Mimo 2x2 2 znamená. MIMO anténa - čo to je a aká je jej výhoda? MIMO a bunkové

Existujúce mobilné siete slúžia nielen na telefonovanie a odosielanie správ. Vďaka metóde digitálneho prenosu je prenos dát možný aj s existujúcimi sieťami. Tieto technológie sa v závislosti od úrovne vývoja označujú ako 3G a 4G. Technológia 4G je podporovaná štandardom LTE. Rýchlosť prenosu dát závisí od niektorých vlastností siete (určených operátorom), pričom teoreticky dosahuje až 2 Mb/s pre 3G sieť a až 1 Gb/s pre 4G sieť. Všetky tieto technológie fungujú efektívnejšie, keď je k dispozícii silný a stabilný signál. Na tieto účely väčšina modemov umožňuje pripojenie externých antén.

Panelová anténa

V predaji nájdete rôzne možnosti antény na zlepšenie kvality príjmu. Panelová anténa 3G je veľmi populárna. Zisk takejto antény je asi 12 dB vo frekvenčnom rozsahu 1900-2200 MHz. Tento typ zariadenia dokáže zlepšiť aj kvalitu 2G signálu – GPRS a EDGE.

Rovnako ako drvivá väčšina ostatných pasívnych zariadení má jednosmernú smerovosť, čo spolu so zvýšením prijímaného signálu znižuje mieru rušenia z bočných smerov a zozadu. Takže aj v podmienkach nestabilného príjmu môžete zvýšiť úroveň signálu na prijateľné hodnoty, čím sa zvýši rýchlosť príjmu a prenosu informácií.

Aplikácia panelových antén pre prácu v 4G sieťach

Keďže prevádzkový rozsah sietí 4G sa prakticky zhoduje s dosahom predchádzajúcej generácie, nie je problém použiť tieto antény v sieťach 3G 4G LTE. Pre ktorúkoľvek z technológií použitie antén umožňuje priblížiť rýchlosti prenosu dát k maximálnym hodnotám.

Nová technológia využívajúca samostatné prijímače a vysielače v rovnakom frekvenčnom pásme umožnila ešte viac zvýšiť rýchlosť príjmu a prenosu dát. Existujúci 4G modem je navrhnutý tak, aby využíval technológiu MIMO.

Nepochybnou výhodou panelových antén je ich nízka cena a výnimočná spoľahlivosť. V dizajne nie je prakticky nič, čo by sa mohlo zlomiť aj pri páde z veľkej výšky. Jediným slabým miestom je vysokofrekvenčný kábel, ktorý sa môže zlomiť v mieste, kde vstupuje do puzdra. Aby sa predĺžila životnosť zariadenia, musí byť kábel bezpečne pripevnený.

Technológia MIMO

Na zvýšenie priepustnosti komunikačného kanála medzi prijímačom a vysielačom údajov bol vyvinutý spôsob spracovania signálu, keď sa príjem a prenos uskutočňuje na rôznych anténach.

Poznámka! Pomocou LTE MIMO antén môžete zvýšiť priepustnosť o 20-30% v porovnaní s prácou s jednoduchou anténou.

Základným princípom je eliminácia väzby medzi anténami.

Elektromagnetické vlny môžu mať vzhľadom na zemskú rovinu rôzne smery. Toto sa nazýva polarizácia. Používajú sa hlavne vertikálne a horizontálne polarizované antény. Aby sa vylúčilo vzájomné ovplyvňovanie, antény sa od seba líšia polarizáciou pod uhlom 90 stupňov. Aby bol vplyv zemského povrchu pre obe antény rovnaký, polarizačné roviny každej sú posunuté o 45 stupňov. vzhľadom na zem. Ak má teda jedna z antén uhol polarizácie 45 stupňov, potom druhá 45 stupňov. Vzájomný posun je požadovaných 90 g.

Obrázok jasne ukazuje, ako sú antény rozmiestnené voči sebe navzájom a voči zemi.

Dôležité! Polarizácia antén by mala byť rovnaká ako polarizácia základnej stanice.

Ak pre technológie 4G LTE je podpora MIMO štandardne dostupná na základnej stanici, tak pre 3G sa operátori vzhľadom na veľký počet zariadení bez MIMO so zavádzaním nových technológií neponáhľajú. Faktom je, že v sieti MIMO 3G budú zariadenia fungovať oveľa pomalšie.

Svojpomocná inštalácia antén pre modem

Pravidlá pre inštaláciu antén sa nelíšia od bežných. Hlavnou podmienkou je, aby medzi klientom a základňovými stanicami neboli žiadne prekážky. Rastúci strom, strecha neďalekej budovy alebo ešte horšie elektrické vedenie slúži ako spoľahlivé štíty pre elektromagnetické vlny. A čím vyššia je frekvencia signálu, tým väčší útlm bude spôsobený prekážkami umiestnenými v ceste šírenia rádiových vĺn.

V závislosti od typu montáže je možné anténu namontovať na stenu budovy alebo namontovať na stožiar. Existujú dva typy anténMIMO:

• monoblok;
• rozmiestnené.

Monoblokové už obsahujú vo vnútri dve konštrukcie, inštalované s požadovanou polarizáciou a distančné pozostávajú z dvoch antén, ktoré je potrebné namontovať samostatne, pričom každá musí smerovať presne k základnej stanici.

Všetky nuansy inštalácie antény MIMO vlastnými rukami sú jasne a podrobne opísané v sprievodnej dokumentácii, ale je lepšie najskôr konzultovať s poskytovateľom alebo pozvať zástupcu na inštaláciu, pričom neplatíte príliš veľkú sumu, ale dostanete určitú záruku za vykonanú prácu.

Ako si vyrobiť anténu sami

V samovýrobe nie sú žiadne zásadné ťažkosti. Potrebujete zručnosti pri práci s kovom, schopnosť držať spájkovačku v rukách, túžbu a presnosť.

Nevyhnutnou podmienkou je prísne dodržanie geometrických rozmerov všetkých komponentov, bez výnimky. Geometrické rozmery vysokofrekvenčných zariadení je potrebné dodržiavať s milimetrovou presnosťou a precíznejšie. Akákoľvek odchýlka povedie k zníženiu výkonu. Zisk klesne, väzba medzi MIMO anténami sa zvýši. V konečnom dôsledku namiesto zosilnenia signálu bude pozorované oslabenie.

Bohužiaľ, presné geometrické rozmery nie sú bežne dostupné. Výnimočne sú materiály dostupné na webe založené na opakovaní niektorých továrenských návrhov, ktoré nie sú vždy skopírované s uvedenou presnosťou. Preto by sme nemali vkladať veľké nádeje do schém, popisov a metód zverejnených na internete.

Na druhej strane, ak nie je potrebný extra silný zisk, potom MIMO anténa vyrobená nezávisle, pri dodržaní uvedených rozmerov, bude mať stále, aj keď nie veľký, ale pozitívny účinok.

Náklady na materiály sú nízke, čas potrebný na dostupnosť zručností tiež nie je príliš vysoký. Navyše sa nikto neobťažuje otestovať niekoľko možností a vybrať si prijateľnú podľa výsledkov testu.

Na výrobu antény 4G LTE MIMO vlastnými rukami potrebujete dva absolútne ploché plechy z pozinkovanej ocele s hrúbkou 0,2 - 0,5 mm, alebo lepšie, jednostranne fóliou potiahnuté sklolaminát. Jeden z listov sa použije na výrobu reflektora (reflektora) a druhý na výrobu aktívnych prvkov. Kábel na pripojenie k modemu musí mať odpor 50 Ohm (to je štandard pre modemové vybavenie).

TV kábel nemožno použiť z dvoch dôvodov:

• impedancia 75 ohmov spôsobí nesúlad so vstupmi modemu;
• veľká hrúbka.

Musíte tiež vybrať konektory, ktoré sa presne zhodujú s konektormi na modeme.

Dôležité! Uvedená vzdialenosť medzi aktívnymi prvkami a reflektorom sa musí v prípade použitia fóliovaného materiálu merať od vrstvy fólie.

Okrem toho budete potrebovať malý kúsok medeného drôtu s hrúbkou 1-1,2 mm.

Vyrobená konštrukcia musí byť umiestnená v plastovom obale. Kov nie je možné použiť, pretože týmto spôsobom bude anténa uzavretá v elektromagnetickom štíte a nebude fungovať.

Poznámka! Väčšina výkresov nie je pre MIMO antény, ale pre panelové antény. Navonok sa líšia tým, že jeden kábel je pripojený k jednoduchej panelovej anténe a dva sú potrebné na MIMO.

Po vytvorení dvoch panelových antén môžete získať oddelenú verziu antény MIMO 4G vyrobenú vlastnými rukami.

Ak to zhrnieme, môžeme povedať, že výroba MIMO antény vlastnými rukami nie je veľmi náročná záležitosť. S náležitou starostlivosťou je celkom možné získať funkčné zariadenie, čím ušetríte nejaké peniaze. Je o niečo jednoduchšie vyrobiť 3G anténu vlastnými rukami. V odľahlých oblastiach, kde ešte nie je dostupné pokrytie LTE, to môže byť jediná možnosť, ako zvýšiť rýchlosť pripojenia.

Video

Jedna z najvýznamnejších a najdôležitejších inovácií Wi-Fi za posledných 20 rokov - Multi User - Technológia Multiple Input Multiple Output (MU-MIMO). MU-MIMO rozširuje funkčnosť nedávno vydaného bezdrôtového štandardu 802.11ac "Wave 2". Toto je určite obrovský prielom v oblasti bezdrôtového pripojenia. Táto technológia pomáha zvýšiť teoretickú maximálnu rýchlosť bezdrôtového pripojenia z 3,47 Gbps v pôvodnej špecifikácii 802.11ac na 6,93 Gbps v aktualizácii 802.11ac Wave 2. Ide o jednu z doteraz najkomplexnejších funkcií Wi-Fi.

Pozrime sa, ako to funguje!

Technológia MU-MIMO zvyšuje latku tým, že umožňuje viacerým zariadeniam prijímať viacero tokov dát. Je založený na technológii Single User MIMO (SU-MIMO), ktorá bola predstavená takmer pred 10 rokmi so štandardom 802.11n.

SU-MIMO zvyšuje rýchlosť Wi-Fi pripojení tým, že umožňuje dvojici bezdrôtových zariadení súčasne prijímať alebo odosielať viacero tokov dát.

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

V podstate revolučné zmeny pre Wi-Fi zabezpečujú dve technológie. Prvá z týchto technológií, nazývaná beamforming, umožňuje Wi-Fi routerom a prístupovým bodom efektívnejšie využívať rádiové kanály. Pred príchodom tejto technológie fungovali Wi-Fi smerovače a prístupové body ako žiarovky a vysielali signály do všetkých strán. Problém bol v tom je ťažké, aby sa nesústredený signál s obmedzeným výkonom dostal na klientske zariadenia Wi-Fi.

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

Možnosti tvarovania lúčov sa rozširujú. Doteraz boli Wi-Fi smerovače alebo prístupové body vo svojej podstate jednoúlohové, odosielali alebo prijímali dáta iba z jedného klientskeho zariadenia naraz. Skoršie verzie štandardov bezdrôtového prenosu dát rodiny 802.11, vrátane štandardu 802.11n a prvej verzie štandardu 802.11ac, mali schopnosť súčasne prijímať alebo prenášať viacero dátových tokov, ale doteraz neexistovala žiadna metóda umožňujúca Wi-Fi router alebo prístupový bod na jeden a ten istý čas „komunikuje“ s viacerými klientmi naraz. Odteraz sa s pomocou MU-MIMO takáto možnosť objavila.

To je naozaj veľký zlom, keďže možnosť prenášať dáta do viacerých klientskych zariadení súčasne výrazne rozširuje dostupnú šírku pásma pre bezdrôtových klientov. Technológia MU-MIMO posúva bezdrôtové siete od starých koľají CSMA-SD, kedy bolo súčasne obsluhované len jedno zariadenie, do systému, kde môže „hovoriť“ viacero zariadení súčasne. Pre názornejší príklad si predstavte, že idete z jednoprúdovej vidieckej cesty na širokú diaľnicu.

Bezdrôtové smerovače a prístupové body 802.11ac Wave 2 druhej generácie dnes preberajú trh. Každý, kto používa Wi-Fi, chápe špecifiká fungovania technológie MU-MIMO. Dávame do pozornosti 13 faktov, ktoré urýchlia vaše učenie v tomto smere.

1. MU-MIMO používa iba Downstream stream (z prístupového bodu do mobilného zariadenia).

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

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

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

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

Technológia SU-MIMO funguje vo frekvenčnom pásme 2,4 GHz aj 5 GHz. Bezdrôtové smerovače a prístupové body 802.11ac Wave 2 druhej generácie môžu súčasne slúžiť viacerým používateľom iba vo frekvenčnom pásme 5 GHz. Na jednej strane je samozrejme škoda, že v užšom a preťaženejšom frekvenčnom pásme 2,4 GHz novú technológiu nevyužijeme. No na druhej strane je na trhu čoraz viac dvojpásmových bezdrôtových zariadení s podporou technológie MU-MIMO, pomocou ktorej môžeme nasadiť produktívne firemné Wi-Fi siete.

3. Technológia Beamforming pomáha viesť signály

V literatúre ZSSR môžete nájsť koncept Phased Antenna Array, ktorý bol vyvinutý pre vojenské radary koncom 80-tych rokov. Podobná technológia bola aplikovaná na moderné Wi-Fi. MU-MIMO využíva technológiu beamforming (známa ako "beamforming" v anglickej technickej literatúre). Beamfiorming umožňuje, aby boli signály nasmerované na zamýšľané miesto bezdrôtového zariadenia (alebo zariadení), a nie sú odosielané náhodne všetkými smermi. Ukazuje sa teda, že zaostrí signál a výrazne zvýši rozsah a rýchlosť pripojenia Wi-Fi.

Aj keď technológia vytvárania lúčov bola voliteľne dostupná so štandardom 802.11n, väčšina výrobcov implementovala svoje vlastné verzie technológie. Títo predajcovia stále ponúkajú proprietárne implementácie technológie vo svojich zariadeniach, ale teraz budú musieť zahrnúť aspoň zjednodušenú a štandardizovanú verziu technológie vytvárania lúčov, ak chcú podporovať MU-MIMO vo svojom produktovom rade 802.11ac.

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

Bohužiaľ, smerovače alebo prístupové body s implementovanou technológiou MU-MIMO nedokážu súčasne obsluhovať neobmedzený počet streamov a zariadení. Smerovač alebo prístupový bod má svoj vlastný limit na počet tokov, 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 tokov teda môže súčasne obsluhovať štyri rôzne zariadenia, alebo napríklad nasmerovať jeden tok do jedného zariadenia a agregovať tri ďalšie toky do iného zariadenia (zvýšenie rýchlosti od prepojenia).

5. Používateľské zariadenia nemusia mať viacero antén

Rovnako ako v prípade technológie SU-MIMO, iba bezdrôtové zariadenia so vstavanou podporou MU-MIMO môžu agregovať toky (rýchlosť). Na rozdiel od situácie s technológiou SU-MIMO však bezdrôtové zariadenia nepotrebujú mať viacero antén, aby mohli prijímať toky MU-MIMO z bezdrôtových smerovačov a prístupových bodov. Ak má bezdrôtové zariadenie iba jednu anténu, môže prijímať iba jeden dátový tok MU-MIMO z prístupového bodu pomocou tvarovania lúča na zlepšenie príjmu.

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

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

6. Prístupové body vykonávajú náročné spracovanie

V snahe zjednodušiť požiadavky na koncové zariadenia sa vývojári technológie MU-MIMO pokúsili presunúť väčšinu práce na spracovanie signálu na prístupové body. Ide o ďalší krok v porovnaní s technológiou SU-MIMO, kde bremeno spracovania signálu z veľkej časti znášali používateľské zariadenia. Výrobcom klientskych zariadení to opäť pomôže ušetriť energiu, veľkosť a ďalšie náklady pri výrobe ich produktových riešení s podporou MU-MIMO, čo by malo mať veľmi pozitívny vplyv na popularizáciu tejto technológie.

7. Dokonca aj zariadenia nižšej kategórie využívajú hmatateľné výhody zo súčasného prenosu cez viacero priestorových tokov

Podobne ako agregácia ethernetového spojenia (802.3ad a LACP), ani agregácia 802.1ac nezvyšuje rýchlosť spojenia bod-bod. Tie. ak ste jediným používateľom a máte spustenú iba jednu aplikáciu, použijete iba 1 priestorový stream.

Existuje však príležitosť na zvýšenie celková šírka pásma siete v dôsledku poskytnutia prístupového bodu na obsluhu viacerých užívateľských 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) spotrebiteľské zariadenia budú musieť počkať, kým na ne príde rad.

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

Napriek tomu, že v súčasnosti stále nie je veľa smerovačov, prístupových bodov či mobilných zariadení, ktoré podporujú MU-MIMO, výrobca Wi-Fi čipov tvrdí, že niektorí výrobcovia vo svojom výrobnom procese zohľadnili hardvérové ​​požiadavky na podporu nových technológií u niektorých ich zariadení pre koncových používateľov pred niekoľkými rokmi. Pre takéto zariadenia pomerne jednoduchá aktualizácia softvéru pridá podporu pre technológiu MU-MIMO, čo by malo tiež urýchliť popularizáciu a šírenie tejto technológie, ako aj podnietiť spoločnosti a organizácie, aby aktualizovali svoje podnikové bezdrôtové siete pomocou zariadení s podporou 802.11ac.

9. Profitujú aj zariadenia bez podpory MU-MIMO

Napriek skutočnosti, že zariadenia Wi-Fi musia mať nevyhnutne podporu MU-MIMO, aby mohli používať túto technológiu, 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 účastnícke zariadenia pripojené k rádiovému kanálu. A ak technológia MU-MIMO umožňuje rýchlejšie obsluhovať niektoré zariadenia, znamená to, že prístupové body v takejto sieti budú mať viac času na obsluhu iných klientskych zariadení.

10. MU-MIMO pomáha zvýšiť bezdrôtovú priepustnosť

Keď zvýšite rýchlosť vášho Wi-Fi pripojenia, zväčšíte aj šírku pásma vašej bezdrôtovej siete. Keďže sa zariadenia obsluhujú rýchlejšie, sieť má viac vysielacieho času na obsluhu väčšieho počtu klientskych zariadení. Technológia MU-MIMO tak môže výrazne optimalizovať výkon bezdrôtových sietí s vysokou prevádzkou alebo veľkým počtom pripojených zariadení, ako sú verejné Wi-Fi siete. Je to skvelá správa, keďže počet smartfónov a iných mobilných zariadení s Wi-Fi konektivitou bude pravdepodobne naďalej narastať.

11. Podpora akejkoľvek šírky kanála

Jedným zo spôsobov, ako rozšíriť šírku pásma Wi-Fi, je prepojenie kanálov, kde sa dva susedné kanály kombinujú do jedného kanálu, ktorý je dvakrát tak široký, čím sa efektívne zdvojnásobuje rýchlosť pripojenia Wi-Fi medzi zariadením a prístupovým bodom. Štandard 802.11n poskytoval podporu pre kanály do šírky 40 MHz, v pôvodnej špecifikácii štandardu 802.11ac bola podporovaná šírka kanála zväčšená na 80 MHz. Aktualizovaný štandard 802.11ac Wave 2 podporuje 160 MHz kanály.

Obrázok 3. Dnešný štandard 802.11ac podporuje kanály široké až 160 MHz vo frekvenčnom rozsahu 5 GHz

Majte však na pamäti, že použitie širších šírok pásma kanálov v bezdrôtovej sieti zvyšuje pravdepodobnosť rušenia spoločného kanála. Preto tento prístup nebude vždy správnou voľbou pre nasadenie všetkých Wi-Fi sietí bez výnimky. Napriek tomu je možné technológiu MU-MIMO, ako vidíme, použiť pre kanály akejkoľvek šírky.

Avšak aj keď vaša bezdrôtová sieť používa užšie kanály 20 MHz alebo 40 MHz, MU-MIMO jej stále môže pomôcť bežať rýchlejšie. O koľko rýchlejšie však bude závisieť od toho, koľko klientskych zariadení bude potrebné obsluhovať a koľko streamov každé z týchto zariadení podporuje. Takže použitie technológie MU-MIMO aj bez širokých viazaných kanálov môže 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 dáta pred odoslaním cez rádio zašifruje. Je pomerne ťažké dekódovať dáta prenášané pomocou technológie MU-MIMO, pretože nie je jasné, ktorá časť kódu je v ktorom priestorovom toku. Zatiaľ čo môžu byť následne vyvinuté špeciálne nástroje, ktoré umožnia iným zariadeniam zachytiť prenášaný prenos, dnes technológia MU-MIMO efektívne maskuje dáta z blízkych odpočúvacích zariadení. Nová technológia teda pomáha zlepšiť bezpečnosť Wi-Fi, čo je dôležité najmä pre otvorené bezdrôtové siete, ako sú verejné Wi-Fi siete, ako aj prístupové body fungujúce v osobnom režime alebo využívajúce režim zjednodušenej autentifikácie používateľa (Pre-Shared kľúč , PSK) založený na technológiách zabezpečenia siete Wi-Fi WPA alebo WPA2.

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

V súvislosti s technológiou MU-MIMO existuje aj jedna výhrada: nefunguje dobre s rýchlo sa pohybujúcimi zariadeniami, pretože proces vytvárania lúča sa stáva zložitejším a menej efektívnym. Preto vám MU-MIMO neposkytne žiadny merateľný prínos pre zariadenia, ktoré sa často pohybujú vo vašej podnikovej sieti. Treba však chápať, že tieto „problémové“ zariadenia by nemali žiadnym spôsobom ovplyvňovať prenos dát MU-MIMO do iných klientskych zariadení, ktoré sú menej mobilné, ani ich výkon.

Prihláste sa na odber noviniek

MIMO(Multiple Input Multiple Output) je technológia používaná v bezdrôtových komunikačných systémoch (WIFI, mobilné siete), ktorá môže výrazne zlepšiť spektrálnu účinnosť systému, maximálnu rýchlosť prenosu dát a kapacitu siete. Hlavným spôsobom dosiahnutia vyššie uvedených výhod je prenos dát zo zdroja do cieľa prostredníctvom viacerých rádiových spojení, odkiaľ táto technológia dostala svoje meno. Pozrime sa na pozadie tohto problému a identifikujme 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 takých 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 pripojenia, ako aj dostupná rýchlosť prenosu dát, prudko klesajú so vzdialenosťou od (BTS). Spolu s tým klesá aj kvalita služieb, čo v konečnom dôsledku vedie k nemožnosti poskytovať kvalitné služby v reálnom čase na celom území rádiového pokrytia siete. Na vyriešenie tohto problému sa môžete pokúsiť nainštalovať základňové stanice čo najtesnejšie a organizovať vnútorné pokrytie na všetkých miestach s nízkou úrovňou signálu. To si však vyžiada značné finančné náklady, ktoré v konečnom dôsledku povedú k zvýšeniu ceny služby a zníženiu konkurencieschopnosti. Na vyriešenie tohto problému je teda potrebná originálna inovácia, ktorá využíva, pokiaľ je to možné, súčasný frekvenčný rozsah a nevyžaduje výstavbu nových sieťových zariadení.

Vlastnosti šírenia rádiových vĺn

Aby sme pochopili princípy technológie MIMO, je potrebné zvážiť všeobecné vo vesmíre. Vlny vysielané rôznymi bezdrôtovými rádiovými systémami v rozsahu nad 100 MHz sa v mnohých ohľadoch správajú ako lúče svetla. Keď sa rádiové vlny pri šírení stretnú s akýmkoľvek povrchom, v závislosti od materiálu a veľkosti prekážky sa časť energie pohltí, časť prejde a zvyšok sa odrazí. Pomer podielov absorbovaných, odrazených a prenesených častí energií je ovplyvnený mnohými vonkajšími faktormi, vrátane frekvencie signálu. Navyše odrazené a prejdené energie signálu môžu zmeniť smer ich ďalšieho šírenia a samotný signál sa rozdelí na niekoľko vĺn.

