Beoordelingen van routers met mu mimo-technologie. MIMO-gegevensoverdrachttechnologie in draadloze wifi-netwerken

9 april 2014

Op een gegeven moment ging de IR-verbinding op de een of andere manier stil en onmerkbaar weg, en toen stopten ze met het gebruik van Bluetooth voor gegevensuitwisseling. En nu is het de beurt aan wifi...

Er is een multi-user systeem met meerdere in- en uitgangen ontwikkeld, waardoor het netwerk met meer dan één computer tegelijk kan communiceren. De makers beweren dat bij gebruik van hetzelfde bereik van radiogolven dat is toegewezen voor wifi, de wisselkoers kan worden verdrievoudigd.

Qualcomm Atheros heeft een multi-user, multiple-in/out (MU-MIMO) systeem ontwikkeld waarmee een netwerk met meer dan één computer tegelijk kan communiceren. Het bedrijf is van plan de technologie de komende maanden te demonstreren voordat het begin volgend jaar naar klanten wordt verzonden.

Om deze hoge snelheid te krijgen, moeten gebruikers echter zowel hun computers als netwerkrouters upgraden.

Met het wifi-protocol worden clients sequentieel bediend - slechts één zend- en ontvangapparaat wordt gedurende een bepaalde periode gebruikt - zodat slechts een klein deel van de netwerkbandbreedte wordt gebruikt.

De opeenstapeling van deze opeenvolgende gebeurtenissen zorgt voor een daling van de wisselkoers naarmate meer en meer apparaten verbinding maken met het netwerk.

Het MU-MIMO-protocol (multi-user, multiple input, multiple output) zorgt voor gelijktijdige overdracht van informatie naar een groep clients, waardoor efficiënter gebruik wordt gemaakt van de beschikbare bandbreedte van het Wi-Fi-netwerk en daardoor de overdracht wordt versneld.

Qualcomm gelooft dat dergelijke mogelijkheden vooral nuttig zullen zijn voor conferentiecentra en internetcafés wanneer meerdere gebruikers verbinding maken met hetzelfde netwerk.

Het bedrijf is ook van mening dat het niet alleen gaat om het verhogen van de absolute snelheid, maar ook om efficiënter gebruik van het netwerk en zendtijd om een groeiend aantal aangesloten apparaten, diensten en applicaties te ondersteunen.

Qualcomm is van plan MU-Mimo-chips te verkopen aan fabrikanten van routers, toegangspunten, smartphones, tablets en andere Wi-Fi-apparaten. De eerste chips zullen gelijktijdig kunnen werken met vier datastromen; technologische ondersteuning zal worden opgenomen in Atheros 802.11ac-chips en mobiele processors Snapdragon 805 en 801. De demonstratie van de technologie zal dit jaar plaatsvinden en de eerste verzendingen van chips zijn gepland voor het 1e kwartaal van volgend jaar.

Welnu, wie wil er nu meer in detail op deze technologie ingaan, we gaan verder ...

MIMO(Multiple Input Multiple Output - multiple input multiple output) is een technologie die wordt gebruikt in draadloze communicatiesystemen (WIFI, WI-MAX, mobiele netwerken), die de spectrale efficiëntie van het systeem, de maximale gegevensoverdrachtsnelheid en netwerkcapaciteit aanzienlijk kan verbeteren. De belangrijkste manier om de bovenstaande voordelen te bereiken, is om gegevens van de bron naar de bestemming te verzenden via meerdere radioverbindingen, waar de technologie zijn naam aan ontleent. Overweeg de achtergrond van dit probleem en bepaal de belangrijkste redenen voor het wijdverbreide gebruik van MIMO-technologie.

De behoefte aan snelle verbindingen die een hoge servicekwaliteit (QoS) met een hoge fouttolerantie bieden, groeit jaar na jaar. Dit wordt grotendeels mogelijk gemaakt door de opkomst van diensten zoals VoIP (Voice over Internet Protocol), videoconferenties, VoD (Video on Demand), enz. De meeste draadloze technologieën bieden abonnees echter geen hoogwaardige service aan de rand van de dekking Oppervlakte. In mobiele en andere draadloze communicatiesystemen neemt de kwaliteit van de verbinding, evenals de beschikbare datasnelheid, snel af met de afstand tot het basisstation (BTS). Tegelijkertijd neemt ook de kwaliteit van de diensten af, wat uiteindelijk leidt tot de onmogelijkheid om realtime diensten van hoge kwaliteit te leveren over het hele radiobereik van het netwerk. Om dit probleem op te lossen, kunt u proberen de basisstations zo strak mogelijk te installeren en interne dekking te organiseren op alle plaatsen met een laag signaalniveau. Dit zal echter aanzienlijke financiële kosten met zich meebrengen, die uiteindelijk zullen leiden tot een stijging van de kosten van de dienst en een afname van het concurrentievermogen. Om dit probleem op te lossen is dus een originele innovatie nodig, waarbij indien mogelijk gebruik wordt gemaakt van het huidige frequentiebereik en waarbij geen nieuwe netwerkfaciliteiten hoeven te worden aangelegd.

Kenmerken van de voortplanting van radiogolven

Om de werkingsprincipes van MIMO-technologie te begrijpen, is het noodzakelijk om de algemene principes van de voortplanting van radiogolven in de ruimte in overweging te nemen. Golven die door verschillende draadloze radiosystemen in het bereik boven 100 MHz worden uitgezonden, gedragen zich in veel opzichten als lichtstralen. Wanneer radiogolven tijdens de voortplanting een oppervlak tegenkomen, wordt, afhankelijk van het materiaal en de grootte van het obstakel, een deel van de energie geabsorbeerd, een deel passeert en de rest wordt gereflecteerd. De verhouding van de aandelen van de geabsorbeerde, gereflecteerde en uitgezonden delen van de energie wordt beïnvloed door vele externe factoren, waaronder de frequentie van het signaal. Bovendien kunnen de gereflecteerde en doorgelaten signaalenergieën de richting van hun verdere voortplanting veranderen, en het signaal zelf is verdeeld in verschillende golven.

Het signaal dat zich volgens de bovenstaande wetten voortplant van de bron naar de ontvanger, nadat het talrijke obstakels heeft ontmoet, wordt verdeeld in vele golven, waarvan slechts een deel de ontvanger zal bereiken. Elk van de golven die de ontvanger bereiken, vormt een zogenaamd signaalvoortplantingspad. Omdat verschillende golven worden weerkaatst door een verschillend aantal obstakels en verschillende afstanden afleggen, hebben verschillende paden bovendien verschillende tijdvertragingen.

In een dichtbevolkte stedelijke omgeving, als gevolg van een groot aantal obstakels zoals gebouwen, bomen, auto's, enz., doet zich heel vaak een situatie voor waarin er geen zichtlijn is tussen de abonneeapparatuur (MS) en de antennes van het basisstation (BTS ). In dit geval is de enige manier om het signaal van de ontvanger te bereiken via gereflecteerde golven. Zoals hierboven opgemerkt, heeft het herhaaldelijk gereflecteerde signaal echter niet langer de initiële energie en kan het met een vertraging aankomen. Een bijzondere moeilijkheid wordt ook gecreëerd door het feit dat objecten niet altijd stationair blijven en de situatie in de loop van de tijd aanzienlijk kan veranderen. In dit opzicht doet zich het probleem van multipad-signaalvoortplanting voor - een van de meest significante problemen in draadloze communicatiesystemen.

Multipath propagatie - een probleem of een voordeel?

Om multipath-signaalvoortplanting tegen te gaan, worden verschillende oplossingen gebruikt. Een van de meest voorkomende technologieën is Receive Diversity - diversiteitsontvangst. De essentie ervan ligt in het feit dat niet één, maar meerdere antennes (meestal twee, minder vaak vier) worden gebruikt om het signaal te ontvangen, op afstand van elkaar. De ontvanger heeft dus niet één, maar twee exemplaren van het verzonden signaal, dat op verschillende manieren is binnengekomen. Dit maakt het mogelijk om meer energie uit het oorspronkelijke signaal te halen, aangezien golven die door de ene antenne worden ontvangen, worden mogelijk niet door een andere ontvangen en omgekeerd. Ook kunnen signalen die uit fase bij de ene antenne aankomen, in fase bij de andere aankomen. Dit schema voor de organisatie van de radio-interface kan Single Input Multiple Output (SIMO) worden genoemd, in tegenstelling tot het standaard Single Input Single Output (SISO)-schema. De omgekeerde benadering kan ook worden toegepast: wanneer meerdere antennes worden gebruikt voor zenden en één voor ontvangen. Dit verhoogt ook de totale energie van het oorspronkelijke signaal dat door de ontvanger wordt ontvangen. Dit schema wordt Multiple Input Single Output (MISO) genoemd. In beide schema's (SIMO en MISO) zijn verschillende antennes aan de zijkant van het basisstation geïnstalleerd, aangezien het is moeilijk om antennediversiteit in een mobiel apparaat over een voldoende grote afstand te implementeren zonder de afmetingen van de eindapparatuur zelf te vergroten.

Als resultaat van verdere redenering komen we tot het Multiple Input Multiple Output (MIMO) -schema. In dit geval zijn er meerdere antennes geïnstalleerd voor zenden en ontvangen. In tegenstelling tot de bovenstaande schema's, maakt dit diversiteitsschema het echter niet alleen mogelijk om met multipad-signaalvoortplanting om te gaan, maar ook om enkele extra voordelen te verkrijgen. Door meerdere zend- en ontvangantennes te gebruiken, kan aan elk zend-/ontvangstantennepaar een apart pad worden toegewezen voor het verzenden van informatie. In dit geval zal de diversiteitsontvangst worden uitgevoerd door de overige antennes, en deze antenne zal ook dienen als een extra antenne voor andere transmissiepaden. Als gevolg hiervan is het theoretisch mogelijk om de datasnelheid te verhogen met zoveel als veel extra antennes zullen worden gebruikt. Er wordt echter een belangrijke beperking opgelegd door de kwaliteit van elk radiopad.

Hoe MIMO werkt

Zoals hierboven vermeld, vereist de organisatie van MIMO-technologie de installatie van verschillende antennes aan de zend- en ontvangstzijde. Gewoonlijk wordt een gelijk aantal antennes geïnstalleerd aan de ingang en uitgang van het systeem, aangezien: in dit geval wordt de maximale gegevensoverdrachtsnelheid bereikt. Om het aantal antennes bij de ontvangst en transmissie weer te geven, samen met de naam van de MIMO-technologie, wordt meestal de aanduiding "AxB" vermeld, waarbij A het aantal antennes is aan de ingang van het systeem en B aan de uitgang . Het systeem verwijst in dit geval naar de radioverbinding.

Om de MIMO-technologie te laten werken, zijn enkele wijzigingen in de structuur van de zender vereist in vergelijking met conventionele systemen. Laten we slechts één van de mogelijke, meest eenvoudige manieren bekijken om MIMO-technologie te organiseren. Allereerst is er aan de zendzijde een stroomverdeler nodig, die de voor verzending bestemde gegevens verdeelt in verschillende langzame substromen, waarvan het aantal afhangt van het aantal antennes. Voor MIMO 4x4 en een invoersnelheid van 200 Mbps zal de divider bijvoorbeeld 4 streams van elk 50 Mbps creëren. Verder moet elk van deze stromen via zijn eigen antenne worden verzonden. Doorgaans worden zendantennes opgesteld met enige ruimtelijke scheiding om zoveel mogelijk onechte signalen mogelijk te maken die het gevolg zijn van multipaths. Bij een van de mogelijke manieren om MIMO-technologie te organiseren, wordt het signaal van elke antenne met een andere polarisatie verzonden, waardoor het bij ontvangst kan worden geïdentificeerd. In het eenvoudigste geval blijkt echter dat elk van de verzonden signalen wordt gemarkeerd door het transmissiemedium zelf (tijdvertraging, verzwakking en andere vervormingen).

Aan de ontvangende kant ontvangen meerdere antennes een signaal van de radio. Bovendien zijn de antennes aan de ontvangstzijde ook met enige ruimtelijke diversiteit geïnstalleerd, waardoor de eerder besproken diversiteitsontvangst wordt verschaft. De ontvangen signalen worden toegevoerd aan ontvangers, waarvan het aantal overeenkomt met het aantal antennes en transmissiepaden. Bovendien ontvangt elk van de ontvangers signalen van alle antennes van het systeem. Elk van deze optellers extraheert uit de totale stroom de signaalenergie van alleen het pad waarvoor het verantwoordelijk is. Hij doet dit ofwel volgens een vooraf bepaald teken dat elk van de signalen was uitgerust met, of vanwege de analyse van vertraging, verzwakking, faseverschuiving, d.w.z. een reeks vervormingen of "vingerafdrukken" van het distributiemedium. Afhankelijk van hoe het systeem werkt (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC), enz.), kan het verzonden signaal na een bepaalde tijd worden herhaald of met een kleine vertraging worden verzonden via andere antennes.

In een systeem met MIMO-technologie kan het ongebruikelijke fenomeen optreden dat de datasnelheid in het MIMO-systeem kan afnemen als er een zichtlijn is tussen de signaalbron en de ontvanger. Dit komt voornamelijk door een afname van de ernst van vervormingen van de omringende ruimte, die elk van de signalen markeert. Als gevolg hiervan wordt het aan de ontvangende kant problematisch om de signalen te scheiden en beginnen ze elkaar te beïnvloeden. Dus hoe hoger de kwaliteit van de radioverbinding, hoe minder voordeel kan worden behaald met MIMO.

MIMO voor meerdere gebruikers (MU-MIMO)

Het bovenstaande principe van het organiseren van radiocommunicatie verwijst naar de zogenaamde Single user MIMO (SU-MIMO), waarbij er slechts één zender en ontvanger van informatie is. In dit geval kunnen zowel de zender als de ontvanger hun acties duidelijk coördineren, en tegelijkertijd is er geen verrassingsfactor wanneer nieuwe gebruikers in de lucht kunnen verschijnen. Een dergelijk schema is heel geschikt voor kleine systemen, bijvoorbeeld voor het organiseren van communicatie in een thuiskantoor tussen twee apparaten. Op hun beurt zijn de meeste systemen, zoals WI-FI, WIMAX, mobiele communicatiesystemen multi-user, d.w.z. ze hebben een enkel centrum en verschillende objecten op afstand, met elk waarvan het nodig is om een radioverbinding te organiseren. Er doen zich dus twee problemen voor: aan de ene kant moet het basisstation een signaal naar veel abonnees verzenden via hetzelfde antennesysteem (MIMO-uitzending) en tegelijkertijd een signaal ontvangen via dezelfde antennes van verschillende abonnees (MIMO MAC - meerdere toegangskanalen).

In de uplink-richting - van MS naar BTS, verzenden gebruikers hun informatie tegelijkertijd op dezelfde frequentie. In dit geval doet zich een moeilijkheid voor voor het basisstation: het is noodzakelijk om de signalen van verschillende abonnees te scheiden. Een mogelijke manier om met dit probleem om te gaan, is ook de lineaire verwerkingsmethode, waarbij het verzonden signaal vooraf wordt gecodeerd. Het oorspronkelijke signaal wordt volgens deze methode vermenigvuldigd met een matrix die is samengesteld uit coëfficiënten die interferentie van andere abonnees weerspiegelen. De matrix wordt samengesteld op basis van de huidige situatie in de ether: het aantal abonnees, transmissiesnelheden, etc. Zo wordt het signaal voorafgaand aan de verzending onderworpen aan vervorming die omgekeerd is aan die welke het tijdens radiotransmissie tegenkomt.

In downlink - de richting van BTS naar MS, zendt het basisstation signalen tegelijkertijd op hetzelfde kanaal naar meerdere abonnees tegelijk. Dit leidt ertoe dat het signaal dat voor een abonnee wordt uitgezonden de ontvangst van alle andere signalen beïnvloedt, d.w.z. interferentie optreedt. Mogelijke opties om dit probleem aan te pakken zijn het gebruik van Smart Antena, of het gebruik van dirty paper coderingstechnologie (“dirty paper”). Laten we de technologie voor vuil papier eens nader bekijken. Het werkingsprincipe is gebaseerd op de analyse van de huidige staat van de radio en het aantal actieve abonnees. De enige (eerste) abonnee verzendt zijn gegevens naar het basisstation zonder te coderen, zijn gegevens te wijzigen, want. er is geen interferentie van andere abonnees. De tweede abonnee zal coderen, d.w.z. de energie van zijn signaal veranderen om het eerste niet te verstoren en zijn signaal niet te onderwerpen aan invloed van het eerste. Volgende abonnees die aan het systeem worden toegevoegd, zullen dit principe ook volgen, gebaseerd op het aantal actieve abonnees en het effect van de signalen die ze uitzenden.

Toepassing van MIMO

De MIMO-technologie van het afgelopen decennium is een van de meest relevante manieren om de doorvoer en capaciteit van draadloze communicatiesystemen te vergroten. Laten we eens kijken naar enkele voorbeelden van het gebruik van MIMO in verschillende communicatiesystemen.

De WiFi 802.11n-standaard is een van de meest prominente voorbeelden van het gebruik van MIMO-technologie. Volgens hem kun je hiermee snelheden tot 300 Mbps aanhouden. Bovendien stond de vorige standaard 802.11g slechts 50 Mbps toe. Naast het verhogen van de datasnelheid, zorgt de nieuwe standaard, dankzij MIMO, ook voor een betere servicekwaliteit op plaatsen met een lage signaalsterkte. 802.11n wordt niet alleen gebruikt in point/multipoint-systemen (Point/Multipoint) - de meest voorkomende niche voor het gebruik van WiFi-technologie voor het organiseren van een LAN (Local Area Network), maar ook voor het organiseren van point/point-verbindingen die worden gebruikt om trunkcommunicatie te organiseren kanalen met een snelheid van enkele honderden Mbps en waardoor gegevens over tientallen kilometers (tot 50 km) kunnen worden verzonden.

De WiMAX-standaard heeft ook twee releases die gebruikers nieuwe mogelijkheden bieden met behulp van MIMO-technologie. De eerste, 802.16e, biedt mobiele breedbanddiensten. Hiermee kunt u informatie met een snelheid tot 40 Mbps in de richting van het basisstation naar de abonnee-apparatuur overbrengen. MIMO in 802.16e wordt echter als een optie beschouwd en wordt gebruikt in de eenvoudigste configuratie - 2x2. In de volgende release wordt 802.16m MIMO beschouwd als een verplichte technologie, met een mogelijke 4x4-configuratie. In dit geval kan WiMAX al worden toegeschreven aan mobiele communicatiesystemen, namelijk hun vierde generatie (vanwege de hoge gegevensoverdrachtsnelheid), omdat heeft een aantal kenmerken die inherent zijn aan mobiele netwerken: roaming, overdracht, spraakverbindingen. Bij mobiel gebruik kan theoretisch 100 Mbps gehaald worden. In de vaste versie kan de snelheid oplopen tot 1 Gbps.

Van het grootste belang is het gebruik van MIMO-technologie in cellulaire communicatiesystemen. Deze technologie heeft zijn toepassing gevonden sinds de derde generatie cellulaire communicatiesystemen. Bijvoorbeeld in de UMTS-standaard, in Rel. 6, wordt het gebruikt in combinatie met HSPA-technologie met ondersteuning voor snelheden tot 20 Mbps, en in Rel. 7 - met HSPA+, waar gegevensoverdrachtsnelheden 40 Mbps bereiken. MIMO heeft echter geen brede toepassing gevonden in 3G-systemen.

Systemen, namelijk LTE, voorzien ook in het gebruik van MIMO in configuraties tot 8x8. Dit kan het in theorie mogelijk maken om gegevens van het basisstation naar de abonnee over 300 Mbps te verzenden. Een belangrijk positief punt is ook de stabiele kwaliteit van de verbinding, zelfs aan de rand van de honingraat. In dit geval zal, zelfs op een aanzienlijke afstand van het basisstation, of wanneer u zich in een afgelegen kamer bevindt, slechts een lichte daling van de gegevensoverdrachtsnelheid worden waargenomen.

Zo vindt MIMO-technologie toepassing in bijna alle draadloze datatransmissiesystemen. En zijn potentieel is nog niet uitgeput. Er worden al nieuwe antenneconfiguratie-opties ontwikkeld, tot 64x64 MIMO. Dit maakt het mogelijk om in de toekomst nog hogere datasnelheden, netwerkcapaciteit en spectrale efficiëntie te realiseren.

Een van de belangrijkste en belangrijkste innovaties Wi-Fi in de afgelopen 20 jaar - Multi User - Multiple Input Multiple Output (MU-MIMO) technologie. MU-MIMO breidt de functionaliteit van de recente update uit naar de 802.11ac "Wave 2" draadloze standaard. Dit is ongetwijfeld een enorme doorbraak voor draadloze communicatie. Deze technologie helpt de maximale theoretische draadloze snelheid te verhogen van 3,47 Gbps in de originele 802.11ac-specificatie tot 6,93 Gbps in de 802.11ac Wave 2-update. Dit is een van de meest geavanceerde Wi-Fi-functies tot nu toe.

Laten we eens kijken hoe het werkt!

MU-MIMO-technologie legt de lat hoger doordat meerdere apparaten meerdere datastromen kunnen ontvangen. Het is gebaseerd op Single User MIMO (SU-MIMO), dat bijna 10 jaar geleden werd geïntroduceerd met de 802.11n-standaard.

SU-MIMO verhoogt de snelheid van een Wi-Fi-verbinding doordat een paar draadloze apparaten meerdere gegevensstromen tegelijk kunnen ontvangen of verzenden.

Afbeelding 1. SU-MIMO-technologie biedt tegelijkertijd meerkanaals invoer- en uitvoerstromen naar hetzelfde apparaat. MU-MIMO-technologie maakt gelijktijdige communicatie met meerdere apparaten mogelijk.

In wezen zijn er twee technologieën die een revolutie teweegbrengen in wifi. De eerste van deze technologieën, beamforming genaamd, stelt wifi-routers en toegangspunten in staat om radiokanalen efficiënter te gebruiken. Vóór de komst van deze technologie werkten wifi-routers en toegangspunten als gloeilampen en stuurden ze een signaal in alle richtingen. Het probleem was dat Het is moeilijk voor een ongericht signaal met een beperkt vermogen om Wi-Fi-clientapparaten te bereiken.

Met behulp van beamforming-technologie wisselt een wifi-router of toegangspunt informatie over zijn locatie uit met een clientapparaat. De router verandert dan zijn fase en vermogen om een beter signaal te vormen. Met als resultaat: radiosignalen worden efficiënter gebruikt, gegevensoverdracht verloopt sneller en mogelijk wordt de maximale verbindingsafstand vergroot.

De mogelijkheden van beamforming worden steeds groter. Tot nu toe waren Wi-Fi-routers of toegangspunten inherent single-tasking, het verzenden of ontvangen van gegevens van slechts één clientapparaat tegelijk. Eerdere versies van de 802.11-familie van draadloze standaarden, waaronder de 802.11n-standaard en de eerste versie van de 802.11ac-standaard, hadden de mogelijkheid om meerdere datastromen tegelijk te ontvangen of te verzenden, maar tot nu toe was er geen methode om een Wi-Fi-router of toegangspunt tegelijkertijd om met meerdere clients tegelijk te "communiceren". Met hulp van MU-MIMO is vanaf nu zo'n kans ontstaan.

Dit is inderdaad een grote doorbraak, aangezien de mogelijkheid om gegevens naar meerdere clientapparaten tegelijkertijd te verzenden de beschikbare bandbreedte voor draadloze clients aanzienlijk vergroot. MU-MIMO-technologie verbetert draadloze netwerken van de oude manier CSMA-SD, wanneer slechts één apparaat tegelijkertijd werd bediend, naar een systeem waar meerdere apparaten tegelijkertijd kunnen "praten". Om dit voorbeeld duidelijker te maken, stel je voor dat je van een landweg met één rijstrook naar een brede snelweg gaat.

Tegenwoordig nemen de tweede generatie 802.11ac Wave 2 draadloze routers en toegangspunten de markt over. Iedereen die wifi gebruikt, begrijpt de details van hoe MU-MIMO-technologie werkt. We brengen 13 feiten onder uw aandacht die uw leren in deze richting zullen versnellen.

1. MU-MIMO gebruikt alleen"Downstream"-stream (van het toegangspunt naar het mobiele apparaat).

In tegenstelling tot SU-MIMO werkt MU-MIMO momenteel alleen voor: gegevens overdragen van het toegangspunt naar het mobiele apparaat. Alleen draadloze routers of toegangspunten kunnen gegevens tegelijkertijd naar meerdere gebruikers verzenden, of het nu gaat om een of meer streams voor elk van hen. De draadloze apparaten zelf (zoals smartphones, tablets of laptops) moeten nog steeds om de beurt gegevens naar de draadloze router of het toegangspunt sturen, hoewel ze individueel SU-MIMO-technologie kunnen gebruiken om meerdere streams te verzenden wanneer ze aan de beurt zijn.

MU-MIMO-technologie zal vooral nuttig zijn in netwerken waar gebruikers meer gegevens downloaden dan uploaden.

Misschien wordt er in de toekomst een versie van Wi-Fi-technologie geïmplementeerd: 802.11ax, waarbij de MU-MIMO-methode van toepassing zal zijn op "Upstream"-verkeer.

2. MU-MIMO werkt alleen in de 5GHz wifi-band

SU-MIMO-technologie werkt in zowel de 2,4 GHz- als de 5 GHz-frequentieband. 802.11ac Wave 2 2e generatie draadloze routers en toegangspunten kunnen meerdere gebruikers tegelijk bedienen op dezelfde frequentieband 5GHz. Enerzijds is het natuurlijk jammer dat we de nieuwe technologie niet kunnen gebruiken op de smallere en meer overbelaste 2,4 GHz-frequentieband. Maar aan de andere kant zijn er steeds meer dual-band draadloze apparaten op de markt die MU-MIMO-technologie ondersteunen, waarmee we krachtige zakelijke wifi-netwerken kunnen implementeren.

3. Beamforming-technologie helpt signalen te geleiden

In de literatuur van de USSR kan men het concept van een Phased Antenna Array tegenkomen, dat eind jaren 80 werd ontwikkeld voor militaire radars. Een vergelijkbare technologie is toegepast op moderne wifi. MU-MIMO maakt gebruik van directionele signaalvorming (bekend als "beamforming" in de Engelse technische literatuur). Met Beamfiorming kunt u signalen in de richting van de beoogde locatie van het draadloze apparaat (of apparaten) sturen, in plaats van ze willekeurig in alle richtingen te sturen. Het blijkt dus het signaal te focussen en het bereik en de snelheid van de wifi-verbinding aanzienlijk te vergroten.

Hoewel beamforming-technologie optioneel beschikbaar kwam met de 802.11n-standaard, implementeerden de meeste fabrikanten hun eigen gepatenteerde versies van deze technologie. Deze leveranciers bieden nog steeds propriëtaire implementaties van de technologie in hun apparaten, maar nu zullen ze op zijn minst een vereenvoudigde en gestandaardiseerde versie van de directionele signaleringstechnologie moeten opnemen als ze MU-MIMO-technologie in hun 802.11ac-productlijn willen ondersteunen.

4. MU-MIMO ondersteunt een beperkt aantal gelijktijdige streams en apparaten

Helaas kunnen routers of toegangspunten met geïmplementeerde MU-MIMO-technologie niet tegelijkertijd een onbeperkt aantal streams en apparaten bedienen. De router of het toegangspunt heeft zijn eigen limiet voor het aantal streams dat het bedient (vaak 2, 3 of 4 streams), en dit aantal ruimtelijke streams beperkt ook het aantal apparaten dat het toegangspunt tegelijkertijd kan bedienen. Een toegangspunt met ondersteuning voor vier streams kan dus tegelijkertijd vier verschillende apparaten bedienen, of bijvoorbeeld één stream naar één apparaat sturen en drie andere streams naar een ander apparaat aggregeren (waardoor de snelheid wordt verhoogd door kanalen te combineren).

5. Gebruikersapparaten hoeven niet meerdere antennes te hebben

Net als bij SU-MIMO-technologie kunnen alleen draadloze apparaten met ingebouwde MU-MIMO-ondersteuning streams (snelheid) samenvoegen. Maar, in tegenstelling tot de situatie met SU-MIMO-technologie, hoeven draadloze apparaten niet per se meerdere antennes te hebben om MU-MIMO-streams van draadloze routers en toegangspunten te ontvangen. Als uw draadloze apparaat slechts één antenne heeft, ontvangt het mogelijk slechts één MU-MIMO-gegevensstroom vanaf het toegangspunt, waarbij beamforming wordt gebruikt om de ontvangst te verbeteren.

Met meer antennes kan het draadloze gebruikersapparaat meer datastromen tegelijkertijd ontvangen (meestal één stream per antenne), wat zeker een positief effect zal hebben op de prestaties van dit apparaat. De aanwezigheid van meerdere antennes in een gebruikersapparaat heeft echter een negatieve invloed op het stroomverbruik en de grootte van dit product, wat van cruciaal belang is voor smartphones.

De MU-MIMO-technologie stelt echter minder hardwarevereisten voor clientapparaten dan de technisch omslachtige SU-MIMO-technologie. Het is veilig om aan te nemen dat fabrikanten veel meer bereid zullen zijn om hun apparatuur uit te rusten met laptops en tablets die MU-MIMO-technologie ondersteunen.

6. Toegangspunten doen het zware werk

In een poging om de vereisten voor apparaten van eindgebruikers te vereenvoudigen, hebben de ontwikkelaars van MU-MIMO-technologie geprobeerd het grootste deel van het signaalverwerkingswerk naar toegangspunten te verplaatsen. Dit is weer een stap voorwaarts van de SU-MIMO-technologie, waar de last van signaalverwerking vooral op de gebruikersapparaten lag. En nogmaals, dit zal fabrikanten van clientapparaten helpen om stroom, afmetingen en andere kosten te besparen bij de productie van hun productoplossingen met ondersteuning voor MU-MIMO, wat een zeer positief effect zou moeten hebben op de popularisering van deze technologie.

7. Zelfs budgetapparaten profiteren van gelijktijdige verzending via meerdere ruimtelijke stromen

Net als Ethernet-linkaggregatie (802.3ad en LACP), verhoogt 802.1ac-streambonding de snelheid van een point-to-point-verbinding niet. Die. als u de enige gebruiker bent en slechts één applicatie draait, gebruikt u slechts 1 ruimtelijke stream.

Het is echter mogelijk om te verhogen de totale netwerkbandbreedte door de mogelijkheid te bieden om het toegangspunt van meerdere gebruikersapparaten tegelijkertijd te onderhouden.

Maar als alle gebruikersapparaten in uw netwerk slechts één stream ondersteunen, dan stelt MU-MIMO uw toegangspunt in staat om maximaal drie apparaten tegelijk te bedienen, in plaats van één tegelijk, terwijl andere(meer geavanceerde) gebruikersapparaten zullen in de rij moeten wachten.

Figuur 2.

8. Sommige gebruikersapparaten hebben verborgen ondersteuning voor MU-MIMO-technologie

Hoewel er momenteel nog niet veel routers, toegangspunten of mobiele apparaten zijn die MU-MIMO ondersteunen, beweert het Wi-Fi-chipbedrijf dat sommige fabrikanten in hun productieproces rekening hebben gehouden met de hardwarevereisten om de nieuwe technologie voor sommige van hun apparaten voor eindgebruikers een paar jaar geleden. Voor dergelijke apparaten zal een relatief eenvoudige software-update ondersteuning voor MU-MIMO-technologie toevoegen, wat ook de opname en acceptatie van de technologie zou moeten versnellen, en bedrijven en organisaties zou moeten aanmoedigen om hun draadloze bedrijfsnetwerken te upgraden met 802.11ac-compatibele apparatuur.

9. Apparaten zonder MU-MIMO-ondersteuning profiteren ook

Hoewel Wi-Fi-apparaten MU-MIMO-ondersteuning moeten hebben om deze technologie te kunnen gebruiken, kunnen zelfs clientapparaten die dergelijke ondersteuning niet hebben indirect profiteren van het werken op een draadloos netwerk waar een router of toegangspunten MU-MIMO-technologie ondersteunen. Houd er rekening mee dat de gegevensoverdrachtsnelheid over het netwerk rechtstreeks afhangt van de totale tijd gedurende welke abonnee-apparaten zijn aangesloten op het radiokanaal. En als je met MU-MIMO-technologie sommige apparaten sneller kunt bedienen, dan betekent dit dat toegangspunten in zo'n netwerk meer tijd hebben om andere clientapparaten te bedienen.

10. MU-MIMO helpt de draadloze bandbreedte te vergroten

Wanneer u de snelheid van uw Wi-Fi-verbinding verhoogt, vergroot u ook de bandbreedte van uw draadloze netwerk. Omdat apparaten sneller worden bediend, heeft het netwerk meer zendtijd om meer clientapparaten te bedienen. Zo kan MU-MIMO-technologie de prestaties van draadloze netwerken met veel verkeer of een groot aantal aangesloten apparaten, zoals openbare Wi-Fi-netwerken, aanzienlijk optimaliseren. Dit is geweldig nieuws, aangezien het aantal smartphones en andere mobiele apparaten met Wi-Fi-connectiviteit waarschijnlijk zal blijven toenemen.

11. Elke kanaalbreedte wordt ondersteund

Een manier om de wifi-bandbreedte uit te breiden is channel bonding, waarbij twee aangrenzende kanalen worden gecombineerd tot een enkel kanaal dat twee keer zo breed is, waardoor de snelheid van de wifi-verbinding tussen het apparaat en het toegangspunt effectief wordt verdubbeld. De 802.11n-standaard bood ondersteuning voor kanalen tot 40 MHz breed, in de oorspronkelijke specificatie van de 802.11ac-standaard werd de ondersteunde kanaalbreedte vergroot tot 80 MHz. De bijgewerkte 802.11ac Wave 2-standaard ondersteunt 160 MHz-kanalen.

Afbeelding 3. 802.11ac ondersteunt momenteel kanalen tot 160 MHz breed in de 5 GHz-band

Men mag echter niet vergeten dat het gebruik van bredere kanalen in een draadloos netwerk de kans op interferentie in co-kanalen vergroot. Daarom zal deze aanpak niet altijd de juiste keuze zijn om zonder uitzondering alle Wi-Fi-netwerken in te zetten. Zoals we kunnen zien, kan MU-MIMO-technologie echter worden gebruikt voor kanalen van elke breedte.

Maar zelfs als uw draadloze netwerk smallere 20MHz- of 40MHz-kanalen gebruikt, kan MU-MIMO het nog steeds helpen sneller te werken. Maar hoeveel sneller hangt af van hoeveel clientapparaten moeten worden bediend en hoeveel streams elk van deze apparaten ondersteunt. Zo kan het gebruik van MU-MIMO-technologie, zelfs zonder brede bijbehorende kanalen, de doorvoer van de uitgaande draadloze verbinding voor elk apparaat meer dan verdubbelen.

12. Signaalverwerking verbetert de veiligheid

Een interessant neveneffect van de MU-MIMO-technologie is dat de router of het toegangspunt de gegevens versleutelt voordat ze via de ether worden verzonden. Het is nogal moeilijk om gegevens te decoderen die worden verzonden met behulp van MU-MIMO-technologie, omdat het niet duidelijk is welk deel van de code zich in welke ruimtelijke stroom bevindt. Hoewel er later speciale tools kunnen worden ontwikkeld om andere apparaten in staat te stellen verzonden verkeer te onderscheppen, maskeert MU-MIMO-technologie tegenwoordig effectief gegevens van afluisterapparatuur in de buurt. Zo helpt de nieuwe technologie de wifi-beveiliging te verbeteren, wat vooral geldt voor open draadloze netwerken zoals openbare wifi-netwerken, evenals voor toegangspunten die in de persoonlijke modus werken of een vereenvoudigde gebruikersauthenticatiemodus gebruiken (Pre-Shared Key , PSK) op basis van WPA- of WPA2 Wi-Fi-beveiligingstechnologieën.

13. MU-MIMO is het beste voor vaste wifi-apparaten

Er is ook een kanttekening bij de MU-MIMO-technologie: het werkt niet goed met snel bewegende apparaten, omdat het bundelvormingsproces complexer en minder efficiënt wordt. Daarom biedt MU-MIMO u geen zinvol voordeel voor apparaten die vaak op uw bedrijfsnetwerk zwerven. Het moet echter duidelijk zijn dat deze "probleem"-apparaten op geen enkele manier de MU-MIMO-gegevensoverdracht naar andere clientapparaten die minder mobiel zijn, noch hun prestaties mogen beïnvloeden.

Abonneer je op nieuws

WiFi is een merknaam voor draadloze netwerken gebaseerd op de IEEE 802.11-standaard. In het dagelijks leven gebruiken gebruikers van draadloze netwerken de term "WiFi-technologie", wat geen handelsmerk betekent, maar de IEEE 802.11-standaard.

Met WiFi-technologie kunt u een netwerk opzetten zonder een kabel te leggen, waardoor de kosten van netwerkimplementatie worden verlaagd. Dankzij, waar het onmogelijk is om een kabel te leggen, bijvoorbeeld buitenshuis en in gebouwen van historische waarde, kan worden bediend door draadloze netwerken.
In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht over de 'schadelijkheid' van wifi, is de straling van wifi-apparaten op het moment van gegevensoverdracht twee ordes van grootte (100 keer) minder dan die van een mobiele telefoon.

MIMO - (English Multiple Input Multiple Output) - een datatransmissietechnologie gebaseerd op het gebruik van ruimtelijke multiplexing om gelijktijdig meerdere informatiestromen over één kanaal te verzenden, evenals multipath-reflectie, die ervoor zorgt dat elk bit informatie aan de juiste ontvanger wordt afgeleverd met een kleine kans op interferentie en gegevensverlies.

Het probleem van het vergroten van de doorvoer oplossen

Met de intensieve ontwikkeling van sommige geavanceerde technologieën nemen de eisen voor andere toe. Dit principe is rechtstreeks van invloed op communicatiesystemen. Een van de meest urgente problemen in moderne communicatiesystemen is de noodzaak om de bandbreedte en gegevensoverdrachtsnelheid te vergroten. Er zijn twee traditionele manieren om de doorvoer te vergroten door de bandbreedte te vergroten en het uitgestraalde vermogen te vergroten.
Maar vanwege de eisen aan biologische en elektromagnetische compatibiliteit worden beperkingen opgelegd aan het vergroten van het uitgestraalde vermogen en het uitbreiden van de frequentieband. Met dergelijke beperkingen maakt het probleem van gebrek aan bandbreedte en gegevensoverdrachtsnelheid het noodzakelijk om naar nieuwe effectieve methoden te zoeken om dit op te lossen. Een van de meest effectieve methoden is het gebruik van adaptieve antenne-arrays met zwak gecorreleerde antenne-elementen. De MIMO-technologie is gebaseerd op dit principe. Communicatiesystemen die deze technologie gebruiken, worden MIMO-systemen (Multiple Input Multiple Output) genoemd.

Systemen, namelijk LTE, voorzien ook in het gebruik van MIMO in configuraties tot 8x8. Dit kan het in theorie mogelijk maken om gegevens van het basisstation naar de abonnee over 300 Mbps te verzenden. Een belangrijk pluspunt is ook de stabiele kwaliteit van de verbinding, zelfs aan de rand van de cel. In dit geval zal, zelfs op een aanzienlijke afstand van het basisstation, of wanneer u zich in een afgelegen kamer bevindt, slechts een lichte daling van de gegevensoverdrachtsnelheid worden waargenomen.

We leven in het tijdperk van de digitale revolutie, beste anoniem. Voordat we tijd hadden om aan wat nieuwe technologie te wennen, worden we al van alle kanten nog nieuwer en geavanceerder aangeboden. En terwijl we in gedachten wegkwijnen of deze technologie ons echt zal helpen om sneller internet te krijgen of dat we gewoon weer opgelicht worden voor geld, ontwikkelen de ontwerpers op dit moment een nog nieuwere technologie die ons zal worden aangeboden in plaats van de huidige één in slechts 2 jaar. Dit geldt ook voor de MIMO-antennetechnologie.

Wat is deze technologie - MIMO? Meerdere invoer Meerdere uitvoer - meerdere invoer meerdere uitvoer. Ten eerste is MIMO-technologie een complexe oplossing en beperkt zich niet tot antennes. Voor een beter begrip van dit feit is het de moeite waard een korte uitweiding te maken in de geschiedenis van de ontwikkeling van mobiele communicatie. Ontwikkelaars staan voor de taak om een grotere hoeveelheid informatie per tijdseenheid, d.w.z. een snelheid verhogen. Naar analogie met een watertoevoersysteem - om een grotere hoeveelheid water per tijdseenheid aan de gebruiker te leveren. Dit kunnen we doen door de "diameter van de leiding" te vergroten of, naar analogie, door de communicatiebandbreedte te vergroten. Aanvankelijk was de GSM-standaard afgestemd op spraakverkeer en had een kanaalbreedte van 0,2 MHz. Dat was genoeg. Daarnaast is er het probleem van het verschaffen van toegang voor meerdere gebruikers. Het kan worden opgelost door abonnees te delen op frequentie (FDMA) of op tijd (TDMA). Bij GSM worden beide methoden gelijktijdig gebruikt. Hierdoor hebben we een balans tussen het maximaal mogelijke aantal abonnees in het netwerk en de minimaal mogelijke bandbreedte voor spraakverkeer. Met de ontwikkeling van mobiel internet is deze minimumbaan een hindernisbaan geworden voor het verhogen van de snelheid. Twee technologieën gebaseerd op het GSM-platform, GPRS en EDGE, hebben een snelheidslimiet van 384 kbps bereikt. Om de snelheid verder te verhogen was het nodig om de bandbreedte voor internetverkeer zo mogelijk gelijktijdig uit te breiden met de GSM-infrastructuur. Als gevolg hiervan is de UMTS-standaard ontwikkeld. Het belangrijkste verschil hier is de uitbreiding van de bandbreedte tot 5 MHz tegelijk en om toegang voor meerdere gebruikers te bieden - het gebruik van CDMA-codetoegangstechnologie, waarbij meerdere abonnees tegelijkertijd op hetzelfde frequentiekanaal werken. Deze technologie werd W-CDMA genoemd, om te benadrukken dat het in een brede band werkt. Dit systeem werd het systeem van de derde generatie genoemd - 3G, maar het is tegelijkertijd een bovenbouw boven GSM. We kregen dus een brede "pipe" van 5 MHz, waardoor we de snelheid in eerste instantie konden verhogen tot 2 Mbps.

Hoe kunnen we anders de snelheid verhogen als we de "diameter van de pijp" niet verder kunnen vergroten? We kunnen de stroom parallel verdelen in verschillende delen, elk deel door een apart pijpje laten lopen en deze afzonderlijke stromen aan de ontvangende kant combineren tot één brede stroom. Daarnaast is de snelheid afhankelijk van de kans op fouten in het kanaal. Door deze kans te verkleinen door overcodering, voorwaartse foutcorrectie en betere radiomodulatietechnieken, kunnen we ook de snelheid verhogen. Al deze ontwikkelingen (samen met de uitbreiding van de "pipe" door het aantal carriers per kanaal te vergroten) werden consequent ingezet bij de verdere verbetering van de UMTS-standaard en kregen de naam HSPA. Dit is geen vervanging voor W-CDMA, maar een soft+hard upgrade van dit kernplatform.

Het internationale consortium 3GPP ontwikkelt standaarden voor 3G. De tabel vat enkele kenmerken van verschillende releases van deze standaard samen:

3G HSPA-snelheid en belangrijke technologische kenmerken
3GPP-release	Technologie	Downlinksnelheid (MBPS)	Uplinksnelheid (MBPS)
Rel 6	HSPA	14.4	5.7
Rel 7	HSPA+ 5 MHz, 2x2 MIMO-downlink	28	11
Rel 8	DC-HSPA+ 2x5 MHz, 2x2 MIMO-downlink	42	11
Rel 9	DC-HSPA+ 2x5 MHz, 2x2 MIMO-downlink, 2x5MHz-uplink	84	23
Rel 10	MC-HSPA+ 4x5 MHz, 2x2 MIMO-downlink, 2x5MHz-uplink	168	23
rel 11	MC-HSPA+ 8x5 MHz 2x2/4x4 MIMO-downlink, 2x5 MHz 2x2 MIMO-uplink	336 - 672	70

4G LTE-technologie is, naast achterwaartse compatibiliteit met 3G-netwerken, waardoor het de overhand kreeg op WiMAX, in staat om nog hogere snelheden te ontwikkelen, tot 1 Gbps en hoger. Hier worden zelfs meer geavanceerde technologieën voor het overbrengen van een digitale stream naar de luchtinterface gebruikt, bijvoorbeeld OFDM-modulatie, die zeer goed integreert met MIMO-technologie.

Dus wat is MIMO? Door de stroom in verschillende kanalen te parallelliseren, kunt u ze op verschillende manieren door verschillende antennes "over the air" sturen en ze ontvangen met dezelfde onafhankelijke antennes aan de ontvangende kant. We krijgen dus verschillende onafhankelijke "buizen" via de etherinterface zonder banden uit te breiden. Dit is het belangrijkste idee MIMO. Wanneer radiogolven zich in het radiokanaal voortplanten, wordt selectieve vervaging waargenomen. Dit is vooral merkbaar in dichtbevolkte stedelijke gebieden, als de abonnee onderweg is of aan de rand van het mobiele servicegebied. Fading in elke ruimtelijke "pijp" vindt niet gelijktijdig plaats. Daarom kunnen we, als we dezelfde informatie over twee MIMO-kanalen met een kleine vertraging verzenden, nadat we er eerder een speciale code op hebben geplaatst (de Alamuoti-methode, waarbij de code in de vorm van een magisch vierkant wordt geplaatst), de verloren symbolen op de ontvangende kant, wat gelijk staat aan het verbeteren van het signaal/ruis tot 10-12 dB. Hierdoor leidt deze technologie weer tot een verhoging van de snelheid. In feite is dit een bekende diversiteitsontvangst (Rx Diversity) die organisch is ingebouwd in MIMO-technologie.

Uiteindelijk moeten we begrijpen dat MIMO zowel op de basis als op onze modem moet worden ondersteund. Gewoonlijk is het aantal MIMO-kanalen in 4G een veelvoud van twee - 2, 4, 8 (een driekanaals 3x3-systeem is wijdverbreid in Wi-Fi-systemen) en het wordt aanbevolen dat hun aantal overeenkomt met zowel de basis als de modem. Om dit feit op te lossen, is MIMO daarom gedefinieerd met ontvangst- en zendkanalen - 2x2 MIMO, 4x4 MIMO, enz. Tot nu toe hebben we vooral te maken met 2x2 MIMO.

Welke antennes worden gebruikt in de MIMO-technologie? Dit zijn gewone antennes, het hoeven er maar twee te zijn (voor 2x2 MIMO). Om de kanalen te scheiden, wordt orthogonale, zogenaamde X-polarisatie gebruikt. In dit geval is de polarisatie van elke antenne ten opzichte van de verticaal 45° verschoven en ten opzichte van elkaar - 90°. Een dergelijke polarisatiehoek plaatst beide kanalen op gelijke voet, aangezien bij een horizontale / verticale oriëntatie van de antennes een van de kanalen onvermijdelijk meer demping zou krijgen door de invloed van het aardoppervlak. Tegelijkertijd stelt een polarisatieverschuiving van 90 ° tussen de antennes u in staat om de kanalen met minimaal 18-20 dB van elkaar te ontkoppelen.

Voor MIMO hebben jij en ik een modem nodig met twee antenne-ingangen en twee antennes op het dak. Het blijft echter de vraag of deze technologie wordt ondersteund op het basisstation. In de 4G LTE- en WiMAX-standaarden is dergelijke ondersteuning zowel beschikbaar aan de kant van abonneeapparaten als aan de basis. In het 3G-netwerk is niet alles zo eenvoudig. Er werken al duizenden niet-MIMO-apparaten op het netwerk, waarvoor de introductie van deze technologie het tegenovergestelde effect heeft: de netwerkbandbreedte wordt verminderd. Daarom hebben operators nog geen haast om MIMO overal in 3G-netwerken te implementeren. Om ervoor te zorgen dat de basis abonnees hoge snelheid kan bieden, moet deze zelf over goed transport beschikken, d.w.z. er moet een "dikke pijp" op worden aangesloten, bij voorkeur een optische vezel, wat ook niet altijd het geval is. Daarom staat de MIMO-technologie in 3G-netwerken momenteel in de kinderschoenen en wordt ze door zowel operators als gebruikers getest, en deze laatste zijn niet altijd succesvol. Daarom is het de moeite waard om alleen in 4G-netwerken hoop te vestigen op MIMO-antennes. High-gain antennes, zoals reflectoren, waarvoor MIMO-feeds al in de handel verkrijgbaar zijn, kunnen worden gebruikt aan de rand van het dekkingsgebied van een cel.

In Wi-Fi-netwerken is MIMO-technologie vastgelegd in de IEEE 802.11n- en IEEE 802.11ac-standaarden en wordt deze al door veel apparaten ondersteund. Terwijl we getuige zijn van de komst van 2x2 MIMO-technologie in het 3G-4G-netwerk, zitten ontwikkelaars niet stil. Er worden nu al 64x64 MIMO-technologieën ontwikkeld met slimme antennes met een adaptief stralingspatroon. Die. als we van de bank naar de fauteuil gaan of naar de keuken gaan, zal onze tablet dit opmerken en het ingebouwde antennepatroon in de goede richting draaien. Heeft iemand deze site op dat moment nodig?

MIMO(Multiple Input Multiple Output - multiple input multiple output) is een technologie die wordt gebruikt in draadloze communicatiesystemen (WIFI, mobiele netwerken), die de spectrale efficiëntie van het systeem, de maximale gegevensoverdrachtsnelheid en netwerkcapaciteit aanzienlijk kan verbeteren. De belangrijkste manier om de bovenstaande voordelen te bereiken, is om gegevens van de bron naar de bestemming te verzenden via meerdere radioverbindingen, waar de technologie zijn naam aan ontleent. Overweeg de achtergrond van dit probleem en bepaal de belangrijkste redenen voor het wijdverbreide gebruik van MIMO-technologie.

De behoefte aan snelle verbindingen die een hoge servicekwaliteit (QoS) met een hoge fouttolerantie bieden, groeit jaar na jaar. Dit wordt grotendeels mogelijk gemaakt door de opkomst van diensten als VoIP (), VoD (), enz. De meeste draadloze technologieën maken het echter niet mogelijk om abonnees een hoge servicekwaliteit aan de rand van het dekkingsgebied te bieden. In cellulaire en andere draadloze communicatiesystemen neemt de kwaliteit van de verbinding, evenals de beschikbare datasnelheid, snel af met de afstand van (BTS). Tegelijkertijd neemt ook de kwaliteit van de diensten af, wat uiteindelijk leidt tot de onmogelijkheid om realtime diensten van hoge kwaliteit te leveren over het hele radiobereik van het netwerk. Om dit probleem op te lossen, kunt u proberen de basisstations zo strak mogelijk te installeren en interne dekking te organiseren op alle plaatsen met een laag signaalniveau. Dit zal echter aanzienlijke financiële kosten met zich meebrengen, die uiteindelijk zullen leiden tot een stijging van de kosten van de dienst en een afname van het concurrentievermogen. Om dit probleem op te lossen is dus een originele innovatie nodig, waarbij indien mogelijk gebruik wordt gemaakt van het huidige frequentiebereik en waarbij geen nieuwe netwerkfaciliteiten hoeven te worden aangelegd.

Kenmerken van de voortplanting van radiogolven

Om de werkingsprincipes van MIMO-technologie te begrijpen, is het noodzakelijk om de algemene in de ruimte te overwegen. Golven die door verschillende draadloze radiosystemen in het bereik boven 100 MHz worden uitgezonden, gedragen zich in veel opzichten als lichtstralen. Wanneer radiogolven tijdens de voortplanting een oppervlak tegenkomen, wordt, afhankelijk van het materiaal en de grootte van het obstakel, een deel van de energie geabsorbeerd, een deel passeert en de rest wordt gereflecteerd. De verhouding van de aandelen van de geabsorbeerde, gereflecteerde en uitgezonden delen van de energie wordt beïnvloed door vele externe factoren, waaronder de frequentie van het signaal. Bovendien kunnen de gereflecteerde en doorgelaten signaalenergieën de richting van hun verdere voortplanting veranderen, en het signaal zelf is verdeeld in verschillende golven.

Het signaal dat zich volgens de bovenstaande wetten voortplant van de bron naar de ontvanger, nadat het talrijke obstakels heeft ontmoet, wordt verdeeld in vele golven, waarvan slechts een deel de ontvanger zal bereiken. Elk van de golven die de ontvanger bereiken, vormt een zogenaamd signaalvoortplantingspad. Bovendien, vanwege het feit dat verschillende golven worden gereflecteerd door een verschillend aantal obstakels en verschillende afstanden afleggen, hebben verschillende paden verschillende.

In een dichtbevolkte stedelijke omgeving, vanwege een groot aantal obstakels zoals gebouwen, bomen, auto's, enz., is het heel gebruikelijk dat er geen zichtlijn is tussen (MS) en basisstation (BTS) antennes. In dit geval is de enige manier om het signaal van de ontvanger te bereiken via gereflecteerde golven. Zoals hierboven opgemerkt, heeft het herhaaldelijk gereflecteerde signaal echter niet langer de initiële energie en kan het met een vertraging aankomen. Een bijzondere moeilijkheid wordt ook gecreëerd door het feit dat objecten niet altijd stationair blijven en de situatie in de loop van de tijd aanzienlijk kan veranderen. In dit opzicht doet zich een probleem voor - een van de belangrijkste problemen in draadloze communicatiesystemen.

Multipath propagatie - een probleem of een voordeel?

Om multipath-signaalvoortplanting tegen te gaan, worden verschillende oplossingen gebruikt. Een van de meest voorkomende technologieën is Receive Diversity -. De essentie ervan ligt in het feit dat niet één, maar meerdere antennes (meestal twee, minder vaak vier) worden gebruikt om het signaal te ontvangen, op afstand van elkaar. De ontvanger heeft dus niet één, maar twee exemplaren van het verzonden signaal, dat op verschillende manieren is binnengekomen. Dit maakt het mogelijk om meer energie uit het oorspronkelijke signaal te halen, aangezien golven die door de ene antenne worden ontvangen, worden mogelijk niet door een andere ontvangen en omgekeerd. Ook kunnen signalen die uit fase bij de ene antenne aankomen, in fase bij de andere aankomen. Dit schema voor de organisatie van de radio-interface kan Single Input Multiple Output (SIMO) worden genoemd, in tegenstelling tot het standaard Single Input Single Output (SISO)-schema. De omgekeerde benadering kan ook worden toegepast: wanneer meerdere antennes worden gebruikt voor zenden en één voor ontvangen. Dit verhoogt ook de totale energie van het oorspronkelijke signaal dat door de ontvanger wordt ontvangen. Dit schema wordt Multiple Input Single Output (MISO) genoemd. In beide schema's (SIMO en MISO) zijn verschillende antennes aan de zijkant van het basisstation geïnstalleerd, aangezien het is moeilijk om antennediversiteit in een mobiel apparaat over een voldoende grote afstand te implementeren zonder de afmetingen van de eindapparatuur zelf te vergroten.

Hoe MIMO werkt

Om de MIMO-technologie te laten werken, zijn enkele wijzigingen in de structuur van de zender vereist in vergelijking met conventionele systemen. Laten we slechts één van de mogelijke, meest eenvoudige manieren bekijken om MIMO-technologie te organiseren. Allereerst is er aan de zendzijde een stroomverdeler nodig, die de voor verzending bestemde gegevens verdeelt in verschillende langzame substromen, waarvan het aantal afhangt van het aantal antennes. Voor MIMO 4x4 en een invoersnelheid van 200 Mbps zal de divider bijvoorbeeld 4 streams van elk 50 Mbps creëren. Verder moet elk van deze stromen via zijn eigen antenne worden verzonden. Doorgaans worden zendantennes opgesteld met enige ruimtelijke scheiding om zoveel mogelijk onechte signalen mogelijk te maken die het gevolg zijn van multipaths. Bij een van de mogelijke manieren om MIMO-technologie te organiseren, wordt het signaal van elke antenne met een andere polarisatie verzonden, waardoor het bij ontvangst kan worden geïdentificeerd. In het eenvoudigste geval wordt elk van de verzonden signalen echter gemarkeerd door het transmissiemedium zelf (tijdvertraging en andere vervormingen).

MIMO voor meerdere gebruikers (MU-MIMO)

In de uplink-richting - van MS naar BTS, verzenden gebruikers hun informatie tegelijkertijd op dezelfde frequentie. In dit geval doet zich een moeilijkheid voor voor het basisstation: het is noodzakelijk om de signalen van verschillende abonnees te scheiden. Een mogelijke manier om met dit probleem om te gaan is ook de lineaire verwerkingsmethode, die voorziet in een voorlopig verzonden signaal. Het oorspronkelijke signaal wordt volgens deze methode vermenigvuldigd met een matrix die is samengesteld uit coëfficiënten die interferentie van andere abonnees weerspiegelen. De matrix wordt samengesteld op basis van de huidige situatie in de ether: het aantal abonnees, transmissiesnelheden, etc. Zo wordt het signaal voorafgaand aan de verzending onderworpen aan vervorming die omgekeerd is aan die welke het tijdens radiotransmissie tegenkomt.

In downlink - de richting van BTS naar MS, zendt het basisstation signalen tegelijkertijd op hetzelfde kanaal naar meerdere abonnees tegelijk. Dit leidt ertoe dat het signaal dat voor een abonnee wordt uitgezonden de ontvangst van alle andere signalen beïnvloedt, d.w.z. interferentie optreedt. Mogelijke opties om dit probleem aan te pakken zijn het gebruik of de toepassing van dirty paper coderingstechnologie (“dirty paper”). Laten we de technologie voor vuil papier eens nader bekijken. Het werkingsprincipe is gebaseerd op de analyse van de huidige staat van de radio en het aantal actieve abonnees. De enige (eerste) abonnee verzendt zijn gegevens naar het basisstation zonder te coderen, zijn gegevens te wijzigen, want. er is geen interferentie van andere abonnees. De tweede abonnee zal coderen, d.w.z. de energie van zijn signaal veranderen om het eerste niet te verstoren en zijn signaal niet te onderwerpen aan invloed van het eerste. Volgende abonnees die aan het systeem worden toegevoegd, zullen dit principe ook volgen, gebaseerd op het aantal actieve abonnees en het effect van de signalen die ze uitzenden.

Toepassing van MIMO

De WiMAX-standaard heeft ook twee releases die gebruikers nieuwe mogelijkheden bieden met behulp van MIMO-technologie. De eerste, 802.16e, biedt mobiele breedbanddiensten. Hiermee kunt u informatie met een snelheid tot 40 Mbps in de richting van het basisstation naar de abonnee-apparatuur overbrengen. MIMO in 802.16e wordt echter als een optie beschouwd en wordt gebruikt in de eenvoudigste configuratie - 2x2. In de volgende release wordt 802.16m MIMO beschouwd als een verplichte technologie, met een mogelijke 4x4-configuratie. In dit geval kan WiMAX al worden toegeschreven aan mobiele communicatiesystemen, namelijk hun vierde generatie (vanwege de hoge gegevensoverdrachtsnelheid), omdat heeft een aantal kenmerken die inherent zijn aan mobiele netwerken: spraakverbindingen. Bij mobiel gebruik kan theoretisch 100 Mbps gehaald worden. In de vaste versie kan de snelheid oplopen tot 1 Gbps.

Van het grootste belang is het gebruik van MIMO-technologie in cellulaire communicatiesystemen. Deze technologie heeft zijn toepassing gevonden sinds de derde generatie cellulaire communicatiesystemen. Bijvoorbeeld in de standaard, in Rel. 6, wordt het gebruikt in combinatie met HSPA-technologie met ondersteuning voor snelheden tot 20 Mbps, en in Rel. 7 - met HSPA+, waar gegevensoverdrachtsnelheden 40 Mbps bereiken. MIMO heeft echter geen brede toepassing gevonden in 3G-systemen.

Systemen, namelijk LTE, voorzien ook in het gebruik van MIMO in configuraties tot 8x8. Dit kan het in theorie mogelijk maken om gegevens van het basisstation naar de abonnee over 300 Mbps te verzenden. Een belangrijk positief punt is ook de stabiele kwaliteit van de verbinding, zelfs aan de rand. In dit geval zal, zelfs op een aanzienlijke afstand van het basisstation, of wanneer u zich in een afgelegen kamer bevindt, slechts een lichte daling van de gegevensoverdrachtsnelheid worden waargenomen.

MIMO-technologie heeft een grote rol gespeeld bij de ontwikkeling van wifi. Een paar jaar geleden was het onmogelijk om je andere apparaten voor te stellen met een doorvoer van 300 Mbps of meer. De opkomst van nieuwerden, bijvoorbeeld 802.11n, was grotendeels te danken aan MIMO.

In het algemeen is het vermeldenswaard dat als we het hebben over WiFi-technologie, we eigenlijk een van de communicatiestandaarden bedoelen, en specifiek IEEE 802.11. WiFi werd een merk nadat de verleidelijke vooruitzichten voor het gebruik van draadloze datatransmissie werden geschetst. Iets meer over wifi-technologie en de 802.11-standaard is te vinden in.

Wat is MIMO-technologie?

Als we de eenvoudigst mogelijke definitie geven, dan: MIMO is multi-stream gegevensoverdracht.. De afkorting kan uit het Engels worden vertaald als "meerdere ingangen, meerdere uitgangen." In tegenstelling tot zijn voorganger (SingleInput / SingleOutput), wordt bij apparaten met MIMO-ondersteuning het signaal uitgezonden op één radiokanaal met niet één, maar meerdere ontvangers en zenders. Bij het aanduiden van de technische kenmerken van wifi-apparaten wordt hun nummer naast de afkorting aangegeven. 3x2 betekent bijvoorbeeld 3 signaalzenders en 2 ontvangstantennes.

Daarnaast, MIMO maakt gebruik van ruimtelijke multiplexing. Achter de intimiderende naam schuilt een technologie voor de gelijktijdige overdracht van meerdere datapakketten over een enkel kanaal. Dankzij deze "compressie" van het kanaal kan de doorvoer worden verdubbeld of zelfs meer.

MIMO en wifi

Met de groeiende populariteit van draadloze gegevensoverdracht via wifi-verbindingen zijn natuurlijk de eisen aan hun snelheid toegenomen. En het was MIMO-technologie en andere ontwikkelingen die het als basis namen die het mogelijk maakten om de doorvoer meerdere keren te verhogen. De ontwikkeling van WiFi volgt het pad van de ontwikkeling van 802.11-standaarden - a, b, g, n enzovoort. We noemden de opkomst van de 802.11n-standaard niet voor niets. Meerdere invoer Meerdere uitvoer - het belangrijkste onderdeel, waardoor de kanaalsnelheid van de draadloze verbinding kon worden verhoogd van 54 Mbps tot meer dan 300 Mbps.

De 802.11n-standaard maakt zowel de standaard 20 MHz-kanaalbreedte als een hogere bandbreedte van 40 MHz mogelijk. Zoals hierboven vermeld, wordt het signaal meerdere keren gereflecteerd, waardoor meerdere streams op hetzelfde communicatiekanaal worden gebruikt.

Dankzij deze wifi-gebaseerde internettoegang kun je nu niet alleen surfen, mail checken en chatten in ICQ, maar ook online games, online video, Skype-chatten en ander "zwaar" verkeer.

De nieuwere standaard maakt ook gebruik van MIMO-technologie.

Uitdagingen bij het gebruik van MIMO in WIFI

Aan het begin van de vorming van technologie was er een probleem bij het combineren van apparaten, werken met MIMO-ondersteuning en zonder. Nu is dit echter niet meer zo relevant - bijna elke zichzelf respecterende fabrikant van draadloze apparatuur gebruikt het in hun apparaten.

Een van de problemen met de opkomst van datatransmissietechnologie waarbij meerdere ontvangers en meerdere zenders worden gebruikt, was de prijs van het apparaat. Echter, hier de echte prijsrevolutie werd gemaakt door het bedrijf. Ze slaagde er niet alleen in om met MIMO-ondersteuning de productie van draadloze apparatuur tot stand te brengen, maar ook tegen zeer betaalbare prijzen. Kijk bijvoorbeeld naar de kosten van een typische bedrijfskit - (basisstation), (aan de klantzijde). En in deze apparaten, niet alleen MIMO, maar een gepatenteerde verbeterde airmax-technologie daarop gebaseerd.

Het probleem blijft alleen de toename van het aantal antennes en zenders (nu maximaal 3) voor apparaten met PoE. Het aandrijven van een meer energieverslindend ontwerp is moeilijk, maar nogmaals, Ubiquiti maakt voortdurend veranderingen in deze richting.

AirMAX-technologie

Ubiquiti Networks is een erkende leider in de ontwikkeling en implementatie van innovatieve WiFi-technologieën, waaronder MIMO. Het was op zijn basis dat Ubiquiti de technologie ontwikkelde en patenteerde AirMAX. De essentie is dat de ontvangst en verzending van een signaal door meerdere antennes op één kanaal wordt geordend en gestructureerd door het TDMA-protocol met hardwareversnelling: datapakketten worden verdeeld over afzonderlijke tijdsleuven, transmissiewachtrijen worden gecoördineerd.

Hiermee kunt u de bandbreedte van het kanaal uitbreiden, het aantal aangesloten abonnees vergroten zonder de kwaliteit van de communicatie te verliezen. Deze oplossing is efficiënt, gebruiksvriendelijk en vooral goedkoop. In tegenstelling tot vergelijkbare apparatuur die in WiMAX-netwerken wordt gebruikt, valt de prijs van apparatuur van Ubiquiti Networks met AirMAX-technologie in de smaak.

website

mimo-m meerdere antennetechnologieën in LTE

MIMO-functies (M meerdere input-meerdere output)

Het gebruik van MIMO-technologieën (multiple input - multiple output) lost twee problemen op:

Verhogen van de kwaliteit van communicatie door ruimtelijke tijd-/frequentiecodering en (of) beamforming (beamforming),

De transmissiesnelheid verhogen bij gebruik van ruimtelijke multiplexing.

MIMO-structuur

Verschillende implementaties van MIMO betekenen de gelijktijdige verzending van meerdere onafhankelijke berichten in één fysiek kanaal. Om de MIMO-actie uit te voeren, worden multi-antennesystemen gebruikt: aan de zendzijde is er: N naar zendantennes, en aan de ontvangende kant N r ontvangst kamers. Deze structuur wordt getoond in Fig. een.

Rijst. 1. MIMO-structuur:

Wat is MIMO?

MIMO (Engels) Meerdere invoer Meerdere uitvoer) -een methode voor ruimtelijke signaalcodering waarmee u de kanaalbandbreedte kunt vergroten, waarin gegevens worden verzonden met behulp van N antennes en hun ontvangst M antennes. De zend- en ontvangstantennes zijn voldoende gescheiden om een zwakke correlatie tussen aangrenzende antennes te bereiken.

Geschiedenis van MIMO

De geschiedenis van MIMO-systemen als object van draadloze communicatie is nog niet erg lang. Het eerste patent voor het gebruik van het MIMO-principe in radiocommunicatie werd in 1984 ingediend namens Bell Laboratories-medewerker Jack Winters. Op basis van zijn onderzoek publiceerde Jack Salz van hetzelfde bedrijf in 1985 het eerste artikel over MIMO-oplossingen. De ontwikkeling van deze richting werd tot 1995 voortgezet door Bell Laboratories en andere onderzoekers. In 1996 stelden Greg Raleigh en Gerald J. Foschini een nieuwe implementatie van het MIMO-systeem voor, waardoor de efficiëntie werd verhoogd. Vervolgens Greg Raleigh, die wordt gecrediteerd met OFDM ( Orthogonale frequentieverdeling multiplexing Orthogonal Carrier Multiplexing voor MIMO, richtte Airgo Networks op, dat de eerste MIMO-chipset genaamd True MIMO ontwikkelde.

Ondanks de vrij korte tijdsperiode sinds de oprichting, heeft de MIMO-richting zich echter op een zeer veelzijdige manier ontwikkeld en omvat een heterogene familie van methoden die kunnen worden geclassificeerd volgens het principe van signaalscheiding in de ontvanger. Tegelijkertijd gebruiken MIMO-systemen beide benaderingen voor signaalscheiding die al in de praktijk zijn ingevoerd, evenals nieuwe. Deze omvatten bijvoorbeeld ruimte-tijd, ruimte-frequentie, ruimtelijke polarisatiecodering, evenals superresolutie in de richting van signaalaankomst bij de ontvanger. Dankzij de overvloed aan benaderingen voor signaalscheiding was het mogelijk om zo'n lange ontwikkeling van normen voor het gebruik van MIMO-systemen in communicatie te garanderen. Alle varianten van MIMO zijn echter gericht op het bereiken van hetzelfde doel: het verhogen van de piekgegevenssnelheid in communicatienetwerken door de ruisimmuniteit te verbeteren.

De eenvoudigste MIMO-antenne is een systeem van twee asymmetrische vibrators (monopolen) die onder een hoek van ±45° ten opzichte van de verticale as zijn georiënteerd (Fig. 2).

Rijst. 2 De eenvoudigste MIMO-antenne

Een dergelijke polarisatiehoek maakt het mogelijk dat de kanalen zich in gelijke omstandigheden bevinden, aangezien bij een horizontaal-verticale oriëntatie van de emitters, een van de polarisatiecomponenten onvermijdelijk een grotere demping zou krijgen wanneer deze zich langs het aardoppervlak voortplant. De door elke monopool onafhankelijk uitgezonden signalen zijn onderling orthogonaal gepolariseerd met een voldoende hoge onderlinge ontkoppeling in de kruispolarisatiecomponent (minimaal 20 dB). Een soortgelijke antenne wordt ook aan de ontvangende kant gebruikt. Deze benadering maakt gelijktijdige transmissie van signalen mogelijk met dezelfde draaggolven die op verschillende manieren zijn gemoduleerd. Het principe van polarisatiescheiding zorgt voor een verdubbeling van de bandbreedte van de radioverbinding in vergelijking met het geval van een enkele monopool (in ideale zichtlijnen met identieke oriëntatie van de ontvangst- en zendantennes). Zo kan in wezen elk systeem met dubbele polarisatie als een MIMO-systeem worden beschouwd.

Verdere evolutie van MIMO

Tegen de tijd dat MIMO-technologie werd gespecificeerd in Release 7, verspreidde de standaard zich actief over de hele wereld. Er zijn pogingen geweest om netwerken van de derde generatie te combineren met MIMO-technologie, maar deze hebben geen brede verspreiding gekregen. Volgens de Global Mobile Equipment Suppliers Association ( wereldwijde mobiele leveranciersvereniging, GSA) van 11/04/2010 op dat moment, van de 2776 soorten apparaten met HSPA-ondersteuning op de markt, ondersteunen slechts 28 modellen MIMO. Bovendien leidt de introductie van een MIMO-netwerk met een lage penetratie van MIMO-terminals tot een afname van de netwerkdoorvoer. Nokia heeft de technologie ontwikkeld om bandbreedteverlies te minimaliseren, maar het zou alleen effectief zijn als de MIMO-terminalpenetratie ten minste 40% van de abonnee-apparaten zou zijn. Als aanvulling op het bovenstaande is het de moeite waard eraan te herinneren dat op 14 december 2009 's werelds eerste mobiele netwerk op basis van LTE-technologie werd gelanceerd, waardoor veel hogere snelheden konden worden bereikt. Op basis hiervan kan worden gezien dat de operators waren gericht op de snelle uitrol van LTE-netwerken, in plaats van op de modernisering van derde generatie netwerken.

Tegenwoordig kunnen we de snelle groei van het verkeersvolume in mobiele netwerken van de 4e generatie vaststellen, en om al hun abonnees de nodige snelheid te bieden, moeten operators verschillende methoden zoeken om de gegevensoverdrachtsnelheid te verhogen of de efficiëntie te verhogen van het gebruik van de frequentiebron. MIMO daarentegen maakt het mogelijk om bijna 2 keer meer gegevens in de beschikbare bandbreedte voor dezelfde tijdsperiode te verzenden met de 2x2-optie. Als we de 4x4-antenne-implementatie gebruiken, is de maximale downloadsnelheid helaas 326 Mbps, en niet 400 Mbps, zoals de theoretische berekening suggereert. Dit komt door de eigenaardigheid van transmissie via 4 antennes. Elke antenne krijgt bepaalde resource-elementen (RE) toegewezen voor het verzenden van referentiesymbolen. Ze zijn nodig voor het organiseren van coherente demodulatie en kanaalschatting. De locatie van deze RE's wordt getoond in Fig. 3. Aan de zendantennes zijn logische antennepoortnummers toegewezen. Tekens gemarkeerd met R0 staan op poort 0, R1 op poort 1, enzovoort. Als gevolg hiervan wordt 14,3% van alle RE's toegewezen voor het verzenden van referentiesymbolen, wat de reden is voor het verschil tussen theoretische en praktische snelheden.