Τεχνολογίες Mimo 2x2. Τι είναι η κεραία MIMO; MIMO - ακριβές σήμα κατεύθυνσης

MIMO(Multiple Input Multiple Output) είναι η τεχνολογία που χρησιμοποιείται στην ασύρματα συστήματα ah επικοινωνία (WIFI, δίκτυα κυψελοειδών επικοινωνιών), η οποία μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη φασματική απόδοση του συστήματος, τον μέγιστο ρυθμό μεταφοράς δεδομένων και τη χωρητικότητα του δικτύου. Ο κύριος τρόπος για να επιτευχθούν τα παραπάνω οφέλη είναι η μεταφορά δεδομένων από πηγή σε προορισμό μέσω πολλαπλών ραδιοφωνικών συνδέσεων, από πού αυτή την τεχνολογίακαι πήρε το όνομά του. Ας εξετάσουμε το υπόβαθρο αυτού του ζητήματος και να προσδιορίσουμε τους κύριους λόγους για την ευρεία χρήση της τεχνολογίας MIMO.

Η ανάγκη για συνδέσεις υψηλής ταχύτητας που παρέχουν υψηλή ποιότητα υπηρεσιών (QoS) με υψηλή διαθεσιμότητα αυξάνεται από χρόνο σε χρόνο. Αυτό διευκολύνεται σε μεγάλο βαθμό από την εμφάνιση υπηρεσιών όπως VoIP (), VoD (), κλπ. Ωστόσο, οι περισσότερες ασύρματες τεχνολογίες δεν επιτρέπουν την παροχή υψηλής ποιότητας υπηρεσιών στους συνδρομητές στο άκρο της περιοχής κάλυψης. Σε κυψελοειδή και άλλα συστήματα ασύρματης επικοινωνίας, η ποιότητα της σύνδεσης, καθώς και διαθέσιμη ταχύτηταη μετάδοση δεδομένων πέφτει γρήγορα με την απόσταση από (BTS). Ταυτόχρονα, μειώνεται επίσης η ποιότητα των υπηρεσιών, γεγονός που οδηγεί τελικά στην αδυναμία παροχής υπηρεσιών σε πραγματικό χρόνο με υψηλή ποιότητακαθ 'όλη τη διάρκεια της ραδιοφωνικής κάλυψης του δικτύου. Για να λύσετε αυτό το πρόβλημα, μπορείτε να προσπαθήσετε να εγκαταστήσετε τους σταθμούς βάσης όσο το δυνατόν πιο στενά και να οργανώσετε εσωτερική κάλυψη σε όλα τα μέρη με χαμηλό επίπεδοσήμα. Ωστόσο, αυτό θα απαιτήσει σημαντικό οικονομικό κόστος, το οποίο θα οδηγήσει τελικά σε αύξηση του κόστους της υπηρεσίας και μείωση της ανταγωνιστικότητας. Έτσι, για να λυθεί αυτό το πρόβλημα, απαιτείται μια πρωτότυπη καινοτομία που χρησιμοποιεί, αν είναι δυνατόν, το τρέχον εύρος συχνοτήτων και δεν απαιτεί την κατασκευή νέων εγκαταστάσεων δικτύου.

Χαρακτηριστικά της διάδοσης των ραδιοκυμάτων

Για να κατανοήσουμε τις αρχές της τεχνολογίας MIMO, είναι απαραίτητο να λάβουμε υπόψη τα γενικά στο διάστημα. Τα κύματα που εκπέμπονται από διάφορα ασύρματα ραδιοσυστήματα στην περιοχή άνω των 100 MHz συμπεριφέρονται με πολλούς τρόπους όπως δέσμες φωτός. Όταν τα ραδιοκύματα, όταν διαδίδονται, συναντούν οποιαδήποτε επιφάνεια, τότε, ανάλογα με το υλικό και το μέγεθος του εμποδίου, απορροφάται μέρος της ενέργειας, κάποια περνάει και το υπόλοιπο αντανακλάται. Η αναλογία των μεριδίων απορροφώμενων, αντανακλασμένων και μεταδιδόμενων μέσω τμημάτων ενέργειας επηρεάζεται από πολλούς εξωτερικούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της συχνότητας του σήματος. Επιπλέον, η ανακλώμενη και μεταδιδόμενη ενέργεια του σήματος μπορεί να αλλάξει την κατεύθυνση της περαιτέρω διάδοσής του και το ίδιο το σήμα χωρίζεται σε πολλά κύματα.

Το σήμα που διαδίδεται σύμφωνα με τους παραπάνω νόμους από την πηγή στον δέκτη, αφού συναντηθεί με πολλά εμπόδια, διασπάται σε πολλά κύματα, μόνο ένα μέρος των οποίων θα φτάσει στον δέκτη. Κάθε κύμα που φθάνει στον δέκτη σχηματίζει τη λεγόμενη διαδρομή διάδοσης σήματος. Επιπλέον, λόγω του ότι τα διαφορετικά κύματα αντανακλώνται από διαφορετικό αριθμό εμποδίων και διανύουν διαφορετικές αποστάσεις, διαφορετικά μονοπάτια είναι διαφορετικά.

Σε ένα πυκνό κτίριο πόλης, λόγω του μεγάλου αριθμού εμποδίων όπως κτίρια, δέντρα, αυτοκίνητα κ.λπ., είναι πολύ συνηθισμένο για μια κατάσταση όπου δεν υπάρχει οπτική επαφή μεταξύ (ΚΜ) και κεραιών σταθμών βάσης (BTS). Σε αυτή την περίπτωση, τα ανακλώμενα κύματα είναι ο μόνος τρόπος για να φτάσετε στο σήμα του δέκτη. Ωστόσο, όπως σημειώθηκε παραπάνω, το πολλαπλό ανακλώμενο σήμα δεν έχει πλέον την αρχική ενέργεια και μπορεί να έρθει με καθυστέρηση. Ιδιαίτερη δυσκολία είναι το γεγονός ότι τα αντικείμενα δεν παραμένουν πάντα ακίνητα και η κατάσταση μπορεί να αλλάξει σημαντικά με την πάροδο του χρόνου. Αυτό δημιουργεί ένα πρόβλημα - ένα από τα πιο σημαντικά προβλήματα στα συστήματα ασύρματης επικοινωνίας.

Πολλαπλή διάδοση - πρόβλημα ή πλεονέκτημα;

Αρκετές διαφορετικές λύσεις χρησιμοποιούνται για την καταπολέμηση σημάτων πολλαπλών διαδρομών. Μία από τις πιο κοινές τεχνολογίες είναι το Receive Diversity -. Η ουσία του έγκειται στο γεγονός ότι όχι μία, αλλά αρκετές κεραίες (συνήθως δύο, λιγότερο συχνά τέσσερις), που βρίσκονται σε απόσταση μεταξύ τους, χρησιμοποιούνται για τη λήψη ενός σήματος. Έτσι, ο παραλήπτης δεν έχει ένα, αλλά δύο αντίγραφα του μεταδιδόμενου σήματος, το οποίο ήρθε με διαφορετικούς τρόπους. Αυτό καθιστά δυνατή τη συλλογή περισσότερης ενέργειας του αρχικού σήματος, επειδή κύματα που λαμβάνονται από μια κεραία μπορεί να μην λαμβάνονται από άλλη και αντίστροφα. Επίσης, τα σήματα που φτάνουν σε αντιφάση σε μια κεραία μπορούν να φτάσουν σε φάση με μια άλλη. Αυτό το σχήμα διεπαφής ραδιοφώνου μπορεί να ονομαστεί Single Input Multiple Output (SIMO), σε αντίθεση με το τυπικό σχήμα Single Input Single Output (SISO). Η αντίστροφη προσέγγιση μπορεί επίσης να εφαρμοστεί: όταν χρησιμοποιούνται πολλές κεραίες για μετάδοση και μία για λήψη. Αυτό αυξάνει επίσης τη συνολική ενέργεια του αρχικού σήματος που λαμβάνει ο δέκτης. Αυτό το κύκλωμα ονομάζεται Multiple Input Single Output (MISO). Και στα δύο σχήματα (SIMO και MISO), πολλές κεραίες είναι εγκατεστημένες στο πλάι του σταθμού βάσης, αφού Είναι δύσκολο να εφαρμοστεί η ποικιλία κεραιών σε μια κινητή συσκευή σε αρκετά μεγάλη απόσταση χωρίς να αυξηθεί το μέγεθος του ίδιου του τερματικού εξοπλισμού.

Ως αποτέλεσμα περαιτέρω συλλογισμού, φτάνουμε στο σχήμα πολλαπλής εισόδου πολλαπλής εξόδου (MIMO). Σε αυτήν την περίπτωση, εγκαθίστανται πολλαπλές κεραίες μετάδοσης και λήψης. Ωστόσο, σε αντίθεση με τα παραπάνω σχήματα, αυτό το σχήμα ποικιλομορφίας επιτρέπει όχι μόνο την καταπολέμηση της διάδοσης του σήματος σε πολλούς δρόμους, αλλά και την απόκτηση ορισμένων πρόσθετων πλεονεκτημάτων. Χρησιμοποιώντας πολλαπλές κεραίες μετάδοσης και λήψης, κάθε ζεύγος κεραίας μετάδοσης / λήψης μπορεί να συσχετιστεί με μια ξεχωριστή διαδρομή για τη μετάδοση πληροφοριών. Σε αυτήν την περίπτωση, η λήψη διαφορετικότητας θα πραγματοποιηθεί από τις υπόλοιπες κεραίες και αυτή η κεραία θα λειτουργήσει επίσης ως πρόσθετη κεραία για άλλες διαδρομές μετάδοσης. Ως αποτέλεσμα, θεωρητικά, είναι δυνατόν να αυξηθεί ο ρυθμός δεδομένων όσες φορές θα χρησιμοποιηθεί ο αριθμός των πρόσθετων κεραιών. Ωστόσο, ένας σημαντικός περιορισμός επιβάλλεται από την ποιότητα κάθε ραδιοφωνικής διαδρομής.

Πώς λειτουργεί το MIMO

Όπως σημειώθηκε παραπάνω, για την οργάνωση της τεχνολογίας MIMO, είναι απαραίτητο να εγκαταστήσετε αρκετές κεραίες στις πλευρές εκπομπής και λήψης. Συνήθως εγκαθίσταται ίσος αριθμός κεραιών στην είσοδο και έξοδο του συστήματος, επειδή σε αυτήν την περίπτωση, επιτυγχάνεται ο μέγιστος ρυθμός baud. Για να εμφανιστεί ο αριθμός των κεραιών εκπομπής και λήψης, μαζί με το όνομα της τεχνολογίας MIMO, συνήθως αναφέρεται ο χαρακτηρισμός "AxB", όπου Α είναι ο αριθμός των κεραιών στην είσοδο του συστήματος και το Β στην έξοδο. Σε αυτήν την περίπτωση, το σύστημα αναφέρεται σε ραδιοσύνδεση.

Για να λειτουργήσει η τεχνολογία MIMO, απαιτούνται ορισμένες αλλαγές στη δομή του πομπού σε σύγκριση με τα συμβατικά συστήματα. Ας εξετάσουμε μόνο έναν από τους πιθανούς, πιο απλούς τρόπους οργάνωσης της τεχνολογίας MIMO. Πρώτα απ 'όλα, χρειάζεται ένας διαχωριστής ροής στην πλευρά εκπομπής, ο οποίος θα χωρίσει τα δεδομένα που προορίζονται για μετάδοση σε αρκετές υπο-ροές χαμηλής ταχύτητας, ο αριθμός των οποίων εξαρτάται από τον αριθμό των κεραιών. Για παράδειγμα, για MIMO 4x4 και ρυθμό εισόδου δεδομένων 200 Mbps, το διαχωριστικό θα δημιουργήσει 4 ρεύματα των 50 Mbps το καθένα. Επιπλέον, καθένα από αυτά τα ρεύματα πρέπει να μεταδίδεται μέσω της δικής του κεραίας. Τυπικά, οι κεραίες εκπομπής απέχουν μεταξύ τους για να παρέχουν όσο το δυνατόν περισσότερα ψεύτικα σήματα που προκύπτουν από πολλαπλές ανακλάσεις. Σε έναν από τους πιθανούς τρόπους οργάνωσης της τεχνολογίας MIMO, το σήμα μεταδίδεται από κάθε κεραία με διαφορετικές πόλωση, γεγονός που καθιστά δυνατή την αναγνώρισή του κατά τη λήψη. Ωστόσο, στην απλούστερη περίπτωση, καθένα από τα εκπεμπόμενα σήματα αποδεικνύεται ότι χαρακτηρίζεται από το ίδιο το μέσο μετάδοσης (χρονική καθυστέρηση και άλλες στρεβλώσεις).

Στην πλευρά λήψης, αρκετές κεραίες λαμβάνουν το σήμα από το ραδιόφωνο. Επιπλέον, οι κεραίες στην πλευρά λήψης είναι επίσης εγκατεστημένες με κάποια χωρική ποικιλομορφία, λόγω της οποίας παρέχεται η λήψη διαφορετικότητας που συζητήθηκε νωρίτερα. Τα λαμβανόμενα σήματα πηγαίνουν στους δέκτες, ο αριθμός των οποίων αντιστοιχεί στον αριθμό των κεραιών και των διαδρομών μετάδοσης. Επιπλέον, καθένας από τους δέκτες λαμβάνει σήματα από όλες τις κεραίες του συστήματος. Κάθε ένας από αυτούς τους αθροιστές διαχωρίζει από τη συνολική ροή την ενέργεια σήματος μόνο της διαδρομής για την οποία είναι υπεύθυνος. Το κάνει είτε με κάποιο προκαθορισμένο χαρακτηριστικό με το οποίο ήταν εξοπλισμένο καθένα από τα σήματα, είτε αναλύοντας την καθυστέρηση, την εξασθένηση, τη μετατόπιση φάσης, δηλ. ένα σύνολο στρεβλώσεων ή ένα «δακτυλικό αποτύπωμα» του μέσου διανομής. Ανάλογα με την αρχή του συστήματος (Bell Laboratories Layered Space -Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC) κ.λπ.), το μεταδιδόμενο σήμα μπορεί να επαναληφθεί μετά από ορισμένο χρονικό διάστημα ή να μεταδοθεί με μικρή καθυστέρηση μέσω άλλων κεραιών .

Σε ένα σύστημα MIMO, μπορεί να συμβεί ένα ασυνήθιστο φαινόμενο ότι ο ρυθμός δεδομένων σε ένα σύστημα MIMO μπορεί να μειωθεί εάν υπάρχει μια οπτική επαφή μεταξύ της πηγής και του δέκτη του σήματος. Αυτό οφείλεται κυρίως στη μείωση της σοβαρότητας των στρεβλώσεων στον περιβάλλοντα χώρο, η οποία σηματοδοτεί καθένα από τα σήματα. Ως αποτέλεσμα, γίνεται προβληματικό στην πλευρά λήψης ο διαχωρισμός των σημάτων και αρχίζουν να επηρεάζουν το ένα το άλλο. Έτσι, όσο υψηλότερη είναι η ποιότητα της ραδιοσύνδεσης, τόσο λιγότερα οφέλη μπορείτε να έχετε από το MIMO.

MIMO πολλαπλών χρηστών (MU-MIMO)

Η παραπάνω αρχή της οργάνωσης ραδιοεπικοινωνιών αναφέρεται στο λεγόμενο MIMO ενός χρήστη (SU-MIMO), όπου υπάρχει μόνο ένας πομπός και δέκτης πληροφοριών. Σε αυτήν την περίπτωση, τόσο ο πομπός όσο και ο δέκτης μπορούν να συντονίσουν σαφώς τις ενέργειές τους και ταυτόχρονα δεν υπάρχει κανένας παράγοντας έκπληξης όταν ενδέχεται να εμφανιστούν νέοι χρήστες στον αέρα. Ένα τέτοιο σχήμα είναι αρκετά κατάλληλο για μικρά συστήματα, για παράδειγμα, για την οργάνωση επικοινωνίας σε ένα γραφείο στο σπίτι μεταξύ δύο συσκευών. Με τη σειρά τους, τα περισσότερα συστήματα όπως WI-FI, WIMAX, συστήματα κυψελοειδούς επικοινωνίας είναι πολλαπλών χρηστών, δηλ. έχουν ένα μόνο κέντρο και πολλά απομακρυσμένα αντικείμενα, με καθένα από τα οποία είναι απαραίτητο να οργανωθεί μια ραδιοσύνδεση. Έτσι, προκύπτουν δύο προβλήματα: αφενός, ο σταθμός βάσης πρέπει να μεταδίδει ένα σήμα σε πολλούς συνδρομητές μέσω του ίδιου συστήματος κεραίας (μετάδοση MIMO) και ταυτόχρονα να λαμβάνει σήμα μέσω των ίδιων κεραιών από πολλούς συνδρομητές (MIMO MAC - Κανάλια πολλαπλής πρόσβασης).

Στην κατεύθυνση uplink - από το MS στο BTS, οι χρήστες μεταδίδουν τις πληροφορίες τους ταυτόχρονα στην ίδια συχνότητα. Σε αυτή την περίπτωση, προκύπτει μια δυσκολία για τον σταθμό βάσης: είναι απαραίτητο να διαχωριστούν τα σήματα από διαφορετικούς συνδρομητές. Ένας πιθανός τρόπος για την καταπολέμηση αυτού του προβλήματος είναι επίσης η γραμμική επεξεργασία, η οποία εκπέμπει προηγουμένως το μεταδιδόμενο σήμα. Το αρχικό σήμα, σύμφωνα με αυτήν τη μέθοδο, πολλαπλασιάζεται με μια μήτρα, η οποία αποτελείται από συντελεστές που αντανακλούν την παρεμβολή άλλων χρηστών. Ο πίνακας καταρτίζεται με βάση την τρέχουσα κατάσταση στον αέρα: τον αριθμό των συνδρομητών, τα ποσοστά μετάδοσης κ.λπ. Έτσι, πριν από τη μετάδοση, το σήμα υφίσταται παραμόρφωση αντίθετη από αυτήν που θα συναντήσει κατά τη μετάδοση στον αέρα.

Σε downlink - την κατεύθυνση από το BTS προς το MS, ο σταθμός βάσης μεταδίδει σήματα ταυτόχρονα στο ίδιο κανάλι σε περισσότερους συνδρομητές ταυτόχρονα. Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι το σήμα που μεταδίδεται σε έναν συνδρομητή επηρεάζει τη λήψη όλων των άλλων σημάτων, δηλ. εμφανίζονται παρεμβολές. Πιθανές επιλογέςη καταπολέμηση αυτού του προβλήματος είναι η χρήση ή η εφαρμογή της τεχνολογίας κωδικοποίησης βρώμικου χαρτιού. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στην τεχνολογία βρώμικου χαρτιού. Η αρχή λειτουργίας του βασίζεται στην ανάλυση της τρέχουσας κατάστασης της ραδιοφωνικής μετάδοσης και του αριθμού των ενεργών συνδρομητών. Ο μόνος (πρώτος) συνδρομητής διαβιβάζει τα δεδομένα του στο σταθμό βάσης χωρίς κωδικοποίηση, αλλάζοντας τα δεδομένα του, γιατί δεν υπάρχει καμία παρέμβαση από άλλους συνδρομητές. Ο δεύτερος συνδρομητής θα κωδικοποιήσει, δηλ. αλλάξτε την ενέργεια του σήματός σας έτσι ώστε να μην παρεμβαίνει στο πρώτο και να μην επηρεάζετε το σήμα σας από το πρώτο. Οι επόμενοι συνδρομητές που προστίθενται στο σύστημα θα ακολουθούν επίσης αυτήν την αρχή και θα βασίζονται στον αριθμό των ενεργών συνδρομητών και στην επίδραση των σημάτων που μεταδίδουν.

Εφαρμογή MIMO

Η τεχνολογία MIMO την τελευταία δεκαετία ήταν ένας από τους πιο σημαντικούς τρόπους για να αυξηθεί η απόδοση και η χωρητικότητα των ασύρματων συστημάτων επικοινωνίας. Ας δούμε μερικά παραδείγματα χρήσης του MIMO στο διαφορετικά συστήματαεπικοινωνία.

Το πρότυπο WiFi 802.11n είναι ένα από τα πιο εντυπωσιακά παραδείγματα χρήσης της τεχνολογίας MIMO. Σύμφωνα με τον ίδιο, σας επιτρέπει να διατηρείτε ταχύτητες έως και 300 Mbps. Επιπλέον, το προηγούμενο πρότυπο 802.11g επέτρεπε μόνο 50 Mbps. Εκτός από την αύξηση του ρυθμού μεταφοράς δεδομένων, το νέο πρότυπο, χάρη στο MIMO, επιτρέπει επίσης καλύτερη ποιότητα απόδοσης υπηρεσιών σε χώρους με χαμηλά επίπεδα σήματος. Το 802.11n χρησιμοποιείται όχι μόνο σε συστήματα Point / Multipoint - η πιο κοινή θέση χρήσης Τεχνολογία WiFiγια την οργάνωση ενός LAN (Local Area Network), αλλά και για την οργάνωση συνδέσεων σημείων / σημείων, που χρησιμοποιούνται για την οργάνωση καναλιών επικοινωνίας κορμού με ταχύτητα αρκετών εκατοντάδων Mbit / s και επιτρέπουν τη μετάδοση δεδομένων σε δεκάδες χιλιόμετρα (έως 50 χλμ).

Το πρότυπο WiMAX διαθέτει επίσης δύο εκδόσεις που ανοίγουν νέες δυνατότητες στους χρήστες που χρησιμοποιούν την τεχνολογία MIMO. Το πρώτο, 802.16e, παρέχει υπηρεσίες ευρυζωνικής σύνδεσης για κινητά. Σας επιτρέπει να μεταφέρετε πληροφορίες με ρυθμό έως 40 Mbit / s προς την κατεύθυνση από το σταθμό βάσης στον εξοπλισμό συνδρομητή. Ωστόσο, το MIMO στο 802.16e θεωρείται μια επιλογή και χρησιμοποιείται στην απλούστερη διαμόρφωση 2x2. Στην επόμενη έκδοση, το MIMO 802.16m θεωρείται υποχρεωτική τεχνολογία, με πιθανή διαμόρφωση 4x4. Σε αυτή την περίπτωση, το WiMAX μπορεί ήδη να αποδοθεί σε κυψελοειδή συστήματα επικοινωνίας, δηλαδή στην τέταρτη γενιά τους (λόγω του υψηλού ρυθμού μεταφοράς δεδομένων), αφού διαθέτει μια σειρά από χαρακτηριστικά που είναι εγγενή στα κυψελοειδή δίκτυα: φωνητικές συνδέσεις. Πότε χρήση κινητού, θεωρητικά, μπορεί να επιτευχθεί ταχύτητα 100 Mbps. Σε σταθερή έκδοση, η ταχύτητα μπορεί να φτάσει το 1 Gbps.

Το μεγαλύτερο ενδιαφέρον είναι η χρήση της τεχνολογίας MIMO σε συστήματα κυτταρικός... Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται από την τρίτη γενιά κυψελοειδών συστημάτων επικοινωνίας. Για παράδειγμα, στο πρότυπο, Rel. 6, χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με την τεχνολογία HSPA με υποστήριξη για ταχύτητες έως 20 Mbps και στο Rel. 7 - με HSPA +, όπου οι ρυθμοί μεταφοράς δεδομένων φτάνουν τα 40 Mbps. Ωστόσο, σε συστήματα 3G, το MIMO δεν έχει βρει ευρεία χρήση.

Τα συστήματα, δηλαδή το LTE, προβλέπουν επίσης τη χρήση του MIMO σε διαμορφώσεις έως 8x8. Θεωρητικά, αυτό μπορεί να επιτρέψει τη μεταφορά δεδομένων από έναν σταθμό βάσης σε έναν συνδρομητή που υπερβαίνει τα 300 Mbps. Επίσης ένα σημαντικό θετικό σημείο είναι η σταθερή ποιότητα της άρθρωσης, ακόμη και στην άκρη. Ταυτόχρονα, ακόμη και σε σημαντική απόσταση από το σταθμό βάσης ή όταν βρίσκεστε σε απομακρυσμένο δωμάτιο, θα παρατηρηθεί μόνο μια μικρή μείωση του ρυθμού μεταφοράς δεδομένων.

Έτσι, η τεχνολογία MIMO βρίσκει εφαρμογή σε όλα σχεδόν τα ασύρματα συστήματα μετάδοσης δεδομένων. Επιπλέον, οι δυνατότητές του δεν έχουν εξαντληθεί. Readyδη, αναπτύσσονται νέες επιλογές διαμόρφωσης κεραίας, έως 64x64 MIMO. Αυτό στο μέλλον θα επιτρέψει την επίτευξη ακόμη υψηλότερων ρυθμών δεδομένων, χωρητικότητας δικτύου και φασματικής απόδοσης.

Μία από τις πιο σημαντικές και σημαντικές καινοτομίες Wi -Fi τα τελευταία 20 χρόνια - Multi User - Multiple Input Multiple Output (MU -MIMO) τεχνολογία. Το MU-MIMO επεκτείνει τη λειτουργικότητα μιας ενημερωμένης έκδοσης που κυκλοφόρησε πρόσφατα ασύρματο πρότυπο 802.11ac "Wave 2". Αυτό είναι σίγουρα μια τεράστια ανακάλυψη για ασύρματος... Αυτή η τεχνολογία συμβάλλει στην αύξηση της μέγιστης θεωρητικής ταχύτητας ασύρματη σύνδεσηαπό 3,47 Gbps στην αρχική προδιαγραφή 802.11ac έως 6,93 Gbps στην ενημέρωση 802.11ac Wave 2. Αυτή είναι μια από τις πιο πολύπλοκες λειτουργίες Wi-Fi μέχρι σήμερα.

Ας δούμε πώς λειτουργεί!

Η τεχνολογία MU-MIMO ανεβάζει τον πήχη επιτρέποντας σε πολλές συσκευές να λαμβάνουν πολλαπλές ροές δεδομένων.Βασίζεται στην τεχνολογία Single User MIMO (SU-MIMO), η οποία παρουσιάστηκε πριν από σχεδόν 10 χρόνια με το πρότυπο 802.11n.

Το SU-MIMO αυξάνει την ταχύτητα των συνδέσεων Wi-Fi επιτρέποντας σε ένα ζεύγος ασύρματων συσκευών να λαμβάνουν ή να στέλνουν ταυτόχρονα πολλαπλές ροές δεδομένων.

Εικόνα 1. Η τεχνολογία SU-MIMO παρέχει ροές εισόδου και εξόδου πολλαπλών καναλιών σε μία συσκευή ταυτόχρονα. Η τεχνολογία MU-MIMO επιτρέπει ταυτόχρονη επικοινωνία με πολλές συσκευές.

Βασικά, οι επαναστατικές αλλαγές για το Wi-Fi παρέχονται από δύο τεχνολογίες. Η πρώτη από αυτές τις τεχνολογίες, που ονομάζεται beamforming, επιτρέπει στους δρομολογητές Wi-Fi και στα σημεία πρόσβασης να χρησιμοποιούν πιο αποτελεσματικά τα ραδιοφωνικά κανάλια. Πριν από την εμφάνιση αυτής της τεχνολογίας, οι δρομολογητές Wi-Fi και τα σημεία πρόσβασης λειτουργούσαν σαν λαμπτήρες, στέλνοντας σήματα προς όλες τις κατευθύνσεις. Το πρόβλημα ήταν ότιείναι δύσκολο για ένα μη εστιασμένο σήμα περιορισμένης ισχύος να φτάσει σε συσκευές Wi-Fi του πελάτη.

Χρησιμοποιώντας τεχνολογία διαμόρφωσης δέσμης, ο δρομολογητής Wi-Fi ή το σημείο πρόσβασης ανταλλάσσει τις πληροφορίες θέσης του με τη συσκευή-πελάτη. Στη συνέχεια, ο δρομολογητής αλλάζει φάση και ισχύ για να παράγει το καλύτερο σήμα. Το αποτέλεσμα: πιο αποτελεσματική χρήση ραδιοσήματος, ταχύτερη μεταφορά δεδομένων και πιθανώς μεγαλύτερες μέγιστες αποστάσεις σύνδεσης.

Οι δυνατότητες διαμόρφωσης δοκών διευρύνονται. Μέχρι τώρα, οι δρομολογητές Wi-Fi ή τα σημεία πρόσβασης ήταν εγγενώς μεμονωμένες εργασίες, στέλνοντας ή λαμβάνοντας δεδομένα από μία μόνο συσκευή-πελάτη κάθε φορά. Οι προηγούμενες εκδόσεις της οικογένειας 802.11 των προτύπων ασύρματης μετάδοσης δεδομένων, συμπεριλαμβανομένου του προτύπου 802.11n και της πρώτης έκδοσης του προτύπου 802.11ac, είχαν τη δυνατότητα ταυτόχρονης λήψης ή μετάδοσης πολλαπλών ροών δεδομένων, αλλά μέχρι τώρα δεν υπήρχε μέθοδος Δρομολογητής Wi-Fi ή σημείο πρόσβασης σε έναν και τον ίδιο χρόνο "επικοινωνείτε" με πολλούς πελάτες ταυτόχρονα. Στο εξής, με τη βοήθεια του MU-MIMO, εμφανίστηκε μια τέτοια ευκαιρία.

Αυτό είναι πραγματικά μια μεγάλη ανακάλυψη, καθώς η δυνατότητα ταυτόχρονης μετάδοσης δεδομένων σε πολλαπλές συσκευές πελατών ταυτόχρονα διευρύνει σημαντικά το διαθέσιμο εύρος ζώνης για ασύρματους πελάτες. Η τεχνολογία MU-MIMO προωθεί τα ασύρματα δίκτυα από τον παλιό τρόποΤο CSMA-SD, όταν εξυπηρετήθηκε μόνο μία συσκευή ταυτόχρονα, σε ένα σύστημα όπου πολλές συσκευές μπορούν ταυτόχρονα να "μιλούν". Για ένα πιο ενδεικτικό παράδειγμα, φανταστείτε να πηγαίνετε από έναν επαρχιακό δρόμο σε μια μεγάλη λωρίδα κυκλοφορίας σε έναν μεγάλο αυτοκινητόδρομο.

Οι ασύρματοι δρομολογητές και τα σημεία πρόσβασης δεύτερης γενιάς 802.11ac Wave 2 καταλαμβάνουν την αγορά σήμερα. Όλοι όσοι αναπτύσσουν Wi-Fi κατανοούν τις ιδιαιτερότητες της εργασίας Τεχνολογίες MU-MIMO... Σας παρουσιάζουμε 13 γεγονότα που θα επιταχύνουν τη μάθησή σας προς αυτήν την κατεύθυνση.

1. Το MU-MIMO χρησιμοποιεί μόνοΜεταγενέστερη ροή (από σημείο πρόσβασης σε κινητή συσκευή).

Σε αντίθεση με το SU-MIMO, το MU-MIMO προς το παρόν λειτουργεί μόνο γιαΜεταφορά δεδομένων από σημείο πρόσβασης σε κινητή συσκευή. Μόνο οι ασύρματοι δρομολογητές ή τα σημεία πρόσβασης μπορούν να μεταδώσουν ταυτόχρονα δεδομένα σε πολλούς χρήστες, είτε πρόκειται για μία είτε για πολλές ροές για καθένα από αυτά. Οι ίδιες οι ασύρματες συσκευές (όπως smartphone, tablet ή φορητοί υπολογιστές) πρέπει να στέλνουν εκ περιτροπής δεδομένα στον ασύρματο δρομολογητή ή στο σημείο πρόσβασης, αν και μπορούν να χρησιμοποιούν μεμονωμένα την τεχνολογία SU-MIMO για τη μετάδοση πολλαπλών ροών όταν γυρίζουν.

Η τεχνολογία MU-MIMO θα είναι ιδιαίτερα χρήσιμη σε εκείνα τα δίκτυα όπου οι χρήστες κατεβάζουν περισσότερα δεδομένα παρά κατεβάζουν.

Perhapsσως, στο μέλλον, να εφαρμοστεί μια έκδοση τεχνολογίας Wi-Fi: 802.11ax, όπου η μέθοδος MU-MIMO θα ισχύει και για την κυκλοφορία "Upstream".

2. Το MU-MIMO λειτουργεί μόνο στο εύρος συχνοτήτων Wi-Fi 5 GHz

Η τεχνολογία SU-MIMO λειτουργεί τόσο στις ζώνες συχνοτήτων 2,4 GHz όσο και 5 GHz. 802.11ac Wave 2 δεύτερης γενιάς ασύρματοι δρομολογητές και σημεία πρόσβασης μπορούν ταυτόχρονα να εξυπηρετούν πολλούς χρήστες μόνο σε μια ζώνη συχνοτήτων 5 GHz. Από τη μία πλευρά, φυσικά, είναι κρίμα που στη στενότερη και πιο συμφόρηση της ζώνης συχνοτήτων 2,4 GHz, δεν θα μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη νέα τεχνολογία. Αλλά, από την άλλη πλευρά, υπάρχουν όλο και περισσότερες ασύρματες συσκευές διπλής ζώνης που υποστηρίζουν την τεχνολογία MU-MIMO στην αγορά, τις οποίες μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για την ανάπτυξη παραγωγικών εταιρικών δικτύων Wi-Fi.

3. Η τεχνολογία διαμόρφωσης δέσμης βοηθά στην καθοδήγηση σημάτων

Στη λογοτεχνία της ΕΣΣΔ, μπορείτε να βρείτε την έννοια του Σταδιακού Σειρά κεραίαςπου αναπτύχθηκε για στρατιωτικά ραντάρ στα τέλη της δεκαετίας του 1980. Παρόμοια τεχνολογία έχει εφαρμοστεί και στο σύγχρονο Wi-Fi.Το MU-MIMO χρησιμοποιεί τεχνολογία διαμόρφωσης δέσμης (γνωστή ως "beamforming" στην αγγλική τεχνική βιβλιογραφία). Η διαμόρφωση δέσμης επιτρέπει στα σήματα να κατευθύνονται προς την προβλεπόμενη τοποθεσία της ασύρματης συσκευής (ή συσκευών), αντί να αποστέλλονται τυχαία προς όλες τις κατευθύνσεις. Έτσι, αποδεικνύεται ότι εστιάζει το σήμα και αυξάνει σημαντικά το εύρος και την ταχύτητα της σύνδεσης Wi-Fi.

Αν και η τεχνολογία διαμόρφωσης δέσμης ήταν προαιρετικά διαθέσιμη με το πρότυπο 802.11n, οι περισσότεροι κατασκευαστές έχουν εφαρμόσει τις δικές τους αποκλειστικές εκδόσεις της τεχνολογίας. Αυτοί οι προμηθευτές εξακολουθούν να προσφέρουν ιδιόκτητες εφαρμογές της τεχνολογίας στις συσκευές τους, αλλά θα πρέπει τώρα να περιλαμβάνουν τουλάχιστον μια απλοποιημένη και τυποποιημένη έκδοση τεχνολογίας δέσμης αν θέλουν να υποστηρίξουν το MU-MIMO στη σειρά προϊόντων 802.11ac.

4. Το MU-MIMO υποστηρίζει περιορισμένο αριθμό ταυτόχρονων ροών και συσκευών

Δυστυχώς, οι δρομολογητές ή τα σημεία πρόσβασης με την εφαρμοζόμενη τεχνολογία MU-MIMO δεν μπορούν να εξυπηρετήσουν ταυτόχρονα απεριόριστο αριθμό ροών και συσκευών. Ένας δρομολογητής ή ένα σημείο πρόσβασης έχει το δικό του όριο στον αριθμό των ροών που εξυπηρετεί (συχνά 2, 3 ή 4 ροές) και αυτός ο αριθμός χωρικών ροών περιορίζει επίσης τον αριθμό των συσκευών που μπορεί να εξυπηρετήσει ταυτόχρονα ένα σημείο πρόσβασης. Έτσι, ένα σημείο πρόσβασης με υποστήριξη για τέσσερις ροές μπορεί να εξυπηρετήσει ταυτόχρονα τέσσερα διάφορες συσκευές, ή, για παράδειγμα, κατευθύνετε μια ροή σε μια συσκευή και συγκεντρώστε τρία άλλα ρεύματα σε άλλη συσκευή (αυξάνοντας την ταχύτητα από τον συνδυασμό καναλιών).

5. Οι συσκευές χρήστη δεν απαιτείται να έχουν πολλαπλές κεραίες

Όπως και με την τεχνολογία SU-MIMO, μόνο οι ασύρματες συσκευές με ενσωματωμένη υποστήριξη MU-MIMO μπορούν να συγκεντρώσουν ροές (ποσοστό). Σε αντίθεση όμως με την κατάσταση με την τεχνολογία SU-MIMO, οι ασύρματες συσκευές δεν χρειάζεται να έχουν πολλαπλές κεραίες για να λαμβάνουν ροές MU-MIMO από ασύρματους δρομολογητές και σημεία πρόσβασης. Αν ασύρματη συσκευήεξοπλισμένο με μία μόνο κεραία, μπορεί να λάβειμόνο μία ροή δεδομένων MU-MIMO από το AP, χρησιμοποιώντας τη διαμόρφωση δέσμης για τη βελτίωση της λήψης.

Περισσότερες κεραίες θα επιτρέψουν στην ασύρματη συσκευή χρήστη να λαμβάνει περισσότερες ροές δεδομένων ταυτόχρονα (συνήθως μία ροή ανά κεραία), κάτι που σίγουρα θα έχει θετικό αντίκτυπο στην απόδοση της συγκεκριμένης συσκευής. Ωστόσο, η παρουσία πολλαπλών κεραιών σε μια συσκευή χρήστη επηρεάζει αρνητικά την κατανάλωση ενέργειας και το μέγεθος αυτού του προϊόντος, το οποίο είναι κρίσιμο για τα smartphone.

Ωστόσο, η τεχνολογία MU-MIMO θέτει λιγότερες απαιτήσεις υλικού σε συσκευές-πελάτες από ό, τι η τεχνικά βαριά τεχνολογία SU-MIMO, μπορεί με ασφάλεια να υποτεθεί ότι οι κατασκευαστές θα είναι πολύ πιο πρόθυμοι να εξοπλίσουνφορητούς υπολογιστές και tablet που υποστηρίζουν την τεχνολογία MU-MIMO.

6. Τα σημεία πρόσβασης κάνουν βαριά επεξεργασία

Σε μια προσπάθεια απλοποίησης των απαιτήσεων για συσκευές τελικού χρήστη, οι προγραμματιστές της τεχνολογίας MU-MIMO προσπάθησαν να μετατοπίσουν το μεγαλύτερο μέρος της εργασίας επεξεργασίας σήματος στα σημεία πρόσβασης. Αυτό είναι ένα ακόμη βήμα μπροστά από την τεχνολογία SU-MIMO, όπου το βάρος της επεξεργασίας σήματος επιβάρυνε σε μεγάλο βαθμό τις συσκευές χρήστη. Και πάλι, αυτό θα βοηθήσει τους κατασκευαστές συσκευών-πελατών να εξοικονομήσουν ενέργεια, μέγεθος και άλλα έξοδα στην παραγωγή των λύσεων προϊόντων τους με υποστήριξη MU-MIMO, κάτι που θα έχει πολύ θετική επίδραση στη διάδοση αυτής της τεχνολογίας.

7. Ακόμη και συσκευές χαμηλού επιπέδου αποκομίζουν απτά οφέλη από την ταυτόχρονη μετάδοση σε πολλαπλά χωρικά ρεύματα

Όπως και η συγκέντρωση συνδέσμων Ethernet (802.3ad και LACP), η συνάθροιση 802.1ac δεν αυξάνει την ταχύτητα ενός συνδέσμου από σημείο σε σημείο. Εκείνοι. εάν είστε ο μόνος χρήστης και έχετε μόνο μία εφαρμογή σε λειτουργία, χρησιμοποιείτε μόνο 1 χωρική ροή.

Ωστόσο, υπάρχει μια ευκαιρία να αυξηθείγενικός διακίνησηδίκτυο παρέχοντας ένα σημείο πρόσβασης για την εξυπηρέτηση πολλαπλών συσκευών χρηστών ταυτόχρονα.

Αλλά αν όλες οι συσκευές χρήστη που χρησιμοποιούνται στο δίκτυό σας υποστηρίζουν μόνο μία ροή, τότε το MU-MIMO θα επιτρέψει στο σημείο πρόσβασής σας να εξυπηρετεί ταυτόχρονα έως τρεις συσκευές, αντί για μία κάθε φορά, ενώ η άλλη(πιο προηγμένες) καταναλωτικές συσκευές θα πρέπει να περιμένουν τη σειρά τους.

Σχήμα 2.

8. Ορισμένες συσκευές χρηστών έχουν κρυφή υποστήριξη για την τεχνολογία MU-MIMO

Παρά το γεγονός ότι προς το παρόν δεν υπάρχουν ακόμη πολλοί δρομολογητές, σημεία πρόσβασης ή φορητές συσκευές που υποστηρίζουν MU-MIMO, ο κατασκευαστής τσιπ Wi-Fi ισχυρίζεται ότι ορισμένοι κατασκευαστές κατά τη διαδικασία παραγωγής τους έλαβαν υπόψη τις απαιτήσεις υλικού για την υποστήριξη των νέων τεχνολογιών για ορισμένους των συσκευών τους για τελικούς χρήστες πριν από μερικά χρόνια. Για τέτοιες συσκευές, μια σχετικά εύκολη αναβάθμιση λογισμικόθα προσθέσει υποστήριξη για την τεχνολογία MU-MIMO, η οποία θα πρέπει επίσης να επιταχύνει τη διάδοση και τη διάδοση της τεχνολογίας, καθώς και να ενθαρρύνει τις εταιρείες και τους οργανισμούς να αναβαθμίσουν τα εταιρικά ασύρματα δίκτυα τους με εξοπλισμό 802.11ac.

9. Οι συσκευές χωρίς υποστήριξη MU-MIMO ωφελούνται επίσης

Παρά το γεγονός ότι οι συσκευές Wi-Fi πρέπει απαραιτήτως να διαθέτουν υποστήριξη MU-MIMO για να χρησιμοποιούν αυτήν την τεχνολογία, ακόμη και εκείνες οι συσκευές-πελάτες που δεν έχουν τέτοια υποστήριξη μπορούν να επωφεληθούν έμμεσα από την εργασία σε ασύρματο δίκτυο όπου ο δρομολογητής ή τα σημεία πρόσβασης υποστηρίζουν MU- Τεχνολογία MIMO. Πρέπει να θυμόμαστε ότι η ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων μέσω του δικτύου εξαρτάται άμεσα από το συνολικό χρόνο κατά τον οποίο οι συνδρομητικές συσκευές είναι συνδεδεμένες στο ραδιοφωνικό κανάλι. Και αν η τεχνολογία MU-MIMO επιτρέπει την ταχύτερη εξυπηρέτηση ορισμένων συσκευών, αυτό σημαίνει ότι τα σημεία πρόσβασης σε ένα τέτοιο δίκτυο θα έχουν περισσότερο χρόνο για να εξυπηρετήσουν άλλες συσκευές-πελάτες.

10. Το MU-MIMO Βοηθά στην Αύξηση της Ασύρματης Απόδοσης

Όταν αυξάνετε την ταχύτητα της σύνδεσης Wi-Fi, αυξάνετε επίσης το εύρος ζώνης του ασύρματου δικτύου σας. Καθώς οι συσκευές εξυπηρετούνται γρηγορότερα, το δίκτυο έχει περισσότερο χρόνο ομιλίας για να εξυπηρετήσει περισσότερες συσκευές -πελάτες. Έτσι, η τεχνολογία MU-MIMO μπορεί να βελτιστοποιήσει σημαντικά την απόδοση των ασύρματων δικτύων με μεγάλη κίνηση ή μεγάλο αριθμό συνδεδεμένων συσκευών, όπως δημόσια δίκτυα Wi-Fi. Αυτά είναι εξαιρετικά νέα καθώς ο αριθμός των smartphone και άλλων φορητών συσκευών με σύνδεση Wi-Fi είναι πιθανό να συνεχίσει να αυξάνεται.

11. Υποστηρίζεται οποιοδήποτε πλάτος καναλιού

Ένας τρόπος για να επεκτείνετε το εύρος ζώνης Wi-Fi είναι η συγκόλληση καναλιών, όπου δύο παρακείμενα κανάλια συνδυάζονται σε ένα κανάλι που έχει διπλάσιο πλάτος, διπλασιάζοντας ουσιαστικά την ταχύτητα της σύνδεσης Wi-Fi μεταξύ της συσκευής και του σημείου πρόσβασης. Το πρότυπο 802.11n παρείχε υποστήριξη για κανάλια πλάτους έως 40 MHz, στην αρχική προδιαγραφή του προτύπου 802.11ac το υποστηριζόμενο πλάτος καναλιού αυξήθηκε στα 80 MHz. Το ενημερωμένο πρότυπο 802.11ac Wave 2 υποστηρίζει κανάλια 160 MHz.

Εικόνα 3. Σήμερα το πρότυπο 802.11ac υποστηρίζει κανάλια πλάτους έως 160 MHz στο εύρος συχνοτήτων 5 GHz

Ωστόσο, λάβετε υπόψη ότι η χρήση ευρύτερων καναλιών σε ένα ασύρματο δίκτυο αυξάνει την πιθανότητα παρεμβολής στα κανάλια. Επομένως, αυτή η προσέγγιση δεν θα είναι πάντα η σωστή επιλογήγια την ανάπτυξη όλων των δικτύων Wi-Fi χωρίς εξαίρεση. Ωστόσο, η τεχνολογία MU-MIMO, όπως μπορούμε να δούμε, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κανάλια οποιουδήποτε πλάτους.