Signál šíriaci sa podľa vyššie uvedených zákonov od zdroja k prijímaču sa po stretnutí s mnohými prekážkami rozpadne na množstvo vĺn, z ktorých sa k prijímaču dostane len časť. Každá z vĺn dopadajúca na prijímač tvorí takzvanú dráhu šírenia signálu. Navyše, vzhľadom na to, že rôzne vlny sa odrážajú od rôzneho počtu prekážok a cestujú na rôzne vzdialenosti, rôzne cesty sú rôzne.

V hustej mestskej zástavbe kvôli veľkému množstvu prekážok, ako sú budovy, stromy, autá atď., často nastáva situácia, keď medzi anténou (MS) a anténou základnej stanice (BTS) nie je viditeľnosť. 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 ťažké je, že predmety nezostanú vždy nehybné a situácia sa môže časom výrazne zmeniť. To vyvoláva problém - jeden z najvýznamnejších problémov v bezdrôtových komunikačných systémoch.

Viaccestné šírenie – problém alebo výhoda?

Na boj proti viaccestným signálom sa používa niekoľko rôznych riešení. Jednou z najbežnejších technológií je Receive Diversity -. Jeho podstata spočíva v tom, že na príjem signálu sa nepoužíva jedna, ale niekoľko antén (zvyčajne dve, menej často štyri), umiestnené vo vzájomnej vzdialenosti. Prijímač teda nemá jednu, ale dve kópie prenášaného signálu, ktoré prichádzali rôznymi spôsobmi. To umožňuje zhromaždiť viac energie pôvodného signálu, pretože vlny prijímané jednou anténou nemusia byť prijímané druhou anténou a naopak. Tiež signály prichádzajúce v protifáze k jednej anténe môžu doraziť vo fáze s inou. Táto schéma rádiového rozhrania sa môže nazývať Single Input Multiple Output (SIMO), na rozdiel od štandardnej schémy Single Input Single Output (SISO). Dá sa použiť aj opačný prístup: keď sa niekoľko antén používa na vysielanie a jedna na príjem. To tiež zvyšuje celkovú energiu pôvodného signálu prijatého prijímačom. Tento obvod sa nazýva Multiple Input Single Output (MISO). V oboch schémach (SIMO a MISO) je na boku základňovej stanice nainštalovaných niekoľko antén, od r Je ťažké implementovať diverzitu antény v mobilnom zariadení na dostatočne veľkú vzdialenosť bez toho, aby sa nezväčšila veľkosť samotného koncového zariadenia.

V dôsledku ďalšieho uvažovania sa dostávame k schéme MIMO (Multiple Input Multiple Output). V tomto prípade je nainštalovaných niekoľko vysielacích a prijímacích antén. Na rozdiel od vyššie uvedených schém však táto schéma diverzity umožňuje nielen bojovať proti viaccestnému šíreniu signálu, ale tiež získať niektoré ďalšie výhody. Použitím viacerých vysielacích a prijímacích antén môže byť každý pár vysielacej/prijímacej antény spojený so samostatnou cestou na vysielanie informácií. V tomto prípade bude diverzitný príjem vykonávaný zvyšnými anténami a táto anténa bude fungovať aj ako prídavná anténa pre iné prenosové cesty. V dôsledku toho je teoreticky možné zvýšiť rýchlosť prenosu dát toľkokrát, koľko bude použitých dodatočných antén. Kvalita každej rádiovej cesty však spôsobuje značné obmedzenie.

Ako MIMO funguje

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

Aby MIMO technológia fungovala, sú potrebné určité zmeny v štruktúre vysielača v porovnaní s konvenčnými systémami. Uvažujme len o jednom z možných a najjednoduchších spôsobov organizácie technológie MIMO. V prvom rade je na strane vysielania potrebný rozdeľovač toku, ktorý rozdelí dáta určené na prenos do niekoľkých nízkorýchlostných substreamov, ktorých počet závisí od počtu antén. Napríklad pre MIMO 4x4 a vstupnú rýchlosť prenosu dát 200 Mbps vytvorí delič 4 toky po 50 Mbps. Ďalej, každý z týchto tokov musí byť prenášaný cez svoju vlastnú anténu. Typicky sú vysielacie antény vzdialené od seba, aby poskytli čo najviac rušivých signálov, ktoré sú výsledkom viacnásobných odrazov. Jedným z možných spôsobov organizácie MIMO technológie je, že signál je prenášaný z každej antény s rôznymi polarizáciami, čo umožňuje jeho identifikáciu počas príjmu. V najjednoduchšom prípade sa však ukáže, že každý z prenášaných signálov je poznačený samotným prenosovým médiom (časové oneskorenie a iné skreslenia).

Na prijímacej strane prijíma signál z rádia niekoľko antén. Okrem toho sú antény na prijímacej strane tiež inštalované s určitou priestorovou diverzitou, vďaka čomu je zabezpečený diverzitný príjem, o ktorom sme hovorili vyššie. Prijaté signály idú do prijímačov, ktorých počet zodpovedá počtu antén a prenosových ciest. Okrem toho každý z prijímačov prijíma signály zo všetkých antén systému. Každý z týchto sčítačov oddeľuje od celkového toku energiu signálu iba tej cesty, za ktorú je zodpovedný. Robí to buď nejakou vopred určenou vlastnosťou, ktorou bol každý zo signálov vybavený, alebo analyzovaním oneskorenia, útlmu, fázového posunu, t.j. súbor deformácií alebo „odtlačok prsta“ distribučného média. V závislosti od princípu činnosti systému (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC) a pod.) je možné vysielaný signál po určitom čase opakovať, alebo prenášať s miernym oneskorením cez iné antény.

V systéme MIMO sa môže vyskytnúť nezvyčajný jav, že rýchlosť prenosu údajov v systéme MIMO sa môže znížiť, ak je medzi zdrojom a prijímačom signálu priama viditeľnosť. Je to spôsobené predovšetkým znížením závažnosti skreslení v okolitom priestore, ktoré označuje každý zo signálov. V dôsledku toho je na prijímacej strane problematické oddeliť signály a tie sa začnú navzájom ovplyvňovať. Čím vyššia je kvalita rádiového spojenia, tým menší úžitok môžete získať z MIMO.

MIMO pre viacerých používateľov (MU-MIMO)

Vyššie uvažovaný princíp rádiovej komunikácie sa týka takzvaného Single user MIMO (SU-MIMO), kde je len jeden vysielač a prijímač informácií. V tomto prípade môže vysielač aj prijímač jasne koordinovať svoje akcie a zároveň neexistuje žiadny faktor prekvapenia, 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. Väčšina systémov ako WI-FI, WIMAX, mobilné komunikačné systémy sú zase viacužívateľské, t.j. majú jedno centrum a niekoľko vzdialených objektov, s každým z nich je potrebné zorganizovať rádiové spojenie. Vznikajú teda dva problémy: na jednej strane základňová stanica musí vysielať signál mnohým účastníkom cez rovnaký anténny systém (MIMO vysielanie) a súčasne prijímať signál cez rovnaké antény od viacerých účastníkov (MIMO MAC - Kanály s viacerými prístupmi).

Vo vzostupnom smere - z MS do BTS, používatelia vysielajú 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 aj lineárne spracovanie, ktoré vopred vysiela vysielaný signál. Pôvodný signál je podľa tejto metódy vynásobený maticou, ktorá je zložená z koeficientov odrážajúcich rušenie od iných užívateľov. Matica je zostavená na základe aktuálnej situácie vo vzduchu: počet účastníkov, prenosové rýchlosti atď. Signál je teda pred prenosom vystavený skresleniu opačnému, než s akým sa stretne počas vysielania vzduchom.

V zostupnom smere - v smere z BTS do MS, základňová stanica vysiela signály súčasne na tom istom kanáli niekoľkým účastníkom naraz. To vedie k tomu, že signál vysielaný jednému účastníkovi ovplyvňuje príjem všetkých ostatných signálov, t.j. dochádza k rušeniu. Možnými spôsobmi boja proti tomuto problému je použitie alebo použitie technológie kódovania špinavého papiera. Pozrime sa bližšie na technológiu špinavého papiera. Princíp jeho činnosti je založený na analýze aktuálneho stavu rozhlasového vysielania a počtu aktívnych predplatiteľov. Jediný (prvý) účastník prenáša svoje údaje do základňovej stanice bez kódovania, pričom mení svoje údaje, pretože nedochádza k rušeniu zo strany iných účastníkov. Druhý účastník bude kódovať, t.j. zmeňte energiu svojho signálu tak, aby ste nerušili prvý a nevystavili váš signál vplyvu prvého. Ďalší predplatitelia pridaní do systému budú tiež postupovať podľa tohto princípu a budú sa spoliehať na počet aktívnych účastníkov a účinok signálov, ktoré vysielajú.

Aplikácia MIMO

Technológia MIMO bola v poslednom desaťročí jedným z najdôležitejších spôsobov zvýšenia priepustnosti a kapacity bezdrôtových komunikačných systémov. Uvažujme o niekoľkých príkladoch použitia MIMO v rôznych komunikačných systémoch.

Štandard WiFi 802.11n je jedným z najvýraznejších príkladov využitia technológie MIMO. Podľa neho umožňuje udržiavať rýchlosti až do 300 Mbps. Okrem toho predchádzajúci štandard 802.11g umožňoval poskytovať iba 50 Mbps. Okrem zvýšenia rýchlosti prenosu dát nový štandard vďaka MIMO umožňuje aj lepšiu kvalitu výkonu služby v miestach s nízkou úrovňou signálu. 802.11n sa používa nielen v bodových / viacbodových systémoch - najznámejšie miesto na používanie technológie WiFi na organizáciu siete LAN (Local Area Network), ale aj na organizovanie bodových / bodových pripojení, ktoré sa používajú na organizovanie hlavných komunikačných kanálov rýchlosťou niekoľko stoviek Mbps a umožňuje prenos dát na desiatky kilometrov (až 50 km).

Štandard WiMAX má tiež dve vydania, ktoré používateľom otvárajú nové možnosti pomocou technológie MIMO. Prvá, 802.16e, poskytuje mobilné širokopásmové služby. Umožňuje prenášať informácie rýchlosťou až 40 Mbit/s v smere od základňovej stanice k účastníckemu zariadeniu. MIMO v 802.16e sa však považuje za možnosť a používa sa v najjednoduchšej konfigurácii - 2x2. V ďalšom vydaní sa 802,16m MIMO považuje za povinnú technológiu s možnou konfiguráciou 4x4. V tomto prípade možno WiMAX pripísať už celulárnym komunikačným systémom, konkrétne ich štvrtej generácii (kvôli vysokej rýchlosti prenosu dát), pretože má množstvo funkcií, ktoré sú vlastné celulárnym sieťam: hlasové spojenia. V prípade mobilného využitia sa dá teoreticky dosiahnuť rýchlosť 100 Mbps. V pevnej verzii môže rýchlosť dosiahnuť 1 Gb / s.

Najväčší záujem je o využitie technológie MIMO v mobilných komunikačných systémoch. Táto technológia sa používa už od tretej generácie mobilných komunikačných systémov. Napríklad v štandarde Rel. 6, používa sa v spojení s technológiou HSPA podporujúcou rýchlosti až 20 Mbps a v Rel. 7 - s HSPA +, kde rýchlosti prenosu dát dosahujú 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 účastníkovi rýchlosťou presahujúcou 300 Mbps. Dôležitým plusom je tiež stála kvalita spoja, dokonca aj na okraji. V tomto prípade, dokonca aj v značnej vzdialenosti od základňovej stanice alebo vo vzdialenej miestnosti, bude pozorovaný len mierny pokles rýchlosti prenosu dát.

Technológia MIMO teda nachádza uplatnenie takmer vo všetkých systémoch bezdrôtového prenosu dát. Navyše jeho potenciál nie je vyčerpaný. Už sa vyvíjajú nové možnosti konfigurácie antény, až do 64x64 MIMO. To v budúcnosti umožní dosiahnuť ešte vyššiu rýchlosť prenosu dát, kapacitu siete a spektrálnu účinnosť.

MIMO (Multiple Input Multiple Output) je metóda koordinovaného používania viacerých rádiových antén v bezdrôtovej sieťovej komunikácii, ktorá je bežná v moderných domácich širokopásmových smerovačoch a v mobilných sieťach LTE a WiMAX.

Ako to funguje?

Smerovače MIMO Wi-Fi používajú rovnaké sieťové protokoly ako bežné smerovače s jedným pripojením. Poskytujú vyšší výkon zlepšením efektívnosti prenosu a prijímania dát cez bezdrôtové spojenie. Najmä sieťová prevádzka medzi klientmi a smerovačom je organizovaná do samostatných prúdov, prenášaných paralelne, s ich následnou obnovou prijímacím zariadením.

Technológia MIMO môže zvýšiť priepustnosť, dosah a spoľahlivosť prenosu pri vysokom riziku rušenia inými bezdrôtovými zariadeniami.

Aplikácia v sieťach Wi-Fi

Technológia MIMO je súčasťou štandardu od 802.11n. Jeho použitie zlepšuje výkon a dostupnosť sieťových pripojení v porovnaní s bežnými smerovačmi.

Počet antén sa môže líšiť. Napríklad MIMO 2x2 poskytuje dve antény a dva vysielače schopné vysielať a prijímať na dvoch kanáloch.

Ak chcete využiť výhody tejto technológie a využiť jej výhody, klientske zariadenie a smerovač musia medzi sebou vytvoriť MIMO spojenie. Dokumentácia k použitému hardvéru by mala uvádzať, či podporuje túto schopnosť. Neexistuje žiadny iný jednoduchý spôsob, ako skontrolovať, či sieťové pripojenie používa túto technológiu.

SU-MIMO a MU-MIMO

Prvá generácia technológie, predstavená v štandarde 802.11n, podporovala metódu jedného používateľa (SU). V porovnaní s tradičnými riešeniami, kde musia byť všetky antény smerovača koordinované, aby komunikovali s jedným klientskym zariadením, umožňuje SU-MIMO každú z nich rozdeliť medzi rôzne zariadenia.

Technológia MIMO pre viacerých používateľov (MU) bola vytvorená na použitie v sieťach Wi-Fi 802.11ac na frekvencii 5 GHz. Zatiaľ čo predchádzajúci štandard vyžadoval, aby smerovače spravovali svoje pripojenia klientov po jednom (po jednom), antény MU-MIMO môžu komunikovať s viacerými klientmi paralelne. zlepšuje výkon pripojení. Aj keď má smerovač 802.11ac potrebnú hardvérovú podporu pre technológiu MIMO, existujú ďalšie obmedzenia:

• je podporovaný obmedzený počet simultánnych pripojení klienta (2-4) v závislosti od konfigurácie antény;
• koordinácia antény je poskytovaná iba v jednom smere - od smerovača ku klientovi.

MIMO a bunkové

Táto technológia sa používa v rôznych typoch bezdrôtových sietí. Čoraz častejšie sa používa v mobilných komunikáciách (4G a 5G) v niekoľkých formách:

• Network MIMO - koordinovaný prenos signálu medzi základňovými stanicami;
• Masívne MIMO - použitie veľkého počtu (stoviek) antén;
• milimetrové vlny – využitie ultravysokofrekvenčných pásiem, ktoré majú väčšiu šírku pásma ako pásma licencované pre 3G a 4G.

Technológia pre viacerých používateľov

Aby ste pochopili, ako funguje MU-MIMO, mali by ste zvážiť, ako tradičný bezdrôtový smerovač spracováva dátové pakety. Robí dobrú prácu pri odosielaní a prijímaní údajov, ale iba v jednom smere. Inými slovami, môže súčasne komunikovať iba s jedným zariadením. Ak sa napríklad načítava video, nemôžete súčasne streamovať online videohru do konzoly.

Používateľ môže spustiť viacero zariadení v sieti Wi-Fi a smerovač im veľmi rýchlo preposiela dátové bity. Naraz však môže pristupovať iba k jednému zariadeniu, čo je hlavný dôvod nízkej kvality pripojenia, ak je šírka pásma Wi-Fi príliš nízka.

Keďže funguje, málo si všíma. Efektívnosť smerovača, ktorý prenáša dáta do viacerých zariadení súčasne, sa však dá zlepšiť. Pritom pobeží rýchlejšie a poskytne zaujímavejšie konfigurácie siete. To je dôvod, prečo sa objavil vývoj ako MU-MIMO a nakoniec bol začlenený do moderných štandardov bezdrôtovej komunikácie. Tento vývoj umožňuje pokročilým smerovačom komunikovať s viacerými zariadeniami naraz.

Stručná história: SU vs.MU

MIMO pre jedného a viacerých používateľov predstavujú rôzne spôsoby komunikácie smerovačov s viacerými zariadeniami. Prvý je starší. Štandard SU umožňoval odosielanie a prijímanie dát cez niekoľko streamov naraz, v závislosti od dostupného počtu antén, z ktorých každá mohla pracovať s rôznymi zariadeniami. SU bol zahrnutý do aktualizácie 802.11n z roku 2007 a začal sa postupne zavádzať do nových produktových radov.

SU-MIMO však malo okrem požiadaviek na anténu aj obmedzenia. Aj keď môže byť pripojených viacero zariadení, stále pracujú so smerovačom, ktorý môže súčasne pracovať iba s jedným. Dátové rýchlosti sa zvýšili, rušenie je menší problém, ale stále je čo zlepšovať.

MU-MIMO je štandard, ktorý sa vyvinul z SU-MIMO a SDMA (Space Division Multiple Access). Táto technológia umožňuje základňovej stanici komunikovať s viacerými zariadeniami pomocou samostatného streamu pre každé z nich, ako keby všetky mali svoj vlastný smerovač.

V konečnom dôsledku bola podpora MU pridaná v aktualizácii 802.11ac z roku 2013. Po niekoľkých rokoch vývoja začali výrobcovia túto funkciu zaraďovať do svojich produktov.

Výhody MU-MIMO

Ide o vzrušujúcu technológiu, pretože má výrazný vplyv na každodenné používanie Wi-Fi bez toho, aby priamo menila šírku pásma alebo iné kľúčové parametre bezdrôtového pripojenia. Siete sú čoraz efektívnejšie.

Na zabezpečenie stabilného spojenia s notebookom, telefónom, tabletom alebo počítačom štandard nevyžaduje viacero antén pre router. Každé takéto zariadenie nesmie zdieľať svoj MIMO kanál s ostatnými. Toto je obzvlášť viditeľné pri streamovaní videa alebo vykonávaní iných zložitých úloh. Rýchlosť internetu sa subjektívne zvyšuje a pripojenie sa vytvára spoľahlivejšie, hoci v skutočnosti sa organizácia siete stáva inteligentnejšou. Zvyšuje sa aj počet súčasne obsluhovaných zariadení.

Obmedzenia MU-MIMO

Technológia viacnásobného prístupu pre viacerých používateľov má množstvo obmedzení, ktoré stoja za zmienku. Existujúce štandardy podporujú 4 zariadenia, ale umožňujú pridať ďalšie a budú musieť zdieľať stream, čo prináša problémy so SU-MIMO. Táto technológia sa väčšinou používa v downlinku a je obmedzená, pokiaľ ide o odchádzajúce. Okrem toho musí mať smerovač MU-MIMO viac informácií o zariadeniach a stavoch spojenia, ako vyžadovali predchádzajúce štandardy. To sťažuje správu a odstraňovanie problémov s bezdrôtovými sieťami.

MU-MIMO je tiež smerová technológia. To znamená, že 2 zariadenia vedľa seba nemôžu súčasne používať rôzne kanály. Napríklad, ak manžel sleduje online televízne vysielanie a jeho manželka v blízkosti streamuje hru PS4 do svojho Vita cez Remote Play, stále budú musieť zdieľať šírku pásma. Smerovač môže poskytovať iba diskrétne toky zariadeniam, ktoré sú umiestnené v rôznych smeroch.

Masívne MIMO

Ako sa posúvame smerom k bezdrôtovým sieťam piatej generácie (5G), rast počtu smartfónov a nových aplikácií viedol k 100-násobnému zvýšeniu ich požadovanej šírky pásma cez LTE. Nová technológia Massive MIMO, ktorej sa v posledných rokoch venuje veľká pozornosť, je navrhnutá tak, aby výrazne zvýšila efektivitu telekomunikačných sietí na bezprecedentnú úroveň. Vzhľadom na nedostatok a vysoké náklady na dostupné zdroje operátorov priťahuje možnosť zvýšiť šírku pásma vo frekvenčných pásmach pod 6 GHz.

Napriek výraznému pokroku má Massive MIMO k dokonalosti ďaleko. Táto technológia sa naďalej aktívne skúma v akademickej obci aj v priemysle, kde sa inžinieri snažia dosiahnuť teoretické výsledky s komerčne životaschopnými riešeniami.

Masívne MIMO môže pomôcť vyriešiť dva kľúčové problémy – priepustnosť a pokrytie. Pre mobilných operátorov zostáva frekvenčný rozsah vzácnym a relatívne drahým zdrojom, je však kľúčovou podmienkou pre zvýšenie rýchlosti prenosu signálu. V mestách je rozmiestnenie základňových staníc založené na šírke pásma, nie na pokrytí, čo si vyžaduje nasadenie veľkého počtu základňových staníc a spôsobuje dodatočné náklady. Masívne MIMO vám umožní rozšíriť kapacitu vašej existujúcej siete. V oblastiach, kde je rozmiestnenie základňových staníc založené na pokrytí, môže technológia zvýšiť ich dosah.

koncepcia

Masívne MIMO zásadne mení súčasnú prax použitím veľmi veľkého počtu koherentných a adaptívne fungujúcich antén 4G služieb (stovky alebo tisíce). To pomáha sústrediť prenos a príjem energie signálu do menších oblastí priestoru, čo výrazne zlepšuje výkon a energetickú účinnosť, najmä v kombinácii so súčasným plánovaním veľkého počtu užívateľských terminálov (desiatky alebo stovky). Metóda bola pôvodne navrhnutá pre duplex s časovým delením (TDD), ale má potenciál byť aplikovaný aj v duplexe s frekvenčným delením (PDD).

MIMO technológia: výhody a nevýhody

Výhodou metódy je široké použitie lacných komponentov s nízkou spotrebou energie, znížená latencia, vrstva zjednodušeného riadenia prístupu (MAC) a odolnosť voči náhodnému a úmyselnému rušeniu. Očakávaná priepustnosť závisí od média šírenia poskytujúceho asymptoticky ortogonálne kanály k terminálom a experimenty doteraz neodhalili v tomto ohľade žiadne obmedzenia.

Spolu s odstránením mnohých problémov sa však objavujú aj nové, ktoré si vyžadujú urgentné riešenia. Napríklad v systémoch MIMO je potrebné efektívne spolupracovať s viacerými komponentmi s nízkou vernosťou a nízkymi nákladmi, musia sa zhromažďovať údaje o stave kanálov a zdroje sa musia prideľovať novo pripojeným terminálom. Vyžaduje si to aj využitie dodatočných stupňov voľnosti poskytovaných prebytočnými servisnými anténami, zníženie vnútornej spotreby energie na dosiahnutie celkovej energetickej účinnosti a nájdenie nových scenárov nasadenia.

Nárast počtu 4G antén zúčastňujúcich sa implementácie MIMO si zvyčajne vyžaduje návštevy každej základňovej stanice kvôli zmenám konfigurácie a zapojenia. Prvotné nasadenie LTE sietí si vyžiadalo inštaláciu nového zariadenia. To umožnilo nakonfigurovať 2x2 MIMO pôvodného štandardu LTE. Ďalšie zmeny na základňových staniciach sa robia len v extrémnych prípadoch a implementácie vyššieho rádu sú závislé od operačného prostredia. Ďalším problémom je, že prevádzka MIMO vedie k úplne odlišnému správaniu siete ako predchádzajúce systémy, čo vytvára určitú neistotu pri plánovaní. Operátori majú preto tendenciu najskôr používať iné návrhy, najmä ak ich možno nasadiť prostredníctvom aktualizácií softvéru.

V súvislosti s uvedením nových bezdrôtových zariadení podporujúcich technológiu MU-MIMO, najmä s uvedením UniFi AC HD (UAP-AC-HD), je potrebné objasniť, čo to je a prečo to starý hardvér nepodporuje. technológie.

Čo je 802.11ac?

802.11ac je transformácia bezdrôtovej technológie, ktorá nahrádza predchádzajúcu generáciu 802.11n.

Vznik 802.11n, ako sa predtým predpokladalo, mal podnikom umožniť široké využitie tejto technológie ako alternatívy ku konvenčným káblovým pripojeniam na prácu v rámci lokálnej siete (LAN).

802.11ac je ďalším krokom vo vývoji bezdrôtových technológií. Teoreticky môže nový štandard poskytnúť rýchlosť prenosu dát až 6,9 Gbps v pásme 5 GHz. To je 11,5-násobok rozsahu prenosu dát 802.11n.

Nový štandard je dostupný v dvoch verziách: Wave 1 a Wave 2. Nižšie si môžete pozrieť porovnávaciu tabuľku pre aktuálne štandardy.

Aký je rozdiel medzi vlnou 1 a vlnou 2?

Produkty 802.11ac Wave 1 sú dostupné na trhu približne od polovice roku 2013. Nová revízia normy vychádza z predchádzajúcej verzie normy, avšak s niekoľkými veľmi významnými zmenami, a to:

• Zvýšený výkon z 1,3 Gbps na 2,34 Gbps;
• Pridaná podpora pre Multi User MIMO (MU-MIMO);
• Používanie širokých kanálov na 160 MHz je povolené;
• Štvrtý priestorový prúd pre lepší výkon a stabilitu;
• Viac kanálov v rozsahu 5 GHz;

Čo presne robia vylepšenia Wave 2 pre skutočného používateľa?

Nárast šírky pásma má pozitívny vplyv na aplikácie, ktoré sú citlivé na šírku pásma a latenciu v sieti. Ide predovšetkým o prenos streamovaného hlasového a video obsahu, ako aj o zvýšenie hustoty siete a zvýšenie počtu klientov.

MU-MIMO poskytuje obrovské príležitosti pre rozvoj internetu vecí (IoT), keď jeden používateľ môže pripojiť viacero zariadení súčasne.

Technológia MU-MIMO umožňuje viacero súčasných downstreamov, čím poskytuje simultánne služby viacerým zariadeniam naraz, čo zlepšuje celkový výkon siete. MU-MIMO má tiež pozitívny vplyv na latenciu, poskytuje rýchlejšie pripojenie a celkovú skúsenosť klienta. Vlastnosti technológie navyše umožňujú pripojiť do siete ešte väčší počet súbežných klientov ako v predchádzajúcej verzii štandardu.

Použitie šírky kanála 160 MHz vyžaduje splnenie určitých podmienok (nízky výkon, nízke číslo šumu atď.), pričom kanál môže poskytnúť obrovské zvýšenie výkonu pri prenose veľkého množstva údajov. Pre porovnanie, 802.11n môže poskytnúť rýchlosť kanála až 450 Mbps, novší 802.11ac Wave 1 - až 1,3 Gbps, zatiaľ čo 802.11ac Wave 2 s kanálom 160 MHz môže poskytnúť rýchlosť kanálu približne 2,3 Gbps.

V predchádzajúcej generácii štandardu bolo povolené použitie 3 vysielacích-prijímacích antén, nová revízia pridáva 4. stream. Táto zmena zlepšuje dosah a stabilitu spojenia.

Na celom svete sa používa 37 kanálov v pásme 5 GHz. V niektorých krajinách je počet kanálov obmedzený, v niektorých nie. 802.11ac Wave 2 umožňuje viac kanálov, čím sa zvýši počet súbežných zariadení na jednom mieste. Okrem toho je potrebných viac kanálov pre široké 160 MHz kanály.

Existujú nové rýchlosti kanálov v 802.11ac Wave 2?

Nový štandard preberá štandardy zavedené v prvom vydaní. Rovnako ako predtým, rýchlosť závisí od počtu prúdov a šírky kanála. Maximálna modulácia zostáva nezmenená – 256 QAM.

Ak sa predtým pre rýchlosť kanála 866,6 Mbit vyžadovali 2 toky a šírka kanálu 80 MHz, teraz je možné túto rýchlosť kanála dosiahnuť iba pomocou jedného toku, pričom sa rýchlosť kanálu zvýši o dva - z 80 na 160 MHz.

Ako vidíte, k zásadným zmenám nedošlo. Vďaka podpore 160 MHz kanálov sa zvýšili aj maximálne rýchlosti kanálov - až na 2600 Mbps.

V praxi je skutočná miera približne 65 % miery PHY.

Pomocou 1 streamu, 256 QAM modulácie a 160 MHz kanála môžete dosiahnuť skutočnú rýchlosť okolo 560 Mbps. V súlade s tým 2 toky poskytnú výmenný kurz ~ 1100 Mbit / s, 3 toky - 1,1-1,6 Gbit / s.

Aké pásma a kanály používa 802.11ac Wave2?

V praxi Waves 1 a Waves 2 fungujú výlučne v pásme 5 GHz. Frekvenčný rozsah závisí od regionálnych obmedzení, zvyčajne sa používajú pásma 5,15-5,35 GHz a 5,47-5,85 GHz.

V USA je pre bezdrôtové siete 5 GHz pridelené pásmo 580 MHz.

802.11ac, ako predtým, môže používať 20 a 40 MHz kanály, zatiaľ čo dobrý výkon možno dosiahnuť iba s použitím 80 MHz alebo 160 MHz.

Keďže v praxi nie je zďaleka vždy možné použiť súvislé pásmo 160 MHz, štandard počíta s režimom 80 + 80 MHz, ktorý rozdelí pásmo 160 MHz na 2 rôzne pásma. To všetko pridáva väčšiu flexibilitu.

Upozorňujeme, že štandardné kanály 802.11ac sú 20/40/80 MHz.

Prečo existujú dve vlny 802.11ac?

IEEE implementuje štandardy vo vlnách s pokrokom technológie. Tento prístup umožňuje odvetviu okamžite vydať nové produkty bez čakania na dokončenie tej či onej funkcie.

Prvá vlna 802.11ac poskytla významný krok vpred oproti 802.11n a pripravila pôdu pre budúci vývoj.

Kedy očakávať produkty 802.11ac Wave 2?

Podľa prvých predpovedí analytikov sa prvé spotrebiteľské produkty mali dostať do predaja v polovici roka 2015. Podnikové a operátorské riešenia vyššej úrovne zvyčajne prichádzajú s 3-6 mesačným oneskorením, rovnako ako to bolo v prípade prvej vlny štandardu.

Obe triedy, spotrebiteľská aj komerčná, sú zvyčajne uvoľnené ešte predtým, ako WFA (Wi-Fi Alliance) začne vykonávať certifikáciu (druhá polovica roku 2016).

Od februára 2017 nie je počet zariadení 802.11ac W2 taký veľký, ako by sme chceli. Najmä od Mikrotiku a Ubiquitu.

Budú sa zariadenia Wave 2 výrazne líšiť od Wave 1?

V prípade nového štandardu zostáva všeobecný trend minulých rokov - smartfóny a notebooky sa vyrábajú s 1-2 vláknami, 3 vlákna sú určené pre náročnejšie úlohy. Nemá praktický zmysel implementovať plnú funkčnosť štandardu na všetkých zariadeniach.

Je zariadenie Wave 1 kompatibilné s Wave 2?

Prvá vlna umožňuje 3 streamy a kanály až do 80 MHz, pre túto časť sú klientske zariadenia a prístupové body plne kompatibilné.

Na implementáciu funkcií druhej generácie (160 MHz, MU-MIMO, 4 streamy) musí klientske zariadenie aj prístupový bod podporovať nový štandard.

Prístupové body novej generácie sú kompatibilné s klientskymi zariadeniami 802.11ac Wave 1, 802.11n a 802.11a.

Využitie dodatočných možností adaptéra druhej generácie teda nebude fungovať s bodom prvej generácie a naopak.

Čo je MU-MIMO a na čo slúži?

MU-MIMO je skratka pre „viacnásobný vstup, viacnásobný výstup“. V skutočnosti ide o jednu z kľúčových inovácií druhej vlny.

Aby MU-MIMO fungovalo, klient a AP ho musia podporovať.

Stručne povedané, prístupový bod môže súčasne odosielať údaje do viacerých zariadení naraz, zatiaľ čo predchádzajúce štandardy umožňovali odosielanie údajov súčasne len jednému klientovi.

V podstate normálne MIMO je SU-MIMO, t.j. SingleUser, MIMO pre jedného používateľa.

Pozrime sa na príklad. Je tu bod s 3 tokmi (3 priestorové toky / 3SS) a sú k nemu pripojení 4 klienti: 1 klient s podporou 3SS, 3 klienti s podporou 1SS.

Prístupový bod rozdeľuje čas rovnomerne medzi všetkých klientov. Pri práci s prvým klientom bod využíva 100% svojich možností, pretože klient podporuje aj 3SS (MIMO 3x3).

Zvyšných 75 % času bod funguje s tromi klientmi, z ktorých každý využíva iba 1 stream (1SS) z 3 dostupných. Prístupový bod zároveň využíva iba 33 % svojich možností. Čím viac takýchto klientov, tým menšia efektivita.

V konkrétnom príklade bude priemerná rýchlosť kanála 650 Mbps:

(1300 + 433,3 + 433,3 + 433,3)/4 = 650

V praxi to bude znamenať priemernú rýchlosť okolo 420 Mbps, z možných 845 Mbps.

Teraz sa pozrime na príklad s použitím MU-MIMO. Máme tu bod s podporou druhej generácie štandardu pomocou MIMO 3x3, rýchlosť kanála zostane nezmenená - 1300 Mbit pre šírku kanála 80 MHz. Tie. klienti súčasne, ako predtým, nemôžu používať viac ako 3 kanály.

Celkový počet klientov je teraz 7, pričom prístupový bod ich rozdelil do 3 skupín:

1. jeden 3SS klient;
2. traja klienti 1SS;
3. jeden 2SS klient + jeden 1SS;
4. jeden 3SS klient;

Výsledkom je 100% implementácia schopností AP. Klient z prvej skupiny používa všetky 3 toky, klienti z inej skupiny používajú jeden kanál atď. Priemerná rýchlosť kanála bude 1300 Mbps. Ako vidíte, výsledkom je dvojnásobný nárast výkonu.

Je bod MU-MIMO kompatibilný so staršími klientmi?

Bohužiaľ nie! MU-MIMO nie je kompatibilný s prvou verziou protokolu, t.j. aby táto technológia fungovala, vaše klientske zariadenia musia podporovať verziu 2.

Rozdiely medzi MU-MIMO a SU-MIMO

V SU-MIMO prístupový bod prenáša údaje súčasne iba jednému klientovi. S MU-MIMO môže prístupový bod prenášať dáta viacerým klientom naraz.

Koľko klientov je súčasne podporovaných v MU-MIMO?

Štandard zabezpečuje súčasnú obsluhu až 4 zariadení. Celkový maximálny počet vlákien môže byť až 8.

V závislosti od konfigurácie zariadenia je možná široká škála možností, napríklad:

• 1 + 1: dvaja klienti, každý s jedným streamom;
• 4 + 4: dvaja klienti, z ktorých každý používa 4 toky;
• 2 + 2 + 2 + 2: štyria klienti, každý po 2 streamoch;
• 1 + 1 + 1: traja klienti na jednom streame;
• 2 + 1, 1 + 1 + 1 + 1, 1 + 2 + 3, 2 + 3 + 3 a ďalšie kombinácie.

Všetko závisí od konfigurácie zariadenia, zvyčajne zariadenia využívajú 3 streamy, preto bude bod schopný obsluhovať až 3 klientov súčasne.

Taktiež je možné použiť 4 antény v konfigurácii 3x3 MIMO. Štvrtá anténa je v tomto prípade prídavná, neimplementuje ďalší prúd. V tomto prípade bude možné súčasne obsluhovať 1 + 1 + 1, 2 + 1 alebo 3SS, ale nie 4.

Je MU-MIMO podporované len pre Downlink?

Áno, štandard podporuje len Downlink MU-MIMO, t.j. bod môže súčasne prenášať údaje niekoľkým klientom. Ale pointa nemôže zároveň „počúvať“.

Implementácia Uplink MU-MIMO bola v krátkom čase považovaná za nemožnú, takže táto funkcionalita bude pridaná iba v štandarde 802.11ax, ktorého vydanie je naplánované na roky 2019-2020.

Koľko streamov je podporovaných v MU-MIMO?

Ako je uvedené vyššie, MU-MIMO môže pracovať s ľubovoľným počtom streamov, ale nie viac ako 4 na klienta.

Pre kvalitnú prevádzku viacužívateľského prenosu norma odporúča prítomnosť počtu antén, viac streamov. V ideálnom prípade by pre 4x4 MIMO mali byť 4 antény na príjem a rovnaký počet na odosielanie.

Je potrebné použiť špeciálne antény pre nový štandard?

Konštrukcia antény zostáva rovnaká. Ako predtým, môžete použiť akékoľvek kompatibilné antény určené na použitie v pásme 5 GHz pre 802.11a / n / ac.

Druhá verzia tiež pridáva Beamforming, čo to je?

Technológia Beamforming vám umožňuje zmeniť smerový vzor a prispôsobiť ho konkrétnemu klientovi. Počas prevádzky bod analyzuje signál od klienta a optimalizuje jeho vyžarovanie. Počas vytvárania lúča je možné použiť dodatočnú anténu.

Dokáže 802.11ac Wave 2 AP zvládnuť 1 Gbps prenosu?

Potenciálne sú prístupové body novej generácie schopné zvládnuť tento prevádzkový tok. Skutočná šírka pásma závisí od množstva faktorov, od počtu podporovaných tokov, komunikačného dosahu, prítomnosti prekážok až po prítomnosť rušenia, kvality prístupového bodu a klientskeho modulu.

Aké frekvenčné pásma sa používajú v 802.11ac Wave?

Voľba prevádzkovej frekvencie závisí výlučne od regionálnej legislatívy. Zoznam kanálov a frekvencií sa neustále mení, nižšie sú údaje pre USA (FCC) a Európu k januáru 2015.

V Európe je povolené používanie šírky kanála viac ako 40 MHz, takže v zmysle nového štandardu nedochádza k žiadnym zmenám, platia preň rovnaké pravidlá ako pre predchádzajúci štandard.

Online kurz networkingu

Odporúčam kurz Dmitrija Skoromnova "". Kurz nie je viazaný na vybavenie žiadneho výrobcu. Poskytuje základné znalosti, ktoré by mal mať každý správca systému. Žiaľ, mnohí správcovia aj s 5-ročnou praxou často nemajú ani polovicu týchto znalostí. Kurz zahŕňa mnoho rôznych tém jednoduchým jazykom. Napríklad: OSI model, zapuzdrenie, kolízne domény a vysielacie domény, loopback, QoS, VPN, NAT, DNS, Wi-Fi a mnoho ďalších tém.

Samostatne si všimnem tému o IP-adresovaní. Jednoduchým jazykom popisuje, ako urobiť preklady z desiatkovej do binárnej a naopak, výpočet podľa IP adresy a masky: sieťová adresa, vysielacia adresa, počet sieťových hostiteľov, podsiete a ďalšie témy súvisiace s IP adresovaním.

Kurz má dve verzie: platené a bezplatné.