Technologie Mu-Mimo. Technologie de transmission de données MIMO dans les réseaux sans fil WIFI. Qu'est-ce que MIMO

La technologie MIMO a joué un rôle énorme dans le développement du WiFi. Il y a quelques années, il était impossible d'imaginer d'autres appareils avec une bande passante de 300 Mbps et plus. L'émergence de nouvelles normes de communication à haut débit, par exemple 802.11n, était en grande partie due à MIMO.

En général, il convient de mentionner ici que lorsque nous parlons de technologie WiFi, nous entendons en fait l'une des normes de communication, et plus précisément - IEEE 802.11. Le WiFi est devenu une marque après que les perspectives alléchantes de l'utilisation des données sans fil ont été esquissées. Vous pouvez en savoir un peu plus sur la technologie Wi-Fi et la norme 802.11 dans.

Qu'est-ce que la technologie MIMO ?

Si nous donnons la définition la plus simple possible, alors MIMO est une transmission de données multi-streaming... L'abréviation peut être traduite de l'anglais par « entrées multiples, sorties multiples » Contrairement à son prédécesseur (SingleInput / SingleOutput), dans les appareils prenant en charge MIMO, le signal est diffusé sur un canal radio en utilisant non pas un, mais plusieurs récepteurs et émetteurs. Lors de l'indication des caractéristiques techniques des appareils WiFi, leur numéro est indiqué à côté de l'abréviation. Par exemple, 3x2 signifie 3 émetteurs de signaux et 2 antennes de réception.

En outre, MIMO utilise le multiplexage spatial... Derrière ce nom terrifiant se cache la technologie de transmission simultanée de plusieurs paquets de données sur un seul canal. Grâce à ce « compactage » du canal, son débit peut être doublé voire plus.

MIMO et Wi-Fi

Avec la popularité croissante de la transmission de données sans fil sur Connexions Wi-Fi, bien sûr, les exigences pour leur vitesse ont augmenté. Et c'est la technologie MIMO et d'autres développements qui l'ont prise comme base, ce qui a permis d'augmenter plusieurs fois le débit. Le développement du WiFi suit le chemin du développement des normes 802.11 - a, b, g, n et ainsi de suite. Nous avons mentionné l'émergence de la norme 802.11n pour une raison. Multiple Input Multiple Output est un élément clé qui a augmenté la vitesse du canal de la connexion sans fil. de 54 Mbps à plus de 300 Mbps.

802.11n permet à la fois une bande passante de canal standard de 20 MHz et une bande passante plus élevée de 40 MHz bande passante... Comme mentionné ci-dessus, le signal est réfléchi plusieurs fois, utilisant ainsi plusieurs flux sur un canal de communication.

Grâce à cela, l'accès Internet basé sur le WiFi permet désormais non seulement de surfer, de vérifier le courrier et de discuter dans ICQ, mais également de jouer en ligne, de vidéo en ligne, de communication Skype et d'autres trafics "lourds".

La nouvelle norme utilise également la technologie MIMO.

Problèmes d'utilisation de MIMO en WIFI

A l'aube de la technologie, il y avait une difficulté à combiner des appareils, travailler avec et sans support MIMO. Cependant, maintenant, ce n'est plus si pertinent - presque tous les fabricants d'équipements sans fil qui se respectent l'utilisent dans leurs appareils.

De plus, l'un des problèmes avec l'avènement de la technologie de transmission de données utilisant plusieurs récepteurs et plusieurs émetteurs était le coût de l'appareil. Cependant, ici l'entreprise a fait une vraie révolution des prix... Elle a non seulement réussi à établir la production d'équipements sans fil avec support MIMO, mais aussi à le faire à des prix très abordables. Considérez, par exemple, le coût d'un kit d'entreprise typique - (station de base), (côté client). Et dans ces appareils, pas seulement MIMO, mais une amélioration propriétaire technologie airmax basé dessus.

Le seul problème est l'augmentation du nombre d'antennes et d'émetteurs (actuellement un maximum de 3) pour les appareils avec PoE. Fournir de l'énergie à une conception plus gourmande en énergie est difficile, mais encore une fois, Ubiquiti effectue des changements constants dans cette direction.

Technologie AirMAX

Ubiquiti Networks est un leader reconnu dans le développement et la mise en œuvre de technologies WiFi innovantes, y compris MIMO. C'est sur sa base qu'Ubiquiti a été développé et breveté la technologie Air Max... Son essence est que la réception et la transmission d'un signal par plusieurs antennes sur un même canal sont ordonnées et structurées par le protocole TDMA avec accélération matérielle : les paquets de données sont espacés dans des intervalles de temps séparés, les files d'attente de transmission sont coordonnées.

Cela vous permet d'étendre la bande passante du canal, d'augmenter le nombre d'abonnés connectés sans perdre la qualité de la communication. Cette décision efficace, facile à utiliser et, surtout, peu coûteux. Contrairement aux équipements similaires utilisés dans les réseaux WiMAX, les équipements d'Ubiquiti Networks dotés de la technologie AirMAX ont un prix agréable.


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L'une des innovations les plus significatives et les plus importantes Wi-Fi au cours des 20 dernières années - Multi-utilisateur - Technologie à entrées multiples et sorties multiples (MU-MIMO). MU-MIMO étend les fonctionnalités d'une mise à jour récemment publiée norme sans fil 802.11ac "Vague 2". C'est certainement une énorme percée pour la connectivité sans fil. Cette technologie permet d'augmenter la vitesse sans fil maximale théorique de 3,47 Gbps dans la spécification 802.11ac d'origine à 6,93 Gbps dans la mise à jour 802.11ac Wave 2. Il s'agit de l'une des fonctionnalités Wi-Fi les plus complexes à ce jour.

Voyons voir comment ça fonctionne!

La technologie MU-MIMO place la barre plus haut en permettant à plusieurs appareils de recevoir plusieurs flux de données. Il est basé sur la technologie Single User MIMO (SU-MIMO), qui a été introduite il y a près de 10 ans avec la norme 802.11n.

SU-MIMO augmente la vitesse des connexions Wi-Fi en permettant à une paire d'appareils sans fil de recevoir ou d'envoyer simultanément plusieurs flux de données.

Figure 1. La technologie SU-MIMO fournit des flux d'entrée et de sortie multicanaux à un seul appareil en même temps. La technologie MU-MIMO permet une communication simultanée avec plusieurs appareils.

Fondamentalement, les changements révolutionnaires pour le Wi-Fi sont fournis par deux technologies. La première de ces technologies, appelée beamforming, permet aux routeurs et points d'accès Wi-Fi d'utiliser plus efficacement les canaux radio. Avant l'avènement de cette technologie, les routeurs et points d'accès Wi-Fi fonctionnaient comme des ampoules, envoyant des signaux dans toutes les directions. Le problème était que il est difficile pour un signal non focalisé de puissance limitée d'atteindre les appareils Wi-Fi clients.

Grâce à la technologie de formation de faisceau, le routeur ou point d'accès Wi-Fi communique son emplacement avec l'appareil client. Le routeur change alors sa phase et sa puissance pour générer le meilleur signal. Le résultat : une utilisation plus efficace des signaux radio, des transferts de données plus rapides et éventuellement des distances de connexion maximales plus longues.

Les capacités de formation de faisceaux se développent. Jusqu'à présent, les routeurs ou points d'accès Wi-Fi étaient intrinsèquement monotâches, envoyant ou recevant des données à partir d'un seul périphérique client à la fois. Les versions antérieures de la famille 802.11 des normes de transmission de données sans fil, y compris la norme 802.11n et la première version de la norme 802.11ac, avaient la capacité de recevoir ou de transmettre simultanément plusieurs flux de données, mais jusqu'à présent, il n'existait aucune méthode pour autoriser un Routeur Wi-Fi ou point d'accès permettant de "communiquer" en même temps avec plusieurs clients à la fois. Désormais, avec l'aide de MU-MIMO, une telle opportunité s'est présentée.

C'est vraiment une grande rupture, car la possibilité de transmettre simultanément des données à plusieurs périphériques clients augmente considérablement la bande passante disponible pour les clients sans fil. La technologie MU-MIMO fait progresser les réseaux sans fil à l'ancienne CSMA-SD, lorsqu'un seul appareil a été servi en même temps, à un système où plusieurs appareils peuvent simultanément « parler ». Pour un exemple plus illustratif, imaginez passer d'une route de campagne à une seule voie à une large autoroute.

Les routeurs et points d'accès sans fil 802.11ac Wave 2 de deuxième génération envahissent le marché aujourd'hui. Tous ceux qui déploient le Wi-Fi comprennent les spécificités du fonctionnement de la technologie MU-MIMO. Nous portons à votre attention 13 faits qui vont accélérer votre apprentissage dans cette direction.

1.MU-MIMO utilise uniquement Flux en aval (du point d'accès à l'appareil mobile).

Contrairement à SU-MIMO, MU-MIMO ne fonctionne actuellement que pour Transfert de données d'un point d'accès vers un appareil mobile. Seuls les routeurs ou points d'accès sans fil peuvent transmettre simultanément des données à plusieurs utilisateurs, que ce soit un ou plusieurs flux pour chacun d'eux. Les appareils sans fil eux-mêmes (tels que les smartphones, les tablettes ou les ordinateurs portables) doivent toujours envoyer des données au routeur ou au point d'accès sans fil, bien qu'ils puissent utiliser individuellement la technologie SU-MIMO pour transmettre plusieurs flux lorsqu'ils tournent.

La technologie MU-MIMO sera particulièrement utile sur les réseaux où les utilisateurs téléchargent plus de données qu'ils n'en téléchargent.

Peut-être qu'à l'avenir une version de la technologie Wi-Fi sera implémentée : 802.11ax, où la méthode MU-MIMO sera également applicable pour le trafic "Amont".

2.MU-MIMO ne fonctionne que dans la gamme de fréquences Wi-Fi 5 GHz

La technologie SU-MIMO fonctionne dans les bandes de fréquences 2,4 GHz et 5 GHz. Routeurs sans fil et les points d'accès 802.11ac Wave 2 de deuxième génération peuvent servir simultanément plusieurs utilisateurs sur une bande passante uniquement 5 GHz. D'une part, bien sûr, il est dommage que dans la bande de fréquence 2,4 GHz plus étroite et plus encombrée, nous ne puissions pas utiliser la nouvelle technologie. Mais, d'un autre côté, il existe de plus en plus d'appareils sans fil double bande prenant en charge la technologie MU-MIMO sur le marché, que nous pouvons utiliser pour déployer des réseaux Wi-Fi d'entreprise productifs.

3. La technologie de formation de faisceau aide à guider les signaux

Dans la littérature de l'URSS, vous pouvez trouver le concept de Phased Antenna Array, qui a été développé pour les radars militaires à la fin des années 80. Une technologie similaire a été appliquée dans le Wi-Fi moderne. MU-MIMO utilise la technologie de formation de faisceau (appelée « beamforming » dans la littérature technique anglaise). Le Beamfiorming permet aux signaux d'être dirigés vers l'emplacement prévu de l'appareil (ou des appareils) sans fil plutôt que d'être envoyés de manière aléatoire dans toutes les directions. Ainsi, il s'avère que le signal est concentré et augmente considérablement la portée et la vitesse de la connexion Wi-Fi.

Bien que la technologie de formation de faisceaux soit disponible en option avec la norme 802.11n, la plupart des fabricants ont mis en œuvre leurs propres versions propriétaires de la technologie. Ces fournisseurs proposent toujours des implémentations propriétaires de la technologie dans leurs appareils, mais ils devront désormais inclure au moins une version simplifiée et standardisée de la technologie de formation de faisceaux s'ils souhaitent prendre en charge MU-MIMO dans leur gamme de produits 802.11ac.

4. MU-MIMO prend en charge un nombre limité de flux et d'appareils simultanés

Malheureusement, les routeurs ou points d'accès dotés de la technologie MU-MIMO implémentée ne peuvent pas servir simultanément un nombre illimité de flux et de périphériques. Un routeur ou un point d'accès a sa propre limite sur le nombre de flux qu'il dessert (souvent 2, 3 ou 4 flux), et ce nombre de flux spatiaux limite également le nombre de périphériques qu'un point d'accès peut servir simultanément. Ainsi, un point d'accès prenant en charge quatre flux peut desservir simultanément quatre divers appareils, ou, par exemple, diriger un flux vers un appareil et agréger trois autres flux vers un autre appareil (en augmentant la vitesse de combinaison des canaux).

5. Les appareils utilisateur ne sont pas obligés d'avoir plusieurs antennes

Comme avec la technologie SU-MIMO, seuls les appareils sans fil avec prise en charge MU-MIMO intégrée peuvent agréger des flux (débit). Mais contrairement à la technologie SU-MIMO, les appareils sans fil n'ont pas besoin d'avoir plusieurs antennes pour recevoir les flux MU-MIMO des routeurs et points d'accès sans fil. Si l'appareil sans fil n'a qu'une seule antenne, il peut recevoir un seul flux de données MU-MIMO du point d'accès, utilisant la formation de faisceau pour améliorer la réception.

Plus d'antennes permettront à l'appareil utilisateur sans fil de recevoir plus de flux de données simultanément (généralement un flux par antenne), ce qui aura certainement un impact positif sur les performances de cet appareil. Cependant, la présence de plusieurs antennes sur un appareil utilisateur affecte négativement la consommation d'énergie et la taille de ce produit, ce qui est essentiel pour les smartphones.

Cependant, la technologie MU-MIMO impose moins d'exigences matérielles sur les appareils clients que la technologie SU-MIMO techniquement lourde, on peut supposer sans risque que les fabricants seront beaucoup plus disposés à équiper leurs ordinateurs portables et tablettes prenant en charge la technologie MU-MIMO.

6. Les points d'accès effectuent un traitement lourd

Dans un effort pour simplifier les exigences des appareils des utilisateurs finaux, les développeurs de la technologie MU-MIMO ont essayé de déplacer la plupart du travail de traitement du signal vers les points d'accès. Il s'agit d'un autre pas en avant par rapport à la technologie SU-MIMO, où la charge du traitement du signal était largement supportée par les appareils des utilisateurs. Encore une fois, cela aidera les fabricants d'appareils clients à économiser sur la puissance, la taille et d'autres coûts dans la production de leurs solutions de produits avec le support MU-MIMO, ce qui devrait avoir un effet très positif sur la popularisation de cette technologie.

7. Même les appareils bas de gamme tirent des avantages tangibles de la transmission simultanée sur plusieurs flux spatiaux

Comme l'agrégation de liens Ethernet (802.3ad et LACP), l'agrégation 802.1ac n'augmente pas la vitesse d'une liaison point à point. Ceux. si vous êtes le seul utilisateur et que vous n'avez qu'une seule application en cours d'exécution, vous n'utilisez qu'un seul flux spatial.

Cependant, il est possible d'augmenter bande passante totale du réseau grâce à la mise à disposition du point d'accès pour desservir plusieurs appareils utilisateurs en même temps.

Mais si tous les appareils utilisateur utilisés dans votre réseau ne prennent en charge qu'un seul flux, alors MU-MIMO permettra à votre point d'accès de servir simultanément jusqu'à trois appareils, au lieu d'un à la fois, tandis que l'autre les appareils grand public (plus avancés) devront attendre leur tour.




Figