшение реальной эффективности соединения. Первая мысль была, что все дело в неисправном экземпляре устройства, и я отправил другой WiFi модуль, однако, на результаты работы это никак не повлияло. Дальнейшие попытки модернизации для улучшения производительности так же оказались бесплодными.

Одновременно с работой над новыми WiFi модулями я приобрел образец старой платы 802.11b, которая была основана на довольно известном в те времена чипсете Prism 2.5 от компании Intersil. Несмотря, на то, что стандарты, которые поддерживала данная WiFi карта были более старыми, ее радиомодуль оказался оснащен великолепным приемником с очень качественными фильтрами, которые обеспечивали прекрасную избирательность. Как это было возможно? Казалось бы, новые радиомодули Super Range (Atheros 802.11a / b / g) должны были превосходить устаревшее оборудование во всех отношениях. Однако, после детального анализа схемы  Intersil Prism стала ясна причина ее превосходства.

Радиомодуль Intersil  был построен по схеме супергетеродинного приемника, основанного на принципе преобразования сигнала в промежуточную частоту с ее последующей фильтрацией при помощи отдельного дискретного фильтра, тогда как Atheros использовал лишь интегрированный чипсет CMOS, без каких бы то ни было промежуточных ступеней фильтрации.

В чем заключается разница между двумя типами радиомодулей? Дело в том, что возможность качественной фильтрации сигнала во многом зависит от двух вещей.
1 Относительная ширина полос расфильтровки.
Осуществлять фильтрацию канала шириной 1 мгц при несущей 1 ггц ( 0.1 процента относительной ширины) намного сложнее, чем организовать фильтрацию 10-мегагерцового канала на частотах 100 мгц ( 10 процентов ширины полосы пропускания).

2 Схемы фильтрации
Дискретный специализированный фильтр практически всегда работает намного лучше интегрированных в микрочип решений. В радиомодуле Prism, за счет преобразования на более низкие частоты (384 мгц) значительно повысилась относительная ширина полосы расфильтровки, а благодаря использованию высококлассного фильтра на поверхностных акустических волнах (ПАВ фильтр) была достигнута невероятно высокая эффективность.

Для сравнения, в решении от Atheros не было ни того ни другого, и потому его можно было использовать в помещении, но о наружном применении не приходилось даже говорить, модуль от Intersil Prism обеспечивал приемлемые скорости, в тех условиях зашумленности, где Atheros был не в состоянии банально установить соединение.

Фильтрация частот
Подобная схема была положена в основу того, что мы сегодня на нашем жаргоне называем «призмой» - технологии фильтрации радиосигнала Ubiquiti Prisme. Мы хотели совместить современные скорости новейших чипсетов WiFi с качеством фильтрации радиосигнала, которую обеспечивали оригинальные радиомодули от Intersil Prism. То, что мы в итоге разработали и запатентовали может показаться нелогичным для большинства. По сути, мы поставили отдельный фильтр на традиционный WiFi модуль. Как это помогает улучшить прием? Иллюстрация ниже поможет понять принцип ее работы.

Наша технология Prisme получает сигнал в нелицензируемых частоных диапазонах 2.4 или 5 ггц, а затем преобразует его на промежуточную частоту, применяя специализированную высокоизбирательную схему фильтрации, после чего уже очищенный от помех сигнал поступает к WiFi модулю. Улучшение избирательности приема достигает 30 db. Иными словами технология Prisme обеспечивает снижение помех и шума до 1000 раз.

Улучшение радиоизоляции.
Схема рупорных антенн известна уже довольно давно, но лишь в последнее время они стали активно использоваться в WISP системах. Сначала наибольшее значение для провайдеров и пользователей играл коэффициент усиления, который лучше всего обеспечивали традиционные направленные антенны параболического типа, а так же секторные излучатели для покрытия определенных зон.

Однако сегодня, с взрывным распространением WiFi оборудования, когда его плотность все возрастает – особенно в крупных городах, на первых план выходит такие качества, как обеспечение хорошей радиоизоляции и уменьшение паразитных засветок в диаграмме направленности. И рупорные антенны здесь вне конкуренции. Наша задача состояла в том, чтобы совместить коэффициент усиления классических направленных антенн с радиоизоляцией рупорных. Как решение этой задачи появились наши ассиметричные рупоры, с возможностью изменять угол излучения.

Оптимизация протокола
Стандарт WiFi 802.11 использует так называемый «коллизионный доступ» по стандарту csma/ca. Принцип работы данной технологии заключается в том, что все клиентские устройства прослушивают радиоэфир, и начинают трансляцию данных базовой станции лишь тогда, когда все остальные устройства «молчат». Но подобная схема может работать только в случае, когда все оборудование находится в зоне приема друг друга. При несоблюдении этого условия сразу несколько клиентских устройств одновременно будут пытаться транслировать информацию, вызывая сбои и парализуя работу базовой станции.

Для решения этой проблемы мы разработали специальный протокол AirMax, использующий схему TDMA поллинга, и в течении многих лет доводили его до совершенства. Протокол использует жесткий арбитраж со стороны базовой станции по отношению ко всему клиентскому оборудованию, с выделением каждому устройству персонального тайм-слота для отправки данных.

Однако, оставалась не решенной еще одна проблема, заключающаяся во взаимодействии клиентов в случае нахождения в зоне приема сразу нескольких базовых станций. Решение потребовало создания системы глобальной GPS синхронизации, которая используется нашим новейшим оборудованием, включая серию  PrismStation. На практике это означает, что несколько базовых станций могут беспрепятственно работать даже на одно радиовышке, используя одну полосу частот. Возможна даже синхронизация между устройствам совершенно разных линеек – таких как AirMax и AirFiber.

Мы считаем, что итогом сочетания этих трех направлений совершенствования различных систем точек доступа – фильтрации, радиоизоляции и оптимизации протокола станет новый этап развития высокопроизводительных сетей AirMax по всему миру. Мы действительно гордимся этим продуктом, и надеемся, что AirMax станет надежным инструментом в руках операторов связи, который позволит создавать эффективные беспроводные сети даже в условиях все возрастающего количества точек доступа в нелицензируемых частотных диапазонах.