Ωστόσο, ακόμη και αν το ασύρματο δίκτυό σας χρησιμοποιεί στενότερα κανάλια 20 MHz ή 40 MHz, το MU-MIMO μπορεί να το βοηθήσει να τρέξει γρηγορότερα. Αλλά πόσο πιο γρήγορα θα εξαρτηθεί από το πόσες συσκευές -πελάτες θα χρειαστεί να εξυπηρετηθούν και πόσες ροές υποστηρίζει κάθε μία από αυτές τις συσκευές. Έτσι, η χρήση της τεχνολογίας MU-MIMO ακόμη και χωρίς ευρεία συνδεδεμένα κανάλια μπορεί να υπερδιπλασιάσει την απόδοση της ασύρματης σύνδεσης εξόδου για κάθε συσκευή.

12. Η επεξεργασία σήματος αυξάνει την ασφάλεια

Μια ενδιαφέρουσα παρενέργεια της τεχνολογίας MU-MIMO είναι ότι ο δρομολογητής ή το σημείο πρόσβασης κρυπτογραφεί δεδομένα πριν τα στείλει μέσω ραδιοφώνου.Είναι μάλλον δύσκολο να αποκωδικοποιηθούν τα δεδομένα που μεταδίδονται χρησιμοποιώντας την τεχνολογία MU-MIMO, καθώς δεν είναι σαφές ποιο μέρος του κώδικα βρίσκεται σε ποια χωρική ροή. Ενώ στη συνέχεια μπορεί να αναπτυχθούν ειδικά εργαλεία που επιτρέπουν σε άλλες συσκευές να υποκλέπτουν μεταδιδόμενη κίνηση, η τεχνολογία MU-MIMO σήμερα καλύπτει αποτελεσματικά δεδομένα από κοντινές συσκευές ακρόασης. Ετσι, νέα τεχνολογίασυμβάλλει στη βελτίωση της ασφάλειας Wi-Fi, η οποία είναι ιδιαίτερα σημαντική για ανοιχτά ασύρματα δίκτυα, όπως δημόσια δίκτυα Wi-Fi, καθώς και σημεία πρόσβασης που λειτουργούν σε προσωπική λειτουργία ή χρησιμοποιούν απλοποιημένη λειτουργία ελέγχου ταυτότητας χρήστη (Pre-Shared Key, PSK) σε τεχνολογίες ασφαλείας Wi-Fi WPA ή WPA2.

13. Το MU-MIMO είναι το καλύτερο για σταθερές συσκευές Wi-Fi

Υπάρχει επίσης μια προειδοποίηση σχετικά με την τεχνολογία MU-MIMO: δεν λειτουργεί καλά με συσκευές που κινούνται γρήγορα καθώς η διαδικασία διαμόρφωσης δέσμης γίνεται πιο περίπλοκη και λιγότερο αποδοτική. Επομένως, το MU-MIMO δεν θα σας παρέχει μετρήσιμο όφελος σε συσκευές που περιφέρονται συχνά στο εταιρικό σας δίκτυο. Ωστόσο, θα πρέπει να γίνει κατανοητό ότι αυτές οι «προβληματικές» συσκευές δεν πρέπει να επηρεάζουν ούτε τη μετάδοση δεδομένων MU-MIMO σε άλλες συσκευές-πελάτες που είναι λιγότερο κινητές, ούτε την απόδοσή τους.

Εγγραφείτε στις ειδήσεις

9 Απριλίου 2014

Κάποτε, καθώς άφησε αθόρυβα και ανεπαίσθητα τη σύνδεση IR, έπαψαν να χρησιμοποιούν το Bluetooth για την ανταλλαγή δεδομένων. Και τώρα είναι η σειρά του Wi-Fi ...

Έχει αναπτυχθεί ένα σύστημα πολλαπλών χρηστών με πολλαπλές εισόδους και εξόδους, επιτρέποντας στο δίκτυο να επικοινωνεί με περισσότερους από έναν υπολογιστές ταυτόχρονα. Οι δημιουργοί ισχυρίζονται ότι χρησιμοποιώντας την ίδια ζώνη ραδιοκυμάτων που διατίθεται για Wi-Fi, η συναλλαγματική ισοτιμία μπορεί να τριπλασιαστεί.

Η Qualcomm Atheros έχει αναπτύξει ένα σύστημα πολλαπλών χρηστών πολλαπλών εισόδων / εξόδων (πρωτόκολλο MU-MIMO) που επιτρέπει στο δίκτυο να επικοινωνεί με περισσότερους από έναν υπολογιστές ταυτόχρονα. Η εταιρεία σχεδιάζει να ξεκινήσει την επίδειξη της τεχνολογίας τους επόμενους μήνες, πριν από την αποστολή στους πελάτες στις αρχές του επόμενου έτους.

Ωστόσο, για να αποκτήσουν αυτό το υψηλό ποσοστό ανταλλαγής, οι χρήστες θα πρέπει να αναβαθμίσουν τόσο τους υπολογιστές τους όσο και τους δρομολογητές δικτύου.

Χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλο Wi -Fi, οι πελάτες εξυπηρετούνται διαδοχικά - κατά τη διάρκεια ενός συγκεκριμένου χρονικού διαστήματος, χρησιμοποιείται μόνο μία συσκευή για τη μετάδοση και τη λήψη πληροφοριών - έτσι ώστε να χρησιμοποιείται μόνο ένα μικρό μέρος του εύρους ζώνης του δικτύου.

Η συσσώρευση αυτών των διαδοχικών συμβάντων δημιουργεί πτώση της συναλλαγματικής ισοτιμίας καθώς όλο και περισσότερες συσκευές συνδέονται στο δίκτυο.

Το πρωτόκολλο MU-MIMO (πολλαπλών χρηστών, πολλαπλών εισόδων, πολλαπλών εξόδων) παρέχει ταυτόχρονη μετάδοση πληροφοριών σε μια ομάδα πελατών, η οποία κάνει πιο αποτελεσματική χρήση του διαθέσιμου εύρους ζώνης του δικτύου Wi-Fi και επιταχύνει έτσι τη μετάδοση.

Η Qualcomm πιστεύει ότι τέτοιες δυνατότητες θα είναι ιδιαίτερα χρήσιμες σε συνεδριακά κέντρα και διαδικτυακές καφετέριες όταν πολλοί χρήστες είναι συνδεδεμένοι στο ίδιο δίκτυο.

Η εταιρεία πιστεύει επίσης ότι αυτό δεν αφορά μόνο την αύξηση της απόλυτης ταχύτητας, αλλά και την αποτελεσματικότερη χρήση του δικτύου και του χρόνου ομιλίας για την υποστήριξη του αυξανόμενου αριθμού συνδεδεμένων συσκευών, υπηρεσιών και εφαρμογών.

Τσιπ MU-Mimo Η Qualcomm πρόκειται να πουλήσει σε κατασκευαστές δρομολογητών, σημείων πρόσβασης, smartphone, tablet και άλλων συσκευών με υποστήριξη Wi-Fi. Τα πρώτα τσιπ θα μπορούν να λειτουργούν ταυτόχρονα με τέσσερις ροές δεδομένων. Η υποστήριξη της τεχνολογίας θα συμπεριληφθεί στα τσιπ Atheros 802.11ac και στους κινητούς επεξεργαστές Snapdragon 805 και 801. Η επίδειξη της τεχνολογίας θα πραγματοποιηθεί φέτος, με τις πρώτες αποστολές τσιπ να προγραμματίζονται για το πρώτο τρίμηνο του επόμενου έτους.

Λοιπόν, τώρα που θέλει να εμβαθύνει σε αυτήν την τεχνολογία με περισσότερες λεπτομέρειες, συνεχίζουμε ...

MIMO Multiple Input Multiple Output (Multiple Input Multiple Output) είναι μια τεχνολογία που χρησιμοποιείται σε συστήματα ασύρματης επικοινωνίας (WIFI, WI-MAX, κυψελοειδή δίκτυα), η οποία μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη φασματική απόδοση του συστήματος, τον μέγιστο ρυθμό μεταφοράς δεδομένων και τη χωρητικότητα του δικτύου. Ο κύριος τρόπος για να επιτευχθούν τα παραπάνω πλεονεκτήματα είναι η μεταφορά δεδομένων από πηγή σε προορισμό μέσω πολλαπλών ραδιοφωνικών συνδέσεων, από όπου πήρε το όνομά της αυτή η τεχνολογία. Ας εξετάσουμε το υπόβαθρο αυτού του ζητήματος και να προσδιορίσουμε τους κύριους λόγους για την ευρεία χρήση της τεχνολογίας MIMO.

Η ανάγκη για συνδέσεις υψηλής ταχύτητας που παρέχουν υψηλή ποιότητα υπηρεσιών (QoS) με υψηλή διαθεσιμότητα αυξάνεται από χρόνο σε χρόνο. Αυτό διευκολύνεται σε μεγάλο βαθμό από την εμφάνιση υπηρεσιών όπως VoIP (Voice over Internet Protocol), τηλεδιάσκεψη, VoD (Video on Demand) κλπ. Ωστόσο, οι περισσότερες ασύρματες τεχνολογίες δεν επιτρέπουν την παροχή συνδρομητών με υπηρεσίες υψηλής ποιότητας περιοχή κάλυψης. Σε κυψελοειδή και άλλα συστήματα ασύρματης επικοινωνίας, η ποιότητα της σύνδεσης, καθώς και ο διαθέσιμος ρυθμός δεδομένων, πέφτουν κατακόρυφα με την απόσταση από το σταθμό βάσης (BTS). Ταυτόχρονα, μειώνεται επίσης η ποιότητα των υπηρεσιών, γεγονός που οδηγεί τελικά στην αδυναμία παροχής υπηρεσιών σε πραγματικό χρόνο με υψηλή ποιότητα σε ολόκληρη την επικράτεια της ραδιοκάλυψης του δικτύου. Για να λύσετε αυτό το πρόβλημα, μπορείτε να προσπαθήσετε να εγκαταστήσετε τους σταθμούς βάσης όσο το δυνατόν πιο στενά και να οργανώσετε εσωτερική κάλυψη σε όλα τα μέρη με χαμηλό επίπεδο σήματος. Ωστόσο, αυτό θα απαιτήσει σημαντικό οικονομικό κόστος, το οποίο θα οδηγήσει τελικά σε αύξηση του κόστους της υπηρεσίας και μείωση της ανταγωνιστικότητας. Έτσι, για να λυθεί αυτό το πρόβλημα, απαιτείται μια πρωτότυπη καινοτομία που χρησιμοποιεί, αν είναι δυνατόν, το τρέχον εύρος συχνοτήτων και δεν απαιτεί την κατασκευή νέων εγκαταστάσεων δικτύου.

Χαρακτηριστικά της διάδοσης των ραδιοκυμάτων

Για να κατανοήσουμε τις αρχές της τεχνολογίας MIMO, είναι απαραίτητο να λάβουμε υπόψη τις γενικές αρχές της διάδοσης των ραδιοκυμάτων στο διάστημα. Τα κύματα που εκπέμπονται από διάφορα ασύρματα ραδιοσυστήματα στην περιοχή άνω των 100 MHz συμπεριφέρονται με πολλούς τρόπους όπως δέσμες φωτός. Όταν τα ραδιοκύματα, όταν διαδίδονται, συναντούν οποιαδήποτε επιφάνεια, τότε, ανάλογα με το υλικό και το μέγεθος του εμποδίου, απορροφάται μέρος της ενέργειας, κάποια περνάει και το υπόλοιπο αντανακλάται. Η αναλογία των μεριδίων απορροφώμενων, αντανακλασμένων και μεταδιδόμενων μέσω τμημάτων ενέργειας επηρεάζεται από πολλούς εξωτερικούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της συχνότητας του σήματος. Επιπλέον, η ανακλώμενη και μεταδιδόμενη ενέργεια του σήματος μπορεί να αλλάξει την κατεύθυνση της περαιτέρω διάδοσής του και το ίδιο το σήμα χωρίζεται σε πολλά κύματα.

Το σήμα που διαδίδεται σύμφωνα με τους παραπάνω νόμους από την πηγή στον δέκτη, αφού συναντηθεί με πολλά εμπόδια, διασπάται σε πολλά κύματα, μόνο ένα μέρος των οποίων θα φτάσει στον δέκτη. Κάθε κύμα που φθάνει στον δέκτη σχηματίζει τη λεγόμενη διαδρομή διάδοσης σήματος. Επιπλέον, λόγω του ότι διαφορετικά κύματα αντανακλώνται από διαφορετικό αριθμό εμποδίων και διανύουν διαφορετική απόσταση, διαφορετικά μονοπάτια έχουν διαφορετικές χρονικές καθυστερήσεις.

Σε ένα πυκνό κτίριο πόλης, λόγω του μεγάλου αριθμού εμποδίων όπως κτίρια, δέντρα, αυτοκίνητα κ.λπ., συχνά δημιουργείται μια κατάσταση όταν δεν υπάρχει οπτική επαφή μεταξύ του εξοπλισμού συνδρομητή (MS) και των κεραιών σταθμού βάσης (BTS) Ε Σε αυτή την περίπτωση, τα ανακλώμενα κύματα είναι ο μόνος τρόπος για να φτάσετε στο σήμα του δέκτη. Ωστόσο, όπως σημειώθηκε παραπάνω, το πολλαπλό ανακλώμενο σήμα δεν έχει πλέον την αρχική ενέργεια και μπορεί να έρθει με καθυστέρηση. Ιδιαίτερη δυσκολία είναι το γεγονός ότι τα αντικείμενα δεν παραμένουν πάντα ακίνητα και η κατάσταση μπορεί να αλλάξει σημαντικά με την πάροδο του χρόνου. Αυτό εγείρει το πρόβλημα της διάδοσης σήματος πολλαπλών διαδρομών - ένα από τα πιο σημαντικά προβλήματα στα ασύρματα συστήματα επικοινωνίας.

Πολλαπλή διάδοση - πρόβλημα ή πλεονέκτημα;

Αρκετές διαφορετικές λύσεις χρησιμοποιούνται για την καταπολέμηση σημάτων πολλαπλών διαδρομών. Μία από τις πιο κοινές τεχνολογίες είναι το Receive Diversity. Η ουσία του έγκειται στο γεγονός ότι όχι μία, αλλά αρκετές κεραίες (συνήθως δύο, λιγότερο συχνά τέσσερις), που βρίσκονται σε απόσταση μεταξύ τους, χρησιμοποιούνται για τη λήψη ενός σήματος. Έτσι, ο παραλήπτης δεν έχει ένα, αλλά δύο αντίγραφα του μεταδιδόμενου σήματος, το οποίο ήρθε με διαφορετικούς τρόπους. Αυτό καθιστά δυνατή τη συλλογή περισσότερης ενέργειας του αρχικού σήματος, επειδή κύματα που λαμβάνονται από μια κεραία μπορεί να μην λαμβάνονται από άλλη και αντίστροφα. Επίσης, τα σήματα που φτάνουν σε αντιφάση σε μια κεραία μπορούν να φτάσουν σε φάση με μια άλλη. Αυτό το σχήμα διεπαφής ραδιοφώνου μπορεί να ονομαστεί Single Input Multiple Output (SIMO), σε αντίθεση με το τυπικό σχήμα Single Input Single Output (SISO). Η αντίστροφη προσέγγιση μπορεί επίσης να εφαρμοστεί: όταν χρησιμοποιούνται πολλές κεραίες για μετάδοση και μία για λήψη. Αυτό αυξάνει επίσης τη συνολική ενέργεια του αρχικού σήματος που λαμβάνει ο δέκτης. Αυτό το κύκλωμα ονομάζεται Multiple Input Single Output (MISO). Και στα δύο σχήματα (SIMO και MISO), πολλές κεραίες είναι εγκατεστημένες στο πλάι του σταθμού βάσης, αφού Είναι δύσκολο να εφαρμοστεί η ποικιλία κεραιών σε μια κινητή συσκευή σε αρκετά μεγάλη απόσταση χωρίς να αυξηθεί το μέγεθος του ίδιου του τερματικού εξοπλισμού.

Πώς λειτουργεί το MIMO

Για να λειτουργήσει η τεχνολογία MIMO, απαιτούνται ορισμένες αλλαγές στη δομή του πομπού σε σύγκριση με τα συμβατικά συστήματα. Ας εξετάσουμε μόνο έναν από τους πιθανούς, πιο απλούς τρόπους οργάνωσης της τεχνολογίας MIMO. Πρώτα απ 'όλα, χρειάζεται ένας διαχωριστής ροής στην πλευρά εκπομπής, ο οποίος θα χωρίσει τα δεδομένα που προορίζονται για μετάδοση σε αρκετές υπο-ροές χαμηλής ταχύτητας, ο αριθμός των οποίων εξαρτάται από τον αριθμό των κεραιών. Για παράδειγμα, για MIMO 4x4 και ρυθμό εισόδου δεδομένων 200 Mbps, το διαχωριστικό θα δημιουργήσει 4 ρεύματα των 50 Mbps το καθένα. Επιπλέον, καθένα από αυτά τα ρεύματα πρέπει να μεταδίδεται μέσω της δικής του κεραίας. Τυπικά, οι κεραίες εκπομπής απέχουν μεταξύ τους για να παρέχουν όσο το δυνατόν περισσότερα ψεύτικα σήματα που προκύπτουν από πολλαπλές ανακλάσεις. Σε έναν από τους πιθανούς τρόπους οργάνωσης της τεχνολογίας MIMO, το σήμα μεταδίδεται από κάθε κεραία με διαφορετικές πόλωση, γεγονός που καθιστά δυνατή την αναγνώρισή του κατά τη λήψη. Ωστόσο, στην απλούστερη περίπτωση, καθένα από τα μεταδιδόμενα σήματα αποδεικνύεται ότι χαρακτηρίζεται από το ίδιο το μέσο μετάδοσης (χρονική καθυστέρηση, εξασθένηση και άλλες στρεβλώσεις).

MIMO πολλαπλών χρηστών (MU-MIMO)

Στην κατεύθυνση uplink - από το MS στο BTS, οι χρήστες μεταδίδουν τις πληροφορίες τους ταυτόχρονα στην ίδια συχνότητα. Σε αυτή την περίπτωση, προκύπτει μια δυσκολία για τον σταθμό βάσης: είναι απαραίτητο να διαχωριστούν τα σήματα από διαφορετικούς συνδρομητές. Ένας πιθανός τρόπος για την καταπολέμηση αυτού του προβλήματος είναι επίσης η γραμμική επεξεργασία, η οποία κωδικοποιεί εκ των προτέρων το μεταδιδόμενο σήμα. Το αρχικό σήμα, σύμφωνα με αυτήν τη μέθοδο, πολλαπλασιάζεται με μια μήτρα, η οποία αποτελείται από συντελεστές που αντανακλούν την παρεμβολή άλλων χρηστών. Ο πίνακας καταρτίζεται με βάση την τρέχουσα κατάσταση στον αέρα: τον αριθμό των συνδρομητών, τα ποσοστά μετάδοσης κ.λπ. Έτσι, πριν από τη μετάδοση, το σήμα υφίσταται παραμόρφωση αντίθετη από αυτήν που θα συναντήσει κατά τη μετάδοση στον αέρα.

Σε downlink - την κατεύθυνση από το BTS προς το MS, ο σταθμός βάσης μεταδίδει σήματα ταυτόχρονα στο ίδιο κανάλι σε περισσότερους συνδρομητές ταυτόχρονα. Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι το σήμα που μεταδίδεται σε έναν συνδρομητή επηρεάζει τη λήψη όλων των άλλων σημάτων, δηλ. εμφανίζονται παρεμβολές. Πιθανές λύσεις για την καταπολέμηση αυτού του προβλήματος είναι να χρησιμοποιήσετε το Smart Antena ή να χρησιμοποιήσετε τεχνολογία κωδικοποίησης βρώμικου χαρτιού. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στην τεχνολογία βρώμικου χαρτιού. Η αρχή λειτουργίας του βασίζεται στην ανάλυση της τρέχουσας κατάστασης της ραδιοφωνικής μετάδοσης και του αριθμού των ενεργών συνδρομητών. Ο μόνος (πρώτος) συνδρομητής διαβιβάζει τα δεδομένα του στο σταθμό βάσης χωρίς κωδικοποίηση, αλλάζοντας τα δεδομένα του, γιατί δεν υπάρχει καμία παρέμβαση από άλλους συνδρομητές. Ο δεύτερος συνδρομητής θα κωδικοποιήσει, δηλ. αλλάξτε την ενέργεια του σήματός σας έτσι ώστε να μην παρεμβαίνει στο πρώτο και να μην επηρεάζετε το σήμα σας από το πρώτο. Οι επόμενοι συνδρομητές που προστίθενται στο σύστημα θα ακολουθούν επίσης αυτήν την αρχή και θα βασίζονται στον αριθμό των ενεργών συνδρομητών και στην επίδραση των σημάτων που μεταδίδουν.

Εφαρμογή MIMO

Η τεχνολογία MIMO την τελευταία δεκαετία ήταν ένας από τους πιο σημαντικούς τρόπους για να αυξηθεί η απόδοση και η χωρητικότητα των ασύρματων συστημάτων επικοινωνίας. Ας εξετάσουμε μερικά παραδείγματα χρήσης του MIMO σε διάφορα συστήματα επικοινωνίας.

Το πρότυπο WiFi 802.11n είναι ένα από τα πιο εντυπωσιακά παραδείγματα χρήσης της τεχνολογίας MIMO. Σύμφωνα με τον ίδιο, σας επιτρέπει να διατηρείτε ταχύτητες έως και 300 Mbps. Επιπλέον, το προηγούμενο πρότυπο 802.11g επέτρεπε μόνο 50 Mbps. Εκτός από την αύξηση του ρυθμού μεταφοράς δεδομένων, το νέο πρότυπο, χάρη στο MIMO, επιτρέπει επίσης καλύτερη ποιότητα απόδοσης υπηρεσιών σε χώρους με χαμηλά επίπεδα σήματος. Το 802.11n χρησιμοποιείται όχι μόνο σε συστήματα Point / Multipoint - η πιο γνωστή θέση για τη χρήση της τεχνολογίας WiFi για την οργάνωση ενός LAN (Local Area Network), αλλά και για την οργάνωση συνδέσεων σημείων / σημείων που χρησιμοποιούνται για την οργάνωση ραδιοφωνικών καναλιών επικοινωνίας με ταχύτητα αρκετές εκατοντάδες Mbps και επιτρέπουν τη μετάδοση δεδομένων σε δεκάδες χιλιόμετρα (έως 50 χιλιόμετρα).

Το πρότυπο WiMAX διαθέτει επίσης δύο εκδόσεις που ανοίγουν νέες δυνατότητες στους χρήστες που χρησιμοποιούν την τεχνολογία MIMO. Το πρώτο, 802.16e, παρέχει υπηρεσίες ευρυζωνικής σύνδεσης για κινητά. Σας επιτρέπει να μεταφέρετε πληροφορίες με ρυθμό έως 40 Mbit / s προς την κατεύθυνση από το σταθμό βάσης στον εξοπλισμό συνδρομητή. Ωστόσο, το MIMO στο 802.16e θεωρείται μια επιλογή και χρησιμοποιείται στην απλούστερη διαμόρφωση 2x2. Στην επόμενη έκδοση, το MIMO 802.16m θεωρείται υποχρεωτική τεχνολογία, με πιθανή διαμόρφωση 4x4. Σε αυτή την περίπτωση, το WiMAX μπορεί ήδη να αποδοθεί σε κυψελοειδή συστήματα επικοινωνίας, δηλαδή στην τέταρτη γενιά τους (λόγω του υψηλού ρυθμού μεταφοράς δεδομένων), αφού έχει μια σειρά από χαρακτηριστικά που είναι εγγενή στα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας: περιαγωγή, παράδοση, φωνητικές συνδέσεις. Στην περίπτωση χρήσης κινητών, θεωρητικά, μπορεί να επιτευχθεί ταχύτητα 100 Mbps. Σε σταθερή έκδοση, η ταχύτητα μπορεί να φτάσει το 1 Gbps.

Μεγαλύτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η χρήση της τεχνολογίας MIMO σε συστήματα κυψελοειδούς επικοινωνίας. Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται από την τρίτη γενιά κυψελοειδών συστημάτων επικοινωνίας. Για παράδειγμα, στο πρότυπο UMTS, στο Rel. 6, χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με την τεχνολογία HSPA με υποστήριξη για ταχύτητες έως 20 Mbps και στο Rel. 7 - με HSPA +, όπου οι ρυθμοί μεταφοράς δεδομένων φτάνουν τα 40 Mbps. Ωστόσο, σε συστήματα 3G, το MIMO δεν έχει βρει ευρεία χρήση.

Τα συστήματα, δηλαδή το LTE, προβλέπουν επίσης τη χρήση του MIMO σε διαμορφώσεις έως 8x8. Θεωρητικά, αυτό μπορεί να επιτρέψει τη μεταφορά δεδομένων από έναν σταθμό βάσης σε έναν συνδρομητή που υπερβαίνει τα 300 Mbps. Επίσης ένα σημαντικό θετικό σημείο είναι η σταθερή ποιότητα της σύνδεσης ακόμη και στην άκρη της κηρήθρας. Ταυτόχρονα, ακόμη και σε σημαντική απόσταση από το σταθμό βάσης ή όταν βρίσκεστε σε απομακρυσμένο δωμάτιο, θα παρατηρηθεί μόνο μια μικρή μείωση του ρυθμού μεταφοράς δεδομένων.

Μια προσέγγιση για την αύξηση του ρυθμού δεδομένων για το WiFi 802.11 και για το WiMAX 802.16 είναι η χρήση ασύρματων συστημάτων που χρησιμοποιούν πολλαπλές κεραίες τόσο για τον πομπό όσο και για τον δέκτη. Αυτή η προσέγγιση ονομάζεται MIMO (κυριολεκτική μετάφραση - "πολλαπλή είσοδος πολλαπλής εξόδου") ή "έξυπνα συστήματα κεραίας" (συστήματα έξυπνων κεραιών). Η τεχνολογία MIMO παίζει σημαντικό ρόλο στην εφαρμογή του προτύπου WiFi 802.11n.

Η τεχνολογία MIMO χρησιμοποιεί πολλαπλές κεραίες διαφορετικών ειδών, συντονισμένες στο ίδιο κανάλι. Κάθε κεραία μεταδίδει ένα σήμα με διαφορετικά χωρικά χαρακτηριστικά. Έτσι, η τεχνολογία MIMO χρησιμοποιεί το ραδιοφάσμα πιο αποτελεσματικά και χωρίς να διακυβεύεται η λειτουργική αξιοπιστία. Κάθε δέκτης wi-fi "ακούει" όλα τα σήματα από κάθε πομπό wifi, γεγονός που επιτρέπει πιο ποικίλες διαδρομές μετάδοσης. Με αυτόν τον τρόπο, πολλές διαδρομές μπορούν να ανασυνδυαστούν για να ενισχύσουν τα απαιτούμενα σήματα σε ασύρματα δίκτυα.

Ένα άλλο πλεονέκτημα της τεχνολογίας MIMO είναι ότι παρέχει πολυχρηστικότητα χωρικής διαίρεσης (SDM). Το SDM πολλαπλώνει χωρικά πολλαπλές ανεξάρτητες ροές δεδομένων ταυτόχρονα (κυρίως εικονικά κανάλια) εντός ενός εύρους ζώνης φασματικού καναλιού. Ουσιαστικά, πολλαπλές κεραίες μεταδίδουν διαφορετικά ατομικά κωδικοποιημένα ρεύματα δεδομένων (χωρικά ρεύματα). Αυτά τα ρεύματα, που κινούνται παράλληλα στον αέρα, "σπρώχνουν" περισσότερα δεδομένα μέσω ενός δεδομένου καναλιού. Στον δέκτη, κάθε κεραία βλέπει διαφορετικό συνδυασμό ροών σήματος και ο δέκτης «αποπολυπλέκει» αυτά τα ρεύματα για χρήση. Το MIMO SDM μπορεί να αυξήσει σημαντικά την απόδοση δεδομένων αυξάνοντας τον αριθμό των ροών χωρικών δεδομένων. Κάθε χωρική ροή χρειάζεται τα δικά της ζεύγη κεραίας μετάδοσης / λήψης (TX / RX) σε κάθε άκρο της μετάδοσης. Η λειτουργία του συστήματος φαίνεται στο Σχ. 1.

Πρέπει επίσης να γίνει κατανοητό ότι η εφαρμογή της τεχνολογίας MIMO απαιτεί ξεχωριστό κύκλωμα RF και μετατροπέα αναλογικού-ψηφιακού (ADC) για κάθε κεραία. Οι εφαρμογές που απαιτούν περισσότερες από δύο κεραίες σε μια αλυσίδα πρέπει να σχεδιάζονται προσεκτικά ώστε να μην αυξάνουν το κόστος διατηρώντας παράλληλα το κατάλληλο επίπεδο απόδοσης.

Ένα σημαντικό εργαλείο για την αύξηση της φυσικής ταχύτητας μετάδοσης δεδομένων σε ασύρματα δίκτυα είναι η επέκταση του εύρους ζώνης των φασματικών καναλιών. Χρησιμοποιώντας το ευρύτερο εύρος ζώνης του καναλιού Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), η μετάδοση δεδομένων μεγιστοποιείται. Το OFDM είναι μια ψηφιακή διαμόρφωση που έχει αποδειχθεί ως εργαλείο για την υλοποίηση αμφίδρομης ασύρματης μετάδοσης δεδομένων υψηλής ταχύτητας σε δίκτυα WiMAX / WiFi. Η μέθοδος επέκτασης της χωρητικότητας του καναλιού είναι οικονομικά αποδοτική και αρκετά εύκολη στην εφαρμογή με μέτρια ανάπτυξη ψηφιακή επεξεργασίασήμα (DSP). Όταν χρησιμοποιείται σωστά, είναι δυνατόν να διπλασιαστεί το εύρος ζώνης του προτύπου Wi-Fi 802.11 από ένα κανάλι 20 MHz σε ένα κανάλι 40 MHz και μπορεί επίσης να υπερδιπλασιάσει το εύρος ζώνης των καναλιών που χρησιμοποιούνται αυτήν τη στιγμή. Συνδυάζοντας την αρχιτεκτονική MIMO με το ευρύτερο εύρος ζώνης καναλιού, επιτυγχάνεται μια πολύ ισχυρή και οικονομικά αποδοτική προσέγγιση για την αύξηση του φυσικού ρυθμού μετάδοσης.

Η χρήση της τεχνολογίας MIMO με κανάλια 20 MHz είναι δαπανηρή για την ικανοποίηση των απαιτήσεων IEEE WiFi 802.11n (απόδοση 100 Mbps ανά SAP MAC). Επίσης, για να ικανοποιήσετε αυτές τις απαιτήσεις, όταν χρησιμοποιείτε κανάλι 20 MHz, θα χρειαστείτε τουλάχιστον τρεις κεραίες, τόσο στον πομπό όσο και στον δέκτη. Αλλά ταυτόχρονα, η λειτουργία σε κανάλι 20 MHz εξασφαλίζει αξιόπιστη λειτουργία με εφαρμογές υψηλού εύρους ζώνης σε πραγματικό περιβάλλον χρήστη.

Η συνδυασμένη χρήση τεχνολογιών MIMO και επέκτασης καναλιού πληροί όλες τις απαιτήσεις των χρηστών και είναι ένα αρκετά αξιόπιστο παράλληλο. Αυτό ισχύει επίσης όταν χρησιμοποιείτε πολλές εφαρμογές δικτύου έντασης πόρων ταυτόχρονα. Ο συνδυασμός επέκτασης καναλιού MIMO και 40MHz θα σας επιτρέψει να ικανοποιήσετε πιο πολύπλοκες απαιτήσεις όπως ο νόμος του Moore και η εφαρμογή της τεχνολογίας CMOS για τη βελτίωση της τεχνολογίας DSP.

Όταν χρησιμοποιούσατε το εκτεταμένο κανάλι 40 MHz στη ζώνη 2,4 GHz, αρχικά υπήρχαν δυσκολίες στη συμβατότητα με εξοπλισμό που βασίζεται στα πρότυπα WiFi 802.11a / b / g, καθώς και εξοπλισμό που χρησιμοποιεί τεχνολογία Bluetooth για τη μετάδοση δεδομένων.

Το πρότυπο Wi-Fi 802.11n παρέχει μια ποικιλία λύσεων για την αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος. Ένας τέτοιος μηχανισμός, ειδικά σχεδιασμένος για την προστασία των δικτύων, είναι η λεγόμενη πλεονάζουσα λειτουργία χαμηλού εύρους ζώνης (μη HT). Πριν χρησιμοποιήσετε το πρωτόκολλο μεταφοράς Δεδομένα WiFiΣτο πρότυπο 802.11n, αυτός ο μηχανισμός στέλνει ένα πακέτο σε κάθε ένα από τα μισά κανάλια των 40 MHz για να διαφημίσει ένα δίκτυο διανυσματικής διανομής (NAV). Ακολουθώντας το μήνυμα NAV διπλής λειτουργίας χωρίς HT, το πρωτόκολλο μεταφοράς δεδομένων 802.11n μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το χρόνο που καθορίζεται στο μήνυμα, χωρίς να διακυβεύεται η παλαιότητα (ακεραιότητα) του δικτύου.

Ο άλλος μηχανισμός είναι ένα είδος σηματοδότησης και δεν δίνει ασύρματα δίκτυαεπεκτείνετε το κανάλι σε περισσότερα από 40 MHz. Για παράδειγμα, ένας φορητός υπολογιστής διαθέτει μονάδες 802.11n και Bluetooth, αυτός ο μηχανισμός γνωρίζει την πιθανότητα παρεμβολών στη λειτουργία αυτών των δύο μονάδων ταυτόχρονα και απενεργοποιεί τη μετάδοση μέσω του καναλιού 40 MHz μιας από τις μονάδες.

Αυτοί οι μηχανισμοί διασφαλίζουν ότι το 802.11n WiFi θα λειτουργεί με παλαιότερα δίκτυα 802.11 χωρίς να χρειάζεται να μετεγκαταστήσετε ολόκληρο το δίκτυο σε υλικό 802.11n.

Μπορείτε να δείτε ένα παράδειγμα χρήσης του συστήματος MIMO στην Εικ. 2

Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις μετά την ανάγνωση, μπορείτε να τις ρωτήσετε μέσω της φόρμας αποστολής μηνυμάτων στην ενότητα

Το MIMO πολλαπλών χρηστών αποτελεί αναπόσπαστο μέρος του προτύπου 802.11ac. Αλλά μέχρι τώρα, δεν υπήρχαν συσκευές που να υποστηρίζουν το νέο είδος τεχνολογίας πολλαπλών κεραιών. Οι παλαιότεροι δρομολογητές 802.11 ac WLAN ορίστηκαν ως εξοπλισμός Wave 1. Μόνο το Wave 2 εισάγει την τεχνολογία MIMO (MU-MIMO) πολλαπλών χρηστών και ηγείται αυτού του δεύτερου κύματος συσκευών.

Πρότυπο WLAN	802.11β	802.11g / a	802.11n	802.11ac	802.11ax *
Ρυθμός μεταφοράς δεδομένων ανά ροή, Mbps	11	54	150	866	τουλάχιστον 3500
Εύρος συχνοτήτων, GHz	2,4	2,4/5	2.4 και 5	5	μεταξύ 1 και 6
Πλάτος καναλιού, MHz	20	20/20	20 και 40	20,40,80 ή 160	δεν έχει καθοριστεί ακόμη
Τεχνολογία κεραίας		Ενιαία είσοδος Ενιαία έξοδος (μία είσοδος - μία έξοδος)	MIMO: Πολλαπλή είσοδος Πολλαπλή έξοδος		MIMO / MU-MIMO (σύστημα MIMO πολλαπλών χρηστών)
Μέγιστος αριθμός χωρική	1	1	4	8	δεν έχει καθοριστεί ακόμη
Υποστήριξη τεχνολογίας Beamforming	□	□	■	■	■

■ ναι □ όχι

Δεδομένου ότι η τεχνολογία MIMO πολλαπλών χρηστών μεταδίδει ένα σήμα σε πολλές συσκευές ταυτόχρονα, το πρωτόκολλο μετάδοσης επεκτείνεται ως προς το σχηματισμό επικεφαλίδων μπλοκ δεδομένων: αντί να μεταδίδει αρκετές χωρικά χωρισμένες ροές για έναν πελάτη, η τεχνολογία MIMO πολλαπλών χρηστών διανέμει τη μετάδοση για κάθε χρήστη ξεχωριστά, καθώς και κωδικοποίηση ... Η κατανομή εύρους ζώνης και η κωδικοποίηση παραμένουν τα ίδια.

Ενιαίος χρήστης Εάν τέσσερις συσκευές μοιράζονται το ίδιο WLAN, ένας δρομολογητής MIMO 4x4: 4 μεταδίδει τέσσερις ροές χωρικών δεδομένων, αλλά πάντα μόνο στην ίδια συσκευή. Οι συσκευές και τα gadget σερβίρονται εναλλάξ. Πολλαπλός χρήστης Όταν υποστηρίζεται το MIMO πολλαπλών χρηστών (MIMO), οι συσκευές δεν βρίσκονται σε ουρά για πρόσβαση στους πόρους του δρομολογητή WLAN. Φορητός υπολογιστής, tablet, τηλέφωνο και τηλεόραση παρέχονται όλα ταυτόχρονα με δεδομένα.

Το δίκτυο WLAN είναι σαν ένας πολυσύχναστος αυτοκινητόδρομος: ανάλογα με την ώρα της ημέρας, εκτός από υπολογιστές και φορητούς υπολογιστές, tablet, smartphone, τηλεοράσεις και κονσόλες παιχνιδιών συνδέονται με αυτήν την κίνηση. Το μέσο νοικοκυριό διαθέτει περισσότερες από πέντε συσκευές που συνδέονται στο Διαδίκτυο μέσω WLAN και ο αριθμός αυξάνεται συνεχώς. Με ταχύτητα 11 Mbit / s, η οποία παρέχεται στο πλαίσιο του κύριου προτύπου IEEE 802.11b, η περιήγηση στον ιστό και η λήψη δεδομένων απαιτεί πολλή υπομονή, επειδή ένας δρομολογητής μπορεί να συνδεθεί μόνο σε μία συσκευή κάθε φορά. Εάν η ραδιοεπικοινωνία χρησιμοποιείται από τρεις συσκευές ταυτόχρονα, τότε κάθε πελάτης λαμβάνει μόνο το ένα τρίτο της διάρκειας της συνεδρίας επικοινωνίας και τα δύο τρίτα του χρόνου αφιερώνεται στην αναμονή. Αν και WLAN το πιο πρόσφατο πρότυποΤο IEEE 802.11ac παρέχει μετάδοση δεδομένων σε ταχύτητες έως 1 Gbps, έχουν επίσης το πρόβλημα της πτώσης ταχύτητας λόγω ουρών. Αλλά η επόμενη γενιά συσκευών (802.11ac Wave 2) υπόσχεται υψηλότερη απόδοση για ραδιοφωνικά δίκτυα με πολλαπλές ενεργές συσκευές.

Για να κατανοήσετε καλύτερα την ουσία των καινοτομιών, θα πρέπει πρώτα να θυμηθείτε τι αλλαγές έχουν συμβεί με τα δίκτυα WLAN στο πρόσφατο παρελθόν. Ένας από τους πιο αποτελεσματικούς τρόπους αύξησης των ρυθμών μεταφοράς δεδομένων από το πρότυπο IEEE 802.1In standard είναι η τεχνολογία MIMO (Multiple Input Multiple Output). Περιλαμβάνει τη χρήση πολλών κεραιών ραδιοφώνου για την παράλληλη μετάδοση ροών δεδομένων. Εάν, για παράδειγμα, ένα αρχείο βίντεο μεταδίδεται μέσω WLAN και χρησιμοποιείται δρομολογητής MIMO με τρεις κεραίες, κάθε συσκευή μετάδοσης ιδανικά (με τρεις κεραίες στο δέκτη) θα στέλνει το ένα τρίτο του αρχείου.

Αύξηση κόστους με κάθε κεραία

Στο πρότυπο IEEE 802.11n, ο μέγιστος ρυθμός δεδομένων για κάθε μεμονωμένη ροή μαζί με πληροφορίες υπηρεσιώνφτάνει τα 150 Mbps. Οι συσκευές με τέσσερις κεραίες είναι έτσι ικανές να μεταδίδουν δεδομένα με ταχύτητες έως και 600 Mbps. Το τρέχον πρότυπο IEEE 802.11ac θεωρητικά πηγαίνει στα περίπου 6900 Mbps. Εκτός από τα ευρεία ραδιοφωνικά κανάλια και τη βελτιωμένη διαμόρφωση, το νέο πρότυπο προβλέπει τη χρήση έως και οκτώ ροών MIMO.

Αλλά η αύξηση του αριθμού των κεραιών από μόνη της δεν εγγυάται πολλαπλή επιτάχυνση της μετάδοσης δεδομένων. Αντίθετα, με τέσσερις κεραίες, τα γενικά έξοδα αυξάνονται δραματικά και η διαδικασία ανίχνευσης ραδιοσυγκρούσεων γίνεται πιο δαπανηρή. Η τεχνολογία MIMO συνεχίζει να εξελίσσεται για να δικαιολογήσει τη χρήση περισσότερων κεραιών. Το πρώην MIMO ονομάζεται πιο σωστά MIMO για έναν χρήστη (MIMO για έναν χρήστη). Παρόλο που παρέχει ταυτόχρονη μετάδοση αρκετών χωρικών ρευμάτων, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, είναι πάντα μόνο σε μία διεύθυνση. Αυτό το ελάττωμα αντιμετωπίζεται τώρα με το MIMO πολλαπλών χρηστών. Με αυτήν την τεχνολογία, οι δρομολογητές WLAN μπορούν να μεταδώσουν ταυτόχρονα ένα σήμα σε τέσσερις πελάτες. Μια συσκευή με οκτώ κεραίες μπορεί, για παράδειγμα, να χρησιμοποιήσει τέσσερις για να τροφοδοτήσει ένα φορητό υπολογιστή και, παράλληλα, να χρησιμοποιήσει δύο άλλες - ένα tablet και ένα smartphone.

MIMO - ακριβές σήμα κατεύθυνσης

Για να μπορέσει ο δρομολογητής να προωθήσει πακέτα WLAN σε διαφορετικούς πελάτες ταυτόχρονα, χρειάζεται πληροφορίες σχετικά με το πού βρίσκονται οι πελάτες. Για να γίνει αυτό, πρώτα από όλα, αποστέλλονται δοκιμαστικά πακέτα προς όλες τις κατευθύνσεις. Οι πελάτες ανταποκρίνονται σε αυτά τα πακέτα και ο σταθμός βάσης αποθηκεύει τα δεδομένα ισχύος σήματος. Η τεχνολογία Beamforming είναι ένας από τους σημαντικότερους βοηθούς MU MIMO. Αν και υποστηρίζεται ήδη από το πρότυπο IEEE 802.11n, έχει ενισχυθεί στο IEEE 802.11ac. Η ουσία του καταλήγει στον καθορισμό της βέλτιστης κατεύθυνσης για την αποστολή του ραδιοσήματος στους πελάτες. Σταθμός βάσηςορίζει συγκεκριμένα τη βέλτιστη κατευθυντικότητα της κεραίας εκπομπής για κάθε ραδιοσήμα. Η εύρεση της βέλτιστης διαδρομής σήματος είναι ιδιαίτερα σημαντική για τη λειτουργία πολλαπλών χρηστών, επειδή η αλλαγή της θέσης ενός μόνο πελάτη μπορεί να αλλάξει όλες τις διαδρομές μετάδοσης και να διαταράξει το εύρος ζώνης ολόκληρου του WLAN. Επομένως, το κανάλι αναλύεται κάθε 10 ms.

Σε σύγκριση, το MIMO ενός χρήστη αναλύει μόνο κάθε 100ms. Το MIMO πολλαπλών χρηστών μπορεί να εξυπηρετήσει τέσσερις πελάτες ταυτόχρονα, με κάθε πελάτη να λαμβάνει έως και τέσσερις ροές δεδομένων παράλληλα για συνολικά 16 ροές. Αυτό το MIMO πολλαπλών χρηστών απαιτεί νέους δρομολογητές WLAN καθώς αυξάνεται η ανάγκη για υπολογιστική ισχύ.

Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα με το MIMO πολλαπλών χρηστών είναι η παρέμβαση πελάτη σε πελάτη. Αν και η συμφόρηση των καναλιών μετριέται συχνά, αυτό δεν είναι αρκετό. Εάν είναι απαραίτητο, σε ορισμένα πλαίσια δίνεται προτεραιότητα, ενώ σε άλλα, αντίθετα, τηρούνται. Για να γίνει αυτό, το 802.11ac χρησιμοποιεί διαφορετικές ουρές, οι οποίες με διαφορετική ταχύτηταπραγματοποιούν επεξεργασία ανάλογα με τον τύπο του πακέτου δεδομένων, δίνοντας προτίμηση, για παράδειγμα, σε πακέτα βίντεο.