Recenzie na smerovače s technológiou mu mimo. Technológia prenosu dát MIMO v bezdrôtových WIFI sieťach

9. apríla 2014

Naraz, keď ticho a nepostrehnuteľne opustilo IR spojenie, prestali používať Bluetooth na výmenu dát. A teraz je na rade Wi-Fi ...

Bol vyvinutý viacuživatelský systém s viacerými vstupmi a výstupmi, ktorý umožňuje sieti komunikovať s viac ako jedným počítačom súčasne. Tvorcovia tvrdia, že použitím rovnakého rádiového vlnového pásma, ktoré je vyhradené pre Wi-Fi, sa kurz môže strojnásobiť.

Spoločnosť Qualcomm Atheros vyvinula viacužívateľský systém s viacerými vstupmi / výstupmi (protokol MU-MIMO), ktorý umožňuje sieti komunikovať s viac ako jedným počítačom súčasne. Spoločnosť plánuje začať s demonštráciou technológie v priebehu niekoľkých nasledujúcich mesiacov, než bude expedovaná zákazníkom začiatkom budúceho roka.

Aby však dosiahli tento vysoký výmenný kurz, budú musieť používatelia aktualizovať svoje počítače aj sieťové smerovače.

Pomocou protokolu Wi -Fi sú klienti obsluhovaní sekvenčne - v určitom časovom intervale sa používa iba jedno zariadenie na prenos a príjem informácií - takže sa používa iba malá časť šírky pásma siete.

Kumulácia týchto sekvenčných udalostí vytvára pokles výmenného kurzu, pretože k sieti sa pripája stále viac zariadení.

Protokol MU-MIMO (viac používateľov, viac vstupov, viac výstupov) poskytuje simultánny prenos informácií skupine klientov, čo efektívnejšie využíva dostupnú šírku pásma siete Wi-Fi, a tým urýchľuje prenos.

Spoločnosť Qualcomm verí, že tieto možnosti budú obzvlášť užitočné v kongresových centrách a internetových kaviarňach, keď je k tej istej sieti pripojených viac používateľov.

Spoločnosť tiež verí, že nejde len o zvýšenie absolútnej rýchlosti, ale aj o efektívnejšie využitie siete a vysielacieho času na podporu rastúceho počtu pripojených zariadení, služieb a aplikácií.

Čipy MU-Mimo Qualcomm sa chystá predať výrobcom smerovačov, prístupových bodov, smartfónov, tabletov a ďalších zariadení s podporou Wi-Fi. Prvé čipy budú schopné pracovať súčasne so štyrmi dátovými tokmi; podpora technológie bude zahrnutá v čipoch Atheros 802.11ac a mobilných procesoroch Snapdragon 805 a 801. Ukážka technológie sa uskutoční v tomto roku, pričom prvé dodávky čipov sú naplánované na Q1 budúci rok.

Teraz, kto sa chce tejto technológii podrobnejšie venovať, pokračujeme ...

MIMO Multiple Input Multiple Output (Multiple Input Multiple Output) je technológia používaná v bezdrôtových komunikačných systémoch (WIFI, WI-MAX, mobilné siete), ktorá môže výrazne zlepšiť spektrálnu účinnosť systému, maximálnu rýchlosť prenosu dát a kapacitu siete. Hlavným spôsobom, ako dosiahnuť vyššie uvedené výhody, je prenos údajov zo zdroja do cieľa prostredníctvom viacerých rádiových spojení, odkiaľ táto technológia dostala svoj názov. Uvažujme o pozadí tohto problému a identifikujeme hlavné dôvody rozšíreného používania technológie MIMO.

Potreba vysokorýchlostných pripojení, ktoré poskytujú vysokú kvalitu služieb (QoS) s vysokou dostupnosťou, z roka na rok rastie. Toto je do značnej miery uľahčené vznikom takých služieb, ako sú VoIP (Voice over Internet Protocol), videokonferencie, VoD (Video on Demand) atď. Väčšina bezdrôtových technológií však neumožňuje poskytovať predplatiteľom vysokokvalitné služby na okraji oblasť pokrytia. V mobilných a iných bezdrôtových komunikačných systémoch klesá kvalita pripojenia a dostupná rýchlosť prenosu dát so vzdialenosťou od základňovej stanice (BTS). Spolu s tým klesá aj kvalita služieb, čo v konečnom dôsledku vedie k nemožnosti poskytovať vysokokvalitné služby v reálnom čase na celom území rádiového pokrytia siete. Na vyriešenie tohto problému sa môžete pokúsiť nainštalovať základňové stanice čo najtesnejšie a zorganizovať vnútorné pokrytie na všetkých miestach s nízkou úrovňou signálu. To si však vyžiada značné finančné náklady, ktoré v konečnom dôsledku povedú k zvýšeniu nákladov na službu a zníženiu konkurencieschopnosti. Na vyriešenie tohto problému je teda potrebná originálna inovácia, ktorá pokiaľ možno používa súčasný frekvenčný rozsah a nevyžaduje výstavbu nových sieťových zariadení.

Vlastnosti šírenia rádiových vĺn

Aby sme pochopili princípy technológie MIMO, je potrebné zvážiť všeobecné princípy šírenia rádiových vĺn vo vesmíre. Vlny vysielané rôznymi bezdrôtovými rádiovými systémami v rozsahu nad 100 MHz sa správajú podobne ako svetelné lúče. Keď sa rádiové vlny počas šírenia stretnú s akýmkoľvek povrchom, v závislosti od materiálu a veľkosti prekážky sa časť energie absorbuje, časť prejde a zvyšok sa odrazí. Pomer podielov absorbovaných, odrazených a prenášaných časťami energií je ovplyvnený mnohými vonkajšími faktormi vrátane frekvencie signálu. Odrazená a prenášaná energia signálu navyše môže zmeniť smer jeho ďalšieho šírenia a samotný signál je rozdelený do niekoľkých vĺn.

Signál šíriaci sa podľa vyššie uvedených zákonov od zdroja k prijímaču sa po stretnutí s mnohými prekážkami rozpadá na mnoho vĺn, z ktorých sa iba časť dostane k prijímaču. Každá z vĺn dosahujúcich prijímač tvorí takzvanú cestu šírenia signálu. Navyše, vzhľadom na to, že rôzne vlny sa odrážajú od rôzneho počtu prekážok a cestujú rôznymi vzdialenosťami, majú rôzne cesty rôzne časové oneskorenia.

V hustej mestskej budove kvôli veľkému množstvu prekážok, ako sú budovy, stromy, autá atď., Často nastáva situácia, keď neexistuje priama viditeľnosť medzi predplatiteľským zariadením (MS) a anténami základňovej stanice (BTS) . V tomto prípade sú odrazené vlny jediným spôsobom, ako dosiahnuť signál prijímača. Ako je však uvedené vyššie, viacnásobný odrazený signál už nemá počiatočnú energiu a môže prísť s oneskorením. Obzvlášť ťažká je skutočnosť, že objekty nie vždy zostanú stáť a situácia sa môže časom výrazne zmeniť. To vyvoláva problém šírenia viaccestného signálu - jeden z najdôležitejších problémov bezdrôtových komunikačných systémov.

Propagácia viacerých ciest - problém alebo výhoda?

Na boj s viaccestnými signálmi sa používa niekoľko rôznych riešení. Jednou z najbežnejších technológií je Receive Diversity. Jeho podstata spočíva v tom, že na príjem signálu nie je použitá jedna, ale niekoľko antén (spravidla dve, menej často štyri) umiestnené vo vzájomnej vzdialenosti. Prijímač teda nemá jednu, ale dve kópie prenášaného signálu, ktoré prišli rôznymi spôsobmi. To umožňuje zozbierať viac energie pôvodného signálu, pretože vlny prijaté jednou anténou nemusia byť prijímané inou a naopak. Signály prichádzajúce v protifáze k jednej anténe môžu prichádzať vo fáze s druhou. Túto schému rádiového rozhrania je možné nazvať viacnásobným výstupom jedného vstupu (SIMO), na rozdiel od štandardnej schémy jedného vstupu jedného výstupu (SISO). Je možné použiť aj opačný prístup: keď sa na prenos používa niekoľko antén a na príjem jedna. To tiež zvyšuje celkovú energiu pôvodného signálu prijatého prijímačom. Tento obvod sa nazýva viacnásobný vstupný jeden výstup (MISO). V oboch schémach (SIMO a MISO) je na strane základňovej stanice nainštalovaných niekoľko antén, pretože Je ťažké implementovať diverzitu antény v mobilnom zariadení na dostatočne veľkú vzdialenosť bez zvýšenia veľkosti samotného koncového zariadenia.

V dôsledku ďalšieho uvažovania sa dostávame k schéme MIMO (Multiple Input Multiple Output). V tomto prípade je nainštalovaných viac vysielacích a prijímacích antén. Na rozdiel od vyššie uvedených schém však táto schéma rozmanitosti umožňuje nielen boj proti viaccestnému šíreniu signálu, ale tiež získať niektoré ďalšie výhody. Použitím viacerých vysielacích a prijímacích antén môže byť každý pár vysielacích / prijímacích antén priradený k samostatnej ceste na prenos informácií. V takom prípade budú príjem rozmanitosti vykonávať zostávajúce antény a táto anténa bude fungovať aj ako doplnková anténa pre iné prenosové cesty. V dôsledku toho je teoreticky možné zvýšiť prenosovú rýchlosť toľkokrát, koľkokrát sa použije počet ďalších antén. Kvalita každej rádiovej cesty však spôsobuje značné obmedzenie.

Ako funguje MIMO

Ako je uvedené vyššie, na organizáciu technológie MIMO je potrebné nainštalovať niekoľko antén na vysielaciu a prijímaciu stranu. Na vstupe a výstupe systému je zvyčajne nainštalovaný rovnaký počet antén, pretože v tomto prípade sa dosiahne maximálna prenosová rýchlosť. Na zobrazenie počtu vysielacích a prijímacích antén spolu s názvom technológie MIMO sa zvyčajne uvádza označenie „AxB“, kde A je počet antén na vstupe systému a B je na výstupe. V tomto prípade systém odkazuje na rádiové spojenie.

Aby technológia MIMO fungovala, sú v porovnaní s konvenčnými systémami potrebné určité zmeny v štruktúre vysielača. Uvažujme iba o jednom z možných, najjednoduchších spôsobov organizácie technológie MIMO. V prvom rade je na vysielacej strane potrebný rozdeľovač prúdov, ktorý rozdelí údaje určené na prenos na niekoľko nízkorýchlostných podprúdov, ktorých počet závisí od počtu antén. Napríklad pre MIMO 4x4 a vstupnú dátovú rýchlosť 200 Mbps bude rozdeľovač vytvárať 4 toky po 50 Mbps. Ďalej musí byť každý z týchto tokov vysielaný prostredníctvom vlastnej antény. Vysielacie antény sú spravidla od seba vzdialené, aby poskytovali čo najviac rušivých signálov, ktoré sú výsledkom viacnásobných odrazov. V jednom z možných spôsobov organizácie technológie MIMO je signál prenášaný z každej antény s rôznymi polarizáciami, čo umožňuje jej identifikáciu počas príjmu. Avšak v najjednoduchšom prípade je každý z prenášaných signálov označený samotným prenosovým médiom (časové oneskorenie, útlm a iné skreslenia).

Na strane príjmu prijíma signál z rozhlasového vysielania niekoľko antén. Antény na prijímacej strane sú navyše tiež inštalované s určitou priestorovou diverzitou, vďaka čomu je zaistený príjem diverzity diskutovaný skôr. Prijímané signály smerujú k prijímačom, ktorých počet zodpovedá počtu antén a prenosových ciest. Každý z prijímačov navyše prijíma signály zo všetkých antén systému. Každý z týchto sčítačov oddeľuje od celkového toku energetickú energiu iba dráhy, za ktorú je zodpovedný. Robí to buď nejakou vopred určenou vlastnosťou, ktorou bol každý zo signálov vybavený, alebo analýzou oneskorenia, útlmu, fázového posunu, t.j. súbor skreslení alebo „odtlačok prsta“ distribučného média. V závislosti od princípu systému (Bell Laboratories Layered Space -Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC) atď.) Možno prenášaný signál po určitom čase zopakovať alebo ho s malým oneskorením prenášať prostredníctvom iných antén. .

V systéme MIMO môže nastať neobvyklý jav, že rýchlosť prenosu údajov v systéme MIMO sa môže znížiť, ak je medzi zdrojom a prijímačom signálu priama viditeľnosť. Je to predovšetkým kvôli zníženiu závažnosti deformácií v okolitom priestore, ktoré označujú každý zo signálov. Výsledkom je, že oddelenie signálov na prijímacej strane je problematické a začínajú sa navzájom ovplyvňovať. Čím vyššia je kvalita rádiového pripojenia, tým menší úžitok môžete mať z MIMO.

Viacnásobný používateľ MIMO (MU-MIMO)

Vyššie uvedený princíp rádiovej komunikácie sa týka takzvaného MIMO jedného používateľa (SU-MIMO), kde je iba jeden vysielač a prijímač informácií. V tomto prípade môžu vysielač aj prijímač jasne koordinovať svoje akcie a zároveň nie je žiadnym prekvapením, keď sa v éteri môžu objaviť noví používatelia. Takáto schéma je celkom vhodná pre malé systémy, napríklad na organizovanie komunikácie v domácej kancelárii medzi dvoma zariadeniami. Na druhej strane väčšina systémov, ako sú WI-FI, WIMAX, bunkové komunikačné systémy, sú viacužívateľské, t.j. majú jediné centrum a niekoľko vzdialených objektov, pričom pri každom z nich je potrebné zorganizovať rádiové spojenie. Existujú teda dva problémy: na jednej strane musí základňová stanica vysielať signál mnohým predplatiteľom prostredníctvom rovnakého anténneho systému (vysielanie MIMO) a súčasne prijímať signál prostredníctvom rovnakých antén od niekoľkých účastníkov (MIMO MAC - Viacnásobné prístupové kanály).

V smere uplinku - od MS do BTS, užívatelia prenášajú svoje informácie súčasne na rovnakej frekvencii. V tomto prípade vzniká pre základňovú stanicu problém: je potrebné oddeliť signály od rôznych účastníkov. Jedným z možných spôsobov boja proti tomuto problému je tiež lineárne spracovanie, ktoré predkóduje prenášaný signál. Pôvodný signál je podľa tejto metódy vynásobený maticou, ktorá je zložená z koeficientov odrážajúcich rušenie od ostatných používateľov. Matica je zostavená na základe aktuálnej situácie vo vzduchu: počet predplatiteľov, prenosové rýchlosti atď. Pred prenosom je teda signál vystavený skresleniu opačnému, ako s akým sa stretne počas prenosu vzduchom.

V zostupnom smere - smer z BTS do MS, základňová stanica vysiela signály súčasne na rovnakom kanáli viacerým účastníkom naraz. To vedie k tomu, že signál prenášaný jednému účastníkovi ovplyvňuje príjem všetkých ostatných signálov, t.j. dochádza k rušeniu. Možnými riešeniami boja proti tomuto problému je použitie inteligentnej antény alebo technológie kódovania špinavého papiera. Pozrime sa podrobnejšie na technológiu špinavého papiera. Jeho princíp fungovania je založený na analýze súčasného stavu rozhlasového vysielania a počtu aktívnych predplatiteľov. Jediný (prvý) účastník prenáša svoje údaje na základňovú stanicu bez kódovania, pričom svoje údaje mení, pretože nedochádza k rušeniu od ostatných predplatiteľov. Druhý predplatiteľ bude kódovať, t.j. zmeňte energiu svojho signálu tak, aby nerušil prvý a aby váš signál nepodliehal vplyvu prvého. Nasledujúci predplatitelia pridaní do systému sa tiež budú riadiť týmto princípom a budú sa spoliehať na počet aktívnych predplatiteľov a účinok signálov, ktoré vysielajú.

MIMO aplikácia

Technológia MIMO v poslednom desaťročí je jedným z najdôležitejších spôsobov zvýšenia priepustnosti a kapacity bezdrôtových komunikačných systémov. Pozrime sa na niekoľko príkladov použitia MIMO v rôznych komunikačných systémoch.

Štandard WiFi 802.11n je jedným z najpozoruhodnejších príkladov použitia technológie MIMO. Podľa neho vám umožňuje udržiavať rýchlosti až 300 Mbps. Predchádzajúci štandard 802.11g navyše umožňoval iba 50 Mb / s. Okrem zvýšenia rýchlosti prenosu dát nový štandard vďaka MIMO umožňuje aj lepšiu kvalitu výkonu služby na miestach s nízkou úrovňou signálu. 802.11n sa používa nielen v bodových / viacbodových systémoch - najbežnejší priestor na používanie technológie WiFi na organizovanie siete LAN (Local Area Network), ale aj na organizovanie bodových / bodových spojení, ktoré sa používajú na organizáciu diaľkových komunikačných kanálov rýchlosťou niekoľko stoviek Mbps a umožňuje prenos dát cez desiatky kilometrov (až 50 km).

Štandard WiMAX má tiež dve vydania, ktoré používateľom používajúcim technológiu MIMO otvárajú nové možnosti. Prvý z nich, 802.16e, poskytuje mobilné širokopásmové služby. Umožňuje vám prenášať informácie rýchlosťou až 40 Mbit / s v smere od základňovej stanice k predplatiteľskému zariadeniu. MIMO v 802.16e sa však považuje za možnosť a používa sa v najjednoduchšej konfigurácii 2x2. V nasledujúcom vydaní je 802.16m MIMO považovaný za povinnú technológiu s možnou konfiguráciou 4x4. V tomto prípade už možno WiMAX pripísať bunkovým komunikačným systémom, konkrétne ich štvrtej generácii (kvôli vysokej rýchlosti prenosu dát), pretože má množstvo funkcií, ktoré sú súčasťou celulárnych sietí: roaming, odovzdávanie, hlasové spojenia. V prípade mobilného použitia je teoreticky možné dosiahnuť rýchlosť 100 Mbps. V pevnej verzii môže byť rýchlosť až 1 Gbit / s.

Najväčším záujmom je použitie technológie MIMO v bunkových komunikačných systémoch. Táto technológia sa používa od tretej generácie bunkových komunikačných systémov. Napríklad v štandarde UMTS v Rel. 6, používa sa v spojení s technológiou HSPA s podporou rýchlostí až 20 Mbps a v Rel. 7 - s HSPA +, kde rýchlosť prenosu dát dosahuje 40 Mbps. V systémoch 3G však MIMO nenašlo široké využitie.

Systémy, konkrétne LTE, tiež umožňujú použitie MIMO v konfiguráciách až 8x8. Teoreticky to môže umožniť prenos dát zo základňovej stanice k predplatiteľovi viac ako 300 Mbps. Dôležitým pozitívnym bodom je tiež konzistentná kvalita spojenia aj na okraji plástu. Súčasne bude dokonca aj vo značnej vzdialenosti od základňovej stanice alebo vo vzdialenej miestnosti pozorovaný iba mierny pokles rýchlosti prenosu údajov.

Technológia MIMO teda nachádza uplatnenie takmer vo všetkých systémoch bezdrôtového prenosu dát. Navyše, jeho potenciál nebol vyčerpaný. Už sa vyvíjajú nové možnosti konfigurácie antény, až do 64 x 64 MIMO. To v budúcnosti umožní dosiahnuť ešte vyššie prenosové rýchlosti, kapacitu siete a spektrálnu účinnosť.

Jedna z najdôležitejších a najdôležitejších inovácií Wi -Fi za posledných 20 rokov - Multi User - Technológia MU -MIMO (Multiple Input Multiple Output). MU-MIMO rozširuje funkčnosť nedávno vydanej aktualizácie 802.11ac Wave 2. Toto je určite obrovský prielom v oblasti bezdrôtového pripojenia. Táto technológia pomáha zvýšiť teoretickú maximálnu rýchlosť bezdrôtového prenosu z 3,47 Gb / s v pôvodnej špecifikácii 802.11ac na 6,93 Gb / s v aktualizácii 802.11ac Wave 2. Jedná sa o jednu z doposiaľ najsofistikovanejších funkcií Wi-Fi.

Pozrime sa, ako to funguje!

Technológia MU-MIMO zvyšuje latku tým, že umožňuje viacerým zariadeniam prijímať viac prúdov dát. Vychádza z technológie Single User MIMO (SU-MIMO), ktorá bola predstavená pred takmer 10 rokmi so štandardom 802.11n.

SU-MIMO zvyšuje rýchlosť Wi-Fi pripojení tým, že dvojici bezdrôtových zariadení umožňuje súčasný príjem alebo odosielanie viacerých dátových tokov.

Obrázok 1. Technológia SU-MIMO poskytuje viackanálové vstupné a výstupné toky do jedného zariadenia súčasne. Technológia MU-MIMO umožňuje súčasnú komunikáciu s viacerými zariadeniami.

Revolučné zmeny pre Wi-Fi v zásade zabezpečujú dve technológie. Prvá z týchto technológií, nazývaná tvarovanie lúčov, umožňuje smerovačom Wi-Fi a prístupovým bodom efektívnejšie využívať rádiové kanály. Pred príchodom tejto technológie fungovali smerovače Wi-Fi a prístupové body ako žiarovky a vysielali signály všetkými smermi. Problém bol v tom je ťažké, aby sa nesústredený signál s obmedzeným výkonom dostal k zariadeniam klientov Wi-Fi.

Pomocou technológie tvarovania lúča si Wi-Fi smerovač alebo prístupový bod vymieňa informácie o svojej polohe s klientskym zariadením. Router potom zmení svoju fázu a výkon, aby generoval najlepší signál. Výsledok: efektívnejšie využitie rádiových signálov, rýchlejšie prenosy dát a možno aj dlhšie maximálne vzdialenosti pripojenia.

Možnosti tvarovania lúčov sa rozširujú. Doteraz Wi-Fi smerovače alebo prístupové body neodmysliteľne zahŕňali iba jednu úlohu, odosielanie alebo prijímanie údajov iba z jedného klientskeho zariadenia súčasne. Predchádzajúce verzie radu štandardov bezdrôtového prenosu dát zo skupiny 802.11, vrátane štandardu 802.11n a prvej verzie štandardu 802.11ac, mali možnosť súčasne prijímať alebo prenášať viacero tokov údajov, ale doteraz neexistoval spôsob, ktorý by umožňoval Wi-Fi router alebo prístupový bod do jedného a toho istého času „komunikuje“ s niekoľkými klientmi naraz. Odteraz sa s pomocou MU-MIMO taká príležitosť objavila.

Toto je skutočne veľký zlom, pretože schopnosť simultánneho prenosu údajov na viacero klientskych zariadení výrazne rozširuje dostupnú šírku pásma pre bezdrôtových klientov. Technológia MU-MIMO posúva bezdrôtové siete po starom CSMA-SD, keď bolo súčasne obsluhované iba jedno zariadenie, do systému, v ktorom môže súčasne „hovoriť“ niekoľko zariadení. Pre názornejší príklad si predstavte prechod z jednoprúdovej vidieckej cesty na širokú diaľnicu.

Dnešný trh preberá druhá generácia bezdrôtových smerovačov a prístupových bodov druhej generácie 802.11ac Wave 2. Každý, kto nasadzuje Wi-Fi, rozumie špecifikám fungovania technológie MU-MIMO. Dávame vám do pozornosti 13 faktov, ktoré vám v tomto smere urýchlia učenie.

1. MU-MIMO iba používa Prúd po prúde (z prístupového bodu do mobilného zariadenia).

Na rozdiel od SU-MIMO, MU-MIMO v súčasnosti funguje iba pre Prenos údajov z prístupového bodu do mobilného zariadenia. Iba bezdrôtové smerovače alebo prístupové body môžu súčasne prenášať údaje viacerým používateľom, či už ide o jeden alebo viac streamov pre každého z nich. Samotné bezdrôtové zariadenia (ako sú smartfóny, tablety alebo prenosné počítače) sa musia stále striedať pri odosielaní údajov do bezdrôtového smerovača alebo prístupového bodu, aj keď jednotlivo môžu používať technológiu SU-MIMO na prenos viacerých prúdov, keď sa otáčajú.

Technológia MU-MIMO bude obzvlášť užitočná v tých sieťach, kde používatelia sťahujú viac údajov ako sťahujú.

Možno bude v budúcnosti implementovaná verzia technológie Wi-Fi: 802.11ax, kde metóda MU-MIMO bude použiteľná aj pre premávku „proti prúdu“.

2. MU-MIMO funguje iba vo frekvenčnom rozsahu 5 GHz Wi-Fi

Technológia SU-MIMO pracuje vo frekvenčnom pásme 2,4 GHz aj 5 GHz. Bezdrôtové smerovače a prístupové body druhej generácie 802.11ac Wave druhej generácie môžu súčasne slúžiť viacerým používateľom iba vo frekvenčnom pásme 5 GHz. Na jednej strane je samozrejme škoda, že v užších a preťaženejších frekvenčných pásmach 2,4 GHz nebudeme môcť používať novú technológiu. Ale na druhej strane je na trhu stále viac dvojpásmových bezdrôtových zariadení, ktoré podporujú technológiu MU-MIMO, ktoré môžeme využiť na nasadenie produktívnych firemných Wi-Fi sietí.

3. Technológia tvarovania lúča pomáha viesť signály

V literatúre ZSSR nájdete koncept fázovaného anténneho poľa, ktorý bol vyvinutý pre vojenské radary koncom 80. rokov. Podobná technológia bola použitá v modernom Wi-Fi. MU-MIMO používa technológiu tvarovania lúčov (v anglickej technickej literatúre známu ako „tvarovanie lúča“). Beamfiorming umožňuje, aby boli signály smerované na určené miesto bezdrôtového zariadenia (alebo zariadení), a nie aby boli odosielané náhodne vo všetkých smeroch. Ukazuje sa teda, že je potrebné zamerať signál a výrazne zvýšiť rozsah a rýchlosť pripojenia Wi-Fi.

Napriek tomu, že technológia vytvárania lúčov bola voliteľne k dispozícii so štandardom 802.11n, väčšina výrobcov implementovala svoje vlastné patentované verzie technológie. Títo predajcovia stále ponúkajú proprietárne implementácie technológie do svojich zariadení, ale teraz budú musieť zahrnúť aspoň zjednodušenú a štandardizovanú verziu technológie tvarovania lúčov, ak chcú vo svojej produktovej rade 802.11ac podporovať MU-MIMO.

4. MU-MIMO podporuje obmedzený počet simultánnych streamov a zariadení

Routery alebo prístupové body s implementovanou technológiou MU-MIMO bohužiaľ nemôžu súčasne obsluhovať neobmedzený počet streamov a zariadení. Router alebo prístupový bod má svoj vlastný limit počtu prúdov, ktoré obsluhuje (často 2, 3 alebo 4 toky), a tento počet priestorových tokov tiež obmedzuje počet zariadení, ktoré môže prístupový bod súčasne obsluhovať. Prístupový bod s podporou štyroch prúdov teda môže súčasne obsluhovať štyri rôzne zariadenia alebo napríklad smerovať jeden stream na jedno zariadenie a agregovať tri ďalšie toky do iného zariadenia (čím sa zvyšuje rýchlosť prepojenia).

5. Od používateľských zariadení sa nevyžaduje, aby mali viac antén

Rovnako ako pre technológiu SU-MIMO môžu toky (rýchlosť) agregovať iba bezdrôtové zariadenia so vstavanou podporou MU-MIMO. Na rozdiel od situácie s technológiou SU-MIMO však bezdrôtové zariadenia nemusia mať viac antén na príjem prúdov MU-MIMO z bezdrôtových smerovačov a prístupových bodov. Ak má bezdrôtové zariadenie iba jednu anténu, môže prijímať iba jeden dátový tok MU-MIMO z AP, využívajúci tvarovanie lúča na zlepšenie príjmu.

Viac antén umožní bezdrôtovému používateľskému zariadeniu prijímať viac dátových tokov súčasne (zvyčajne jeden prúd na anténu), čo bude mať určite pozitívny vplyv na výkon tohto zariadenia. Prítomnosť viacerých antén na používateľskom zariadení však negatívne ovplyvňuje spotrebu energie a veľkosť tohto produktu, čo je pre smartfóny rozhodujúce.

Technológia MU-MIMO však kladie na hardvérové zariadenia menšie hardvérové nároky ako technicky ťažkopádna technológia SU-MIMO, dá sa však predpokladať, že výrobcovia budú oveľa ochotnejší vybaviť svoje zariadenia notebooky a tablety podporujúce technológiu MU-MIMO.

6. Prístupové body vykonávajú náročné spracovanie

V snahe zjednodušiť požiadavky na zariadenia koncových používateľov sa vývojári technológie MU-MIMO pokúsili presunúť väčšinu práce so spracovaním signálu do prístupových bodov. Toto je ďalší krok vpred od technológie SU-MIMO, kde bremeno spracovania signálu do značnej miery niesli užívateľské zariadenia. Opäť to pomôže výrobcom klientskych zariadení ušetriť na energii, veľkosti a ďalších nákladoch pri výrobe ich produktových riešení s podporou MU-MIMO, čo by malo mať veľmi pozitívny vplyv na popularizáciu tejto technológie.

7. Aj zariadenia nižšej triedy majú hmatateľné výhody zo simultánneho prenosu vo viacerých priestorových tokoch

Rovnako ako agregácia ethernetových odkazov (802.3ad a LACP), ani agregácia 802.1ac nezvyšuje rýchlosť pripojenia bod-bod. Títo. ak ste jediným používateľom a máte spustenú iba jednu aplikáciu, používate iba 1 priestorový prúd.

Existuje však príležitosť zvýšiť celková šírka pásma siete vďaka poskytnutiu prístupového bodu pre servis niekoľkých používateľských zariadení súčasne.

Ak však všetky používateľské zariadenia používané vo vašej sieti podporujú iba jeden stream, potom MU-MIMO umožní vášmu prístupovému bodu súčasne obsluhovať až tri zariadenia namiesto jedného súčasne, zatiaľ čo druhé(pokročilejšie) používateľské zariadenia budú musieť počkať, kým prídu na rad.

Obrázok 2.

8. Niektoré používateľské zariadenia majú skrytú podporu technológie MU-MIMO

Napriek tomu, že v súčasnosti stále nie je veľa smerovačov, prístupových bodov alebo mobilných zariadení, ktoré podporujú MU-MIMO, výrobca čipu Wi-Fi tvrdí, že niektorí výrobcovia vo svojom výrobnom procese vzali do úvahy hardvérové požiadavky na podporu nových technológií pre niektorých ich zariadení pre koncových používateľov pred niekoľkými rokmi. K takýmto zariadeniam pribudne relatívne jednoduchá aktualizácia softvéru podpora technológie MU-MIMO, ktorá by mala tiež urýchliť popularizáciu a šírenie technológie, ako aj podnietiť spoločnosti a organizácie k aktualizácii ich podnikových bezdrôtových sietí pomocou zariadení podporujúcich štandard 802.11ac.

9. Prospešné sú aj zariadenia bez podpory MU-MIMO

Napriek tomu, že na používanie tejto technológie musia mať zariadenia Wi-Fi nevyhnutne podporu MU-MIMO, dokonca aj tie klientske zariadenia, ktoré takúto podporu nemajú, môžu nepriamo ťažiť z práce v bezdrôtovej sieti, kde router alebo prístupové body podporujú MU- Technológia MIMO. Malo by sa pamätať na to, že rýchlosť prenosu údajov cez sieť priamo závisí od celkového času, počas ktorého sú predplatiteľské zariadenia pripojené k rádiovému kanálu. A pokiaľ technológia MU-MIMO umožňuje obsluhovať niektoré zariadenia rýchlejšie, znamená to, že prístupové body v takejto sieti budú mať viac času obslúžiť ostatné klientske zariadenia.

10. MU-MIMO pomáha zvýšiť bezdrôtovú priepustnosť

Keď zvýšite rýchlosť pripojenia Wi-Fi, zvýši sa aj šírka pásma vašej bezdrôtovej siete. Tým, že sú zariadenia obsluhované rýchlejšie, má sieť viac vysielacieho času na obsluhu viacerých klientskych zariadení. Technológia MU-MIMO teda môže výrazne optimalizovať výkon bezdrôtových sietí s vysokou návštevnosťou alebo veľkým počtom pripojených zariadení, ako sú verejné siete Wi-Fi. Je to skvelá správa, pretože počet smartfónov a ďalších mobilných zariadení s pripojením Wi-Fi sa bude pravdepodobne stále zvyšovať.

11. Akákoľvek šírka kanála je podporovaná

Jedným zo spôsobov, ako rozšíriť šírku pásma Wi-Fi, je viazanie kanálov, kde sa dva susedné kanály spoja do jedného kanála, ktorý je dvakrát taký široký, čím sa skutočne zdvojnásobí rýchlosť pripojenia Wi-Fi medzi zariadením a prístupovým bodom. Štandard 802.11n poskytoval podporu pre kanály až do šírky 40 MHz; v pôvodnej špecifikácii štandardu 802.11ac bola podporovaná šírka kanála zvýšená na 80 MHz. Aktualizovaný štandard 802.11ac Wave 2 podporuje kanály 160 MHz.

Obrázok 3. Štandard 802.11ac dnes podporuje kanály až do šírky 160 MHz vo frekvenčnom rozsahu 5 GHz

Majte však na pamäti, že používanie širších kanálov v bezdrôtovej sieti zvyšuje pravdepodobnosť interferencie v jednom kanáli. Tento prístup preto nebude vždy tou správnou voľbou pre nasadenie všetkých sietí Wi-Fi bez výnimky. Technológiu MU-MIMO však, ako vidíme, je možné použiť pre kanály akejkoľvek šírky.

Aj keď však vaša bezdrôtová sieť používa užšie kanály 20 MHz alebo 40 MHz, MU-MIMO vám môže pomôcť rýchlejšie fungovať. Ako rýchlejšie to však bude závisieť od toho, koľko klientskych zariadení bude potrebné obsluhovať a koľko streamov každé z týchto zariadení podporuje. Použitie technológie MU-MIMO aj bez širokých pridružených kanálov môže teda viac ako zdvojnásobiť priepustnosť výstupného bezdrôtového pripojenia pre každé zariadenie.

12. Spracovanie signálu zvyšuje bezpečnosť

Zaujímavým vedľajším efektom technológie MU-MIMO je, že router alebo prístupový bod šifruje údaje pred ich odoslaním cez rádio. Dekódovanie údajov prenášaných pomocou technológie MU-MIMO je dosť ťažké, pretože nie je jasné, ktorá časť kódu sa nachádza v ktorom priestorovom prúde. Napriek tomu, že následne môžu byť vyvinuté špeciálne nástroje, ktoré umožnia iným zariadeniam zachytávať prenášanú komunikáciu, dnes technológia MU-MIMO efektívne maskuje údaje z okolitých načúvacích zariadení. Nová technológia teda pomáha zlepšovať zabezpečenie Wi-Fi, čo je obzvlášť dôležité pre otvorené bezdrôtové siete, ako sú verejné siete Wi-Fi, ako aj prístupové body pracujúce v osobnom režime alebo používajúce zjednodušený režim autentifikácie používateľa (vopred zdieľané) Key, PSK) založené na technológiách zabezpečenia siete WPA alebo WPA2 Wi-Fi.

13. MU-MIMO je najvhodnejší pre pevné zariadenia Wi-Fi

O technológii MU-MIMO existuje aj jedno upozornenie: nefunguje dobre s rýchlo sa pohybujúcimi zariadeniami, pretože proces vytvárania lúčov sa stáva zložitejším a menej efektívnym. Preto vám MU-MIMO neposkytne žiadny merateľný prínos pre zariadenia, ktoré sa často pohybujú vo vašej podnikovej sieti. Malo by však byť zrejmé, že tieto „problematické“ zariadenia by nemali mať vplyv na prenos údajov MU-MIMO na iné klientske zariadenia, ktoré sú menej mobilné, ani na ich výkon.

Prihláste sa na odber noviniek

WiFi je ochranná známka pre bezdrôtové siete založené na štandarde IEEE 802.11. V každodennom živote používajú bezdrôtoví používatelia výraz „technológia WiFi“, nie ochrannú známku, ale štandard IEEE 802.11.

Technológia WiFi vám umožňuje nasadiť sieť bez položenia kábla, čím sa znížia náklady na nasadenie siete. Vďaka miestam, kde nie je možné položiť káble, napríklad vonku alebo v budovách historickej hodnoty, môžu byť obsluhované bezdrôtovými sieťami.
Na rozdiel od všeobecného presvedčenia, že WiFi je „škodlivé“, je žiarenie z WiFi zariadení v čase prenosu dát o dva rády (100 -krát) menšie ako žiarenie z mobilného telefónu.

MIMO - (anglicky Multiple Input Multiple Output) je technológia prenosu údajov založená na použití priestorového multiplexovania na súčasný prenos niekoľkých informačných tokov cez jeden kanál, ako aj na viaccestnom odraze, ktorý zaisťuje doručenie každého bitu informácií do príslušný príjemca s malou pravdepodobnosťou rušenia a straty dát.

Riešenie problému so zvyšovaním šírky pásma

S intenzívnym vývojom niektorých špičkových technológií sa požiadavky na ďalšie zvyšujú. Tento princíp má priamy vplyv aj na komunikačné systémy. Jedným z najaktuálnejších problémov moderných komunikačných systémov je potreba zvýšiť šírku pásma a rýchlosť prenosu údajov. Existujú dva tradičné spôsoby, ako zvýšiť šírku pásma rozšírením šírky pásma a zvýšením vyžarovaného výkonu.
Vzhľadom na požiadavky na biologickú a elektromagnetickú kompatibilitu sú však na zvýšenie vyžarovaného výkonu a rozšírenie frekvenčného pásma kladené obmedzenia. S takýmito obmedzeniami nás problém nedostatku šírky pásma a rýchlosti prenosu dát núti hľadať nové efektívne metódy na jeho riešenie. Jednou z najúčinnejších metód je použitie adaptívnych anténnych polí so slabo korelovanými anténnymi prvkami. Na tomto princípe je založená technológia MIMO. Komunikačné systémy, ktoré používajú túto technológiu, sa nazývajú systémy MIMO (Multiple Input Multiple Output).

Žijeme v ére digitálnej revolúcie, drahý anonym. Nestihli sme si zvyknúť na nejakú novú technológiu, už sa nám zo všetkých strán ponúka ešte novšia a vyspelejšia. A aj keď sa trápime v úvahách, či nám táto technológia skutočne pomôže získať rýchlejší internet, alebo nás opäť len podvádzajú o peniaze, dizajnéri v tejto dobe vyvíjajú ešte novšiu technológiu, ktorá sa nám ponúkne namiesto tej súčasnej. doslova za 2 roky. To platí aj pre anténnu technológiu MIMO.

Čo je to za technológiu - MIMO? Viacnásobný vstup Viacnásobný výstup - viacnásobný vstup viacnásobný výstup. Technológia MIMO je predovšetkým komplexné riešenie a netýka sa iba antén. Pre lepšie pochopenie tejto skutočnosti stojí za to urobiť si krátku exkurziu do histórie vývoja mobilných komunikácií. Vývojári stoja pred úlohou preniesť za jednotku času väčšie množstvo informácií, t.j. zvýšiť rýchlosť. Analogicky so systémom zásobovania vodou - dodať používateľovi za jednotku času väčší objem vody. Môžeme to dosiahnuť zvýšením „priemeru potrubia“ alebo analogicky rozšírením šírky pásma komunikácie. Štandard GSM bol pôvodne prispôsobený hlasovej prevádzke a mal šírku kanála 0,2 MHz. To stačilo. Okrem toho je tu problém so zabezpečením prístupu pre viacerých používateľov. Dá sa to vyriešiť delením predplatiteľov podľa frekvencie (FDMA) alebo podľa času (TDMA). GSM používa obe metódy súčasne. Vďaka tomu máme rovnováhu medzi maximálnym možným počtom predplatiteľov v sieti a minimálnou možnou šírkou pásma pre hlasový prenos. S rozvojom mobilného internetu sa táto minimálna šírka pásma stala prekážkou zvýšenia rýchlosti. Dve technológie založené na platforme GSM - GPRS a EDGE - dosiahli maximálnu rýchlosť 384 kbit / s. Na ďalšie zvýšenie rýchlosti bolo potrebné súčasne rozšíriť šírku pásma pre internetový prenos pomocou GSM infraštruktúry. V dôsledku toho bol vyvinutý štandard UMTS. Hlavným rozdielom je rozšírenie šírky pásma až o 5 MHz naraz a zabezpečenie prístupu pre viacerých používateľov - používanie technológie prístupu k kódu CDMA, v ktorej niekoľko účastníkov súčasne pracuje na jednom frekvenčnom kanáli. Táto technológia sa nazýva W-CDMA, aby sa zdôraznilo, že funguje v širokej šírke pásma. Tento systém bol nazvaný systémom tretej generácie - 3G, ale zároveň je to nadstavba cez GSM. Získali sme teda široké „potrubie“ na 5 MHz, ktoré nám umožnilo spočiatku zvýšiť rýchlosť na 2 Mb / s.

Ako inak môžeme zvýšiť rýchlosť, ak nemáme možnosť ďalej zvyšovať „priemer potrubia“? Môžeme paralelizovať tok na niekoľko častí, každú časť spustiť do samostatného malého potrubia a potom tieto oddelené toky na prijímacej strane pridať do jedného širokého toku. Rýchlosť navyše závisí od pravdepodobnosti chýb kanálov. Znížením tejto pravdepodobnosti pomocou redundantného kódovania, korekcie chýb vpred a sofistikovanejších techník rádiovej modulácie môžeme tiež zvýšiť rýchlosť. Celý tento vývoj (spolu s rozšírením „potrubia“ zvýšením počtu nosičov na kanál) sa dôsledne uplatňoval pri ďalšom zlepšovaní štandardu UMTS a dostal názov HSPA. Nejde o náhradu za W-CDMA, ale o mäkkú + tvrdú aktualizáciu tejto hlavnej platformy.

Medzinárodné konzorcium 3GPP vyvíja štandardy pre 3G. Tabuľka sumarizuje niektoré funkcie rôznych vydaní tohto štandardu:

Rýchlosť 3G HSPA a kľúčové technologické funkcie
Vydanie 3GPP	Technológie	Rýchlosť sťahovania (MBPS)	Rýchlosť dopĺňania (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, 2 x 5 MHz uplink	84	23
Rel 10	MC-HSPA + 4x5 MHz, 2x2 MIMO downlink, 2 x 5 MHz uplink	168	23
Rel 11	MC-HSPA + 8x5 MHz 2x2 / 4x4 MIMO downlink, 2x5 MHz 2x2 MIMO uplink	336 - 672	70

Technológia 4G LTE okrem spätnej kompatibility so sieťami 3G, ktorá jej umožnila zvíťaziť nad sieťou WiMAX, dokáže v budúcnosti vyvinúť ešte vyššie rýchlosti až 1 Gb / s a vyššie. Využíva ešte pokročilejšie technológie na prenos digitálneho prúdu do vzdušného rozhrania, napríklad moduláciu OFDM, ktorá sa veľmi dobre integruje s technológiou MIMO.

Čo to teda vlastne MIMO je? Paralelizáciou toku do niekoľkých kanálov ich môžete odosielať rôznymi spôsobmi cez niekoľko antén „vzduchom“ a prijímať ich rovnakými nezávislými anténami na strane príjmu. Cez rádiové rozhranie teda dostaneme niekoľko nezávislých „potrubí“. bez rozšírenia pruhov... Toto je hlavná myšlienka MIMO. Keď sa rádiové vlny šíria v rádiovom kanáli, dochádza k selektívnemu vyblednutiu. Toto je obzvlášť viditeľné v hustých mestských oblastiach, ak je účastník v pohybe alebo na okraji oblasti služieb bunky. K vyblednutiu v každej priestorovej „trubičke“ nedochádza súčasne. Ak teda prenášame rovnaké informácie cez dva kanály MIMO s malým oneskorením, pričom sme na ne predtým vložili špeciálny kód (metóda Alamuti, prekrytie kódu magického štvorca), môžeme stratené symboly obnoviť na prijímacej strane, čo je ekvivalentné na zlepšenie signálu / šumu až na 10-12 dB. Výsledkom je, že táto technológia opäť vedie k zvýšeniu rýchlosti. V skutočnosti ide o dlho známu diverzitnú techniku (Rx Diversity) organicky zabudovanú do technológie MIMO.

Nakoniec musíme pochopiť, že MIMO musí byť podporovaný na základni aj na našom modeme. V 4G je počet kanálov MIMO obvykle násobkom dvoch-2, 4, 8 (v systémoch Wi-Fi sa rozšíril trojkanálový systém 3x3) a odporúča sa, aby sa ich počet zhodoval na základni aj na modeme. Aby sa táto skutočnosť vyriešila, MIMO je určené s príjmom kanálov * prenos - 2x2 MIMO, 4x4 MIMO atď. Zatiaľ sa v súčasnej dobe zaoberáme predovšetkým 2x2 MIMO.

Aké antény sa používajú v technológii MIMO? Jedná sa o bežné antény, mali by byť iba dve (pre 2x2 MIMO). Na oddelenie kanálov sa používa ortogonálna, takzvaná X-polarizácia. V tomto prípade je polarizácia každej antény voči vertikále posunutá o 45 ° a voči sebe navzájom - 90 °. Tento polarizačný uhol stavia oba kanály na rovnakú úroveň, pretože pri horizontálnej / vertikálnej orientácii antén by jeden z kanálov nevyhnutne dosiahol väčší útlm v dôsledku vplyvu zemského povrchu. 90 ° polarizačný posun medzi anténami súčasne umožňuje oddeliť kanály od seba navzájom najmenej o 18-20 dB.

Pre MIMO vy a ja potrebujeme modem s dvoma anténnymi vstupmi a dvoma anténami na streche. Otázkou však zostáva, či je táto technológia na základňovej stanici podporovaná. V štandardoch 4G LTE a WiMAX je takáto podpora k dispozícii na strane predplatiteľských zariadení aj na základni. V sieti 3G nie je všetko také jednoduché. V sieti už pracujú tisíce zariadení iných ako MIMO, pre ktoré má zavedenie tejto technológie opačný efekt - zmenšuje sa šírka pásma siete. Operátori sa preto neponáhľajú implementovať MIMO do sietí 3G všade. Aby základňa poskytovala predplatiteľom vysokú rýchlosť, musí mať sama dobrú dopravu, t.j. musí byť k nemu pripojené „hrubé potrubie“, najlepšie optické vlákno, čo tiež nie je vždy tak. V sieťach 3G je preto technológia MIMO v súčasnosti vo fáze formovania a vývoja, testujú ju operátori aj používatelia a títo nie sú vždy úspešní. Spoliehať sa na antény MIMO je preto iba v sieťach 4G. Na okraji obsluhovanej oblasti bunky je možné použiť antény s vysokým ziskom, ako napríklad reflektorové antény, pre ktoré sú na trhu už dostupné kanály MIMO.

V sieťach Wi-Fi je technológia MIMO upevnená v štandardoch IEEE 802.11n a IEEE 802.11ac a je už podporovaná mnohými zariadeniami. Aj keď vidíme príchod technológie 2x2 MIMO do sietí 3G-4G, vývojári nesedia. Už sa vyvíjajú technológie MIMO 64 x 64 s inteligentnými anténami s adaptívnym vyžarovacím obrazcom. Títo. ak sa presunieme zo sedačky na kreslo alebo pôjdeme do kuchyne, náš tablet si to všimne a otočí smerový vzor vstavanej antény správnym smerom. Bude niekto v tom čase potrebovať túto stránku?

MIMO Multiple Input Multiple Output (Multiple Input Multiple Output) je technológia používaná v bezdrôtových komunikačných systémoch (WIFI, celulárne siete), ktorá môže výrazne zlepšiť spektrálnu účinnosť systému, maximálnu rýchlosť prenosu dát a kapacitu siete. Hlavným spôsobom, ako dosiahnuť vyššie uvedené výhody, je prenos údajov zo zdroja do cieľa prostredníctvom viacerých rádiových spojení, odkiaľ táto technológia dostala svoj názov. Uvažujme o pozadí tohto problému a identifikujeme hlavné dôvody rozšíreného používania technológie MIMO.

Potreba vysokorýchlostných pripojení, ktoré poskytujú vysokú kvalitu služieb (QoS) s vysokou dostupnosťou, z roka na rok rastie. To je do značnej miery uľahčené vznikom služieb ako VoIP (), VoD () atď. Väčšina bezdrôtových technológií však neumožňuje poskytovať účastníkom vysokokvalitné služby na okraji oblasti pokrytia. V mobilných a iných bezdrôtových komunikačných systémoch kvalita spojenia, ako aj dostupná rýchlosť prenosu dát, rýchlo klesajú so vzdialenosťou od (BTS). Spolu s tým klesá aj kvalita služieb, čo v konečnom dôsledku vedie k nemožnosti poskytovať vysokokvalitné služby v reálnom čase na celom území rádiového pokrytia siete. Na vyriešenie tohto problému sa môžete pokúsiť nainštalovať základňové stanice čo najtesnejšie a zorganizovať vnútorné pokrytie na všetkých miestach s nízkou úrovňou signálu. To si však vyžiada značné finančné náklady, ktoré v konečnom dôsledku povedú k zvýšeniu nákladov na službu a zníženiu konkurencieschopnosti. Na vyriešenie tohto problému je teda potrebná originálna inovácia, ktorá pokiaľ možno používa súčasný frekvenčný rozsah a nevyžaduje výstavbu nových sieťových zariadení.

Vlastnosti šírenia rádiových vĺn

Aby sme pochopili princípy technológie MIMO, je potrebné zvážiť všeobecné v priestore. Vlny vysielané rôznymi bezdrôtovými rádiovými systémami v rozsahu nad 100 MHz sa správajú podobne ako svetelné lúče. Keď sa rádiové vlny počas šírenia stretnú s akýmkoľvek povrchom, v závislosti od materiálu a veľkosti prekážky sa časť energie absorbuje, časť prejde a zvyšok sa odrazí. Pomer podielov absorbovaných, odrazených a prenášaných časťami energií je ovplyvnený mnohými vonkajšími faktormi vrátane frekvencie signálu. Odrazená a prenášaná energia signálu navyše môže zmeniť smer jeho ďalšieho šírenia a samotný signál je rozdelený do niekoľkých vĺn.

V hustej mestskej budove kvôli veľkému množstvu prekážok, ako sú budovy, stromy, autá atď., Často nastane situácia, keď nie je žiadna viditeľnosť medzi (MS) a anténami základňových staníc (BTS). V tomto prípade sú odrazené vlny jediným spôsobom, ako dosiahnuť signál prijímača. Ako je však uvedené vyššie, viacnásobný odrazený signál už nemá počiatočnú energiu a môže prísť s oneskorením. Obzvlášť ťažká je skutočnosť, že objekty nie vždy zostanú stáť a situácia sa môže časom výrazne zmeniť. To spôsobuje problém - jeden z najvýznamnejších problémov bezdrôtových komunikačných systémov.

Propagácia viacerých ciest - problém alebo výhoda?

Na boj s viaccestnými signálmi sa používa niekoľko rôznych riešení. Jednou z najbežnejších technológií je Receive Diversity -. Jeho podstata spočíva v tom, že na príjem signálu nie je použitá jedna, ale niekoľko antén (spravidla dve, menej často štyri) umiestnené vo vzájomnej vzdialenosti. Prijímač teda nemá jednu, ale dve kópie prenášaného signálu, ktoré prišli rôznymi spôsobmi. To umožňuje zozbierať viac energie pôvodného signálu, pretože vlny prijaté jednou anténou nemusia byť prijímané inou a naopak. Signály prichádzajúce v protifáze k jednej anténe môžu prichádzať vo fáze s druhou. Túto schému rádiového rozhrania je možné nazvať viacnásobným výstupom jedného vstupu (SIMO), na rozdiel od štandardnej schémy jedného vstupu jedného výstupu (SISO). Je možné použiť aj opačný prístup: keď sa na prenos používa niekoľko antén a na príjem jedna. To tiež zvyšuje celkovú energiu pôvodného signálu prijatého prijímačom. Tento obvod sa nazýva viacnásobný vstupný jeden výstup (MISO). V oboch schémach (SIMO a MISO) je na strane základňovej stanice nainštalovaných niekoľko antén, pretože Je ťažké implementovať diverzitu antény v mobilnom zariadení na dostatočne veľkú vzdialenosť bez zvýšenia veľkosti samotného koncového zariadenia.

Ako funguje MIMO

Viacnásobný používateľ MIMO (MU-MIMO)

V smere uplinku - od MS do BTS, užívatelia prenášajú svoje informácie súčasne na rovnakej frekvencii. V tomto prípade vzniká pre základňovú stanicu problém: je potrebné oddeliť signály od rôznych účastníkov. Jednou z možností boja proti tomuto problému je tiež lineárne spracovanie, ktoré vysiela signál. Pôvodný signál je podľa tejto metódy vynásobený maticou, ktorá je zložená z koeficientov odrážajúcich rušenie od ostatných používateľov. Matica je zostavená na základe aktuálnej situácie vo vzduchu: počet predplatiteľov, prenosové rýchlosti atď. Pred prenosom je teda signál vystavený skresleniu opačnému, ako s akým sa stretne počas prenosu vzduchom.

V zostupnom smere - smer z BTS do MS, základňová stanica vysiela signály súčasne na rovnakom kanáli viacerým účastníkom naraz. To vedie k tomu, že signál prenášaný jednému účastníkovi ovplyvňuje príjem všetkých ostatných signálov, t.j. dochádza k rušeniu. Možnými spôsobmi boja proti tomuto problému je použiť alebo použiť technológiu kódovania špinavého papiera. Pozrime sa podrobnejšie na technológiu špinavého papiera. Jeho princíp fungovania je založený na analýze súčasného stavu rozhlasového vysielania a počtu aktívnych predplatiteľov. Jediný (prvý) účastník prenáša svoje údaje na základňovú stanicu bez kódovania, pričom svoje údaje mení, pretože nedochádza k rušeniu od ostatných predplatiteľov. Druhý predplatiteľ bude kódovať, t.j. zmeňte energiu svojho signálu tak, aby nerušil prvý a aby váš signál nepodliehal vplyvu prvého. Nasledujúci predplatitelia pridaní do systému sa tiež budú riadiť týmto princípom a budú sa spoliehať na počet aktívnych predplatiteľov a účinok signálov, ktoré vysielajú.

MIMO aplikácia

Štandard WiMAX má tiež dve vydania, ktoré používateľom používajúcim technológiu MIMO otvárajú nové možnosti. Prvý z nich, 802.16e, poskytuje mobilné širokopásmové služby. Umožňuje vám prenášať informácie rýchlosťou až 40 Mbit / s v smere od základňovej stanice k predplatiteľskému zariadeniu. MIMO v 802.16e sa však považuje za možnosť a používa sa v najjednoduchšej konfigurácii 2x2. V nasledujúcom vydaní je 802.16m MIMO považovaný za povinnú technológiu s možnou konfiguráciou 4x4. V tomto prípade už možno WiMAX pripísať bunkovým komunikačným systémom, konkrétne ich štvrtej generácii (kvôli vysokej rýchlosti prenosu dát), pretože má množstvo funkcií, ktoré sú súčasťou celulárnych sietí: hlasové spojenia. V prípade mobilného použitia je teoreticky možné dosiahnuť rýchlosť 100 Mbps. V pevnej verzii môže byť rýchlosť až 1 Gbit / s.

Najväčším záujmom je použitie technológie MIMO v bunkových komunikačných systémoch. Táto technológia sa používa od tretej generácie bunkových komunikačných systémov. Napríklad v štandarde, Rel. 6, používa sa v spojení s technológiou HSPA s podporou rýchlostí až 20 Mbps a v Rel. 7 - s HSPA +, kde rýchlosť prenosu dát dosahuje 40 Mbps. V systémoch 3G však MIMO nenašlo široké využitie.

Systémy, konkrétne LTE, tiež umožňujú použitie MIMO v konfiguráciách až 8x8. Teoreticky to môže umožniť prenos dát zo základňovej stanice k predplatiteľovi viac ako 300 Mbps. Dôležitým pozitívnym bodom je tiež konzistentná kvalita spoja, dokonca aj na okraji. Súčasne bude dokonca aj vo značnej vzdialenosti od základňovej stanice alebo vo vzdialenej miestnosti pozorovaný iba mierny pokles rýchlosti prenosu údajov.

WiFi je ochranná známka pre bezdrôtové siete založené na štandarde IEEE 802.11. V každodennom živote používatelia bezdrôtových sietí používajú termín „technológia WiFi“, čo znamená nekomerčný ...

Technológia MIMO zohrala pri vývoji WiFi obrovskú úlohu. Pred niekoľkými rokmi si nebolo možné predstaviť iné zariadenia s šírkou pásma 300 Mbps a vyšším. Vznik nových vysokorýchlostných komunikačných štandardov, napríklad 802.11n, bol do značnej miery dôsledkom MIMO.

Vo všeobecnosti stojí za zmienku, že keď hovoríme o technológii WiFi, máme na mysli jeden z komunikačných štandardov, konkrétne - IEEE 802.11. WiFi sa stala značkou potom, čo boli načrtnuté lákavé vyhliadky na používanie bezdrôtového prenosu dát. Trochu viac si môžete prečítať o technológii Wi-Fi a štandarde 802.11 v.

Čo je to technológia MIMO?

Ak uvedieme najjednoduchšiu možnú definíciu, potom MIMO je prenos viacerých dátových prúdov... Skratku je možné preložiť z angličtiny ako „viac vstupov, viac výstupov“ Na rozdiel od predchodcu (SingleInput / SingleOutput) je v zariadeniach s podporou MIMO signál vysielaný na jednom rádiovom kanáli pomocou nie jedného, ale niekoľkých prijímačov a vysielačov. Pri uvádzaní technických charakteristík zariadení WiFi je ich počet uvedený vedľa skratky. Napríklad 3x2 znamená 3 vysielače signálu a 2 prijímacie antény.

Okrem toho, MIMO používa priestorový multiplex... Za desivým názvom sa skrýva technológia súčasného prenosu viacerých dátových paketov cez jeden kanál. Vďaka tomuto „zhutneniu“ kanála sa jeho priepustnosť môže zdvojnásobiť alebo viac.

MIMO a WiFi

S rastúcou popularitou bezdrôtového prenosu dát cez WiFi pripojenia sa samozrejme zvyšujú aj požiadavky na ich rýchlosť. A práve technológia MIMO a ďalší vývoj ju vzali za základ, vďaka ktorému bolo možné niekoľkonásobne zvýšiť priepustnosť. Vývoj WiFi sleduje cestu vývoja štandardov 802.11 - a, b, g, n a tak ďalej. O vzniku štandardu 802.11n sme sa zmieňovali z nejakého dôvodu. Viacnásobný vstup Viacnásobný výstup je kľúčovým komponentom, ktorý zvýšil rýchlosť kanála bezdrôtového pripojenia. od 54 Mbps do viac ako 300 Mbps.

Štandard 802.11n vám umožňuje používať štandardnú šírku kanála 20 MHz aj širokopásmovú linku 40 MHz s vyššími priepustnosťami. Ako bolo uvedené vyššie, signál sa odráža viackrát, čím sa používa viac tokov na jednom komunikačnom kanáli.

Vďaka tomu prístup na internet založený na WiFi teraz umožňuje nielen surfovanie, kontrolu pošty a komunikáciu v ICQ, ale aj online hry, online video, Skype a inú „hustú“ návštevnosť.

Novší štandard používa aj technológiu MIMO.

Problémy s používaním MIMO vo WIFI

Na úsvite technológie bolo ťažké kombinovať zariadenia, práca s podporou MIMO a bez nej. Teraz to však už nie je také dôležité - takmer každý rešpektujúci výrobca bezdrôtových zariadení to používa vo svojich zariadeniach.

Tiež jedným z problémov so vznikom technológie prenosu dát pomocou viacerých prijímačov a viacerých vysielačov bola cena zariadenia. Avšak tu spoločnosť urobila skutočnú cenovú revolúciu... Podarilo sa jej nielen založiť výrobu bezdrôtových zariadení s podporou MIMO, ale aj urobiť to za veľmi dostupné ceny. Zoberme si napríklad náklady na typickú firemnú súpravu - (základňová stanica), (na strane klienta). A v týchto zariadeniach sa zlepšilo nielen MIMO, ale aj proprietárne technológia airMax na základe toho.

Jediným problémom je nárast počtu antén a vysielačov (v súčasnosti maximálne 3) pre zariadenia s PoE. Poskytnúť napájanie dizajnu, ktorý je náročnejší na výkon, je náročné, ale Ubiquiti opäť robí v tomto smere neustále zmeny.

Technológia AirMAX

Ubiquiti Networks je uznávaným lídrom vo vývoji a implementácii inovatívnych technológií WiFi vrátane MIMO. Na základe toho bola vyvinutá a patentovaná technológia Ubiquiti Air Max... Jeho podstatou je, že príjem a prenos signálu niekoľkými anténami na jednom kanáli je usporiadaný a štruktúrovaný protokolom TDMA s hardvérovou akceleráciou: dátové pakety sú rozmiestnené do oddelených časových intervalov, vysielacie rady sú koordinované.

To vám umožní rozšíriť šírku pásma kanála, zvýšiť počet pripojených účastníkov bez straty kvality komunikácie. Toto riešenie je efektívne, pohodlné na používanie a čo je dôležité, lacné. Na rozdiel od podobného zariadenia používaného v sieťach WiMAX má zariadenie od Ubiquiti Networks s technológiou AirMAX príjemnú cenu.

stránky

MIMO - m Anténna technológia v LTE

Funkcie MIMO (M ultiple vstup - viacnásobný výstup)

Použitie technológií MIMO (viac vstupov - viac výstupov) rieši dva problémy:

Zvýšená kvalita komunikácie prostredníctvom priestorového kódovania času / frekvencie a / alebo tvarovania lúča,

Zvýšenie prenosovej rýchlosti pri použití priestorového multiplexovania.

Štruktúra MIMO

V rôznych implementáciách MIMO máme na mysli súčasný prenos niekoľkých nezávislých správ v jednom fyzickom kanáli. Na implementáciu akcie MIMO sa používajú viacanténové systémy: na vysielacej strane je N t vysielacie antény a na prijímacej strane N r recepčných. Táto štruktúra je znázornená na obr. 1.

Ryža. 1. Štruktúra MIMO

Čo je MIMO?

MIMO (angl. Viacnásobný vstup Viacnásobný výstup) -spôsob priestorového kódovania signálu, ktorý umožňuje zväčšiť šírku pásma kanála, v ktorom sa prenos údajov vykonáva pomocou N. antény a ich príjem M antény. Vysielacie a prijímacie antény sú od seba dostatočne vzdialené, aby sa dosiahla slabá korelácia medzi susednými anténami.

MIMO história

História systémov MIMO ako predmetu bezdrôtovej komunikácie je stále veľmi krátka. Prvý patent na použitie princípu MIMO v rádiovej komunikácii bol podaný v roku 1984 v mene zamestnanca spoločnosti Bell Laboratories Jacka Wintersa. Na základe svojho výskumu Jack Salz z tej istej spoločnosti publikoval v roku 1985 prvý článok o riešeniach MIMO. Vývoj týmto smerom pokračoval špecialistami Bell Laboratories a ďalšími výskumníkmi až do roku 1995. V roku 1996 Greg Raleigh a Gerald J. Foschini navrhli novú implementáciu systému MIMO, čím sa zvýšila jeho efektivita. Následne Greg Raleigh, ktorý bol pripočítaný k OFDM ( Ortogonálne multiplexovanie s frekvenčným delením- ortogonálne multiplexovanie nosičov) pre MIMO, založila spoločnosť Airgo Networks, ktorá vyvinula prvú čipovú sadu MIMO s názvom True MIMO.

Napriek pomerne krátkemu času od svojho vzniku sa smer MIMO vyvíja veľmi rozmanitým smerom a zahŕňa heterogénnu skupinu metód, ktoré je možné klasifikovať podľa princípu oddelenia signálu v prijímacom zariadení. V systémoch MIMO sa súčasne používajú oba prístupy k oddeleniu signálov, ktoré už prišli do praxe, a nové. Patria sem napríklad časopriestorové, priestorovo-frekvenčné, priestorovo-polarizačné kódovanie, ako aj superrozlíšenie v smere príchodu signálu k prijímaču. Vzhľadom na množstvo prístupov k oddeleniu signálov bolo možné zaistiť taký dlhý vývoj štandardov pre používanie systémov MIMO v komunikáciách. Všetky typy MIMO sú však zamerané na dosiahnutie jedného cieľa - zvýšenie špičkovej rýchlosti prenosu dát v komunikačných sieťach zlepšením odolnosti voči šumu.

Najjednoduchšia anténa MIMO je sústava dvoch monopolov orientovaných v uhle ± 45 ° vzhľadom na zvislú os (obr. 2).

Ryža. 2 Najjednoduchšia anténa MIMO

Takýto polarizačný uhol umožňuje, aby boli kanály v rovnakých podmienkach, pretože pri horizontálnej a vertikálnej orientácii žiaričov by jeden z polarizačných komponentov pri šírení pozdĺž zemského povrchu nevyhnutne dosiahol väčší útlm. Signály vysielané nezávisle každým monopolom sú navzájom ortogonálne polarizované s dostatočne vysokou vzájomnou izoláciou v zložke krížovej polarizácie (najmenej 20 dB). Podobná anténa sa používa na strane príjmu. Tento prístup umožňuje simultánny prenos signálov s rovnakými nosičmi, modulovanými rôznymi spôsobmi. Princíp separácie polarizácie poskytuje zdvojnásobenie priepustnosti rádiového spojenia v porovnaní s prípadom jedného monopolu (v ideálnych podmienkach priamej viditeľnosti s rovnakou orientáciou prijímacej a vysielacej antény). V podstate teda možno akýkoľvek systém s duálnou polarizáciou považovať za systém MIMO.

Ďalší vývoj MIMO

V čase, keď bola vo verzii 7 špecifikovaná technológia MIMO, sa štandard aktívne šíril po celom svete. Existujú pokusy spojiť siete tretej generácie s technológiou MIMO, ale neboli široko prijaté. Podľa Globálnej asociácie dodávateľov mobilných zariadení ( Globálna asociácia dodávateľov mobilných zariadení, GSA) zo dňa 11.04.2010 v tom čase z 2776 typov zariadení s podporou HSPA na trhu podporovalo MIMO iba 28 modelov. Zavedenie siete MIMO s nízkym prienikom terminálov MIMO navyše vedie k zníženiu priepustnosti siete. Nokia vyvinula technológiu na minimalizáciu strát šírky pásma, ale bola by účinná iba vtedy, ak by prienik koncového zariadenia MIMO predstavoval najmenej 40% zariadení predplatiteľa. Okrem toho je potrebné pripomenúť, že 14. decembra 2009 bola spustená prvá svetová mobilná sieť založená na technológii LTE, ktorá umožnila dosiahnuť oveľa vyššie rýchlosti. Na základe toho je vidieť, že operátori boli zameraní skôr na skoré nasadenie sietí LTE než na modernizáciu sietí tretej generácie.

Dnes je možné zaznamenať rýchly nárast objemu prevádzky v mobilných sieťach 4 generácie a aby prevádzkovatelia poskytli potrebnú rýchlosť všetkým svojim predplatiteľom, musia hľadať rôzne metódy na zvýšenie rýchlosti prenosu údajov alebo na zvýšenie efektívnosť využívania frekvenčného zdroja. MIMO na druhej strane umožňuje v dostupnom frekvenčnom pásme prenášať s možnosťou 2x2 takmer 2 -krát viac údajov v rovnakom časovom intervale. Ak použijeme implementáciu antény 4x4, potom bohužiaľ bude maximálna rýchlosť sťahovania informácií 326 Mbit / s, a nie 400 Mbit / s, ako naznačuje teoretický výpočet. Je to spôsobené zvláštnosťou prenosu cez 4 antény. Každej anténe sú priradené určité prvky zdroja (RE) na prenos referenčných symbolov. Sú potrebné na organizáciu koherentnej demodulácie a odhadu kanálov. Umiestnenie týchto ER je znázornené na obr. 3. Vysielacím anténam sú priradené čísla logických portov antény. Znaky označené R0 sa odosielajú na port 0, znaky označené R1 sú na porte 1 atď. Výsledkom je, že 14,3% všetkých RE je alokovaných na prenos referenčných symbolov, čo je dôvodom rozdielu v teoretických a praktických sadzbách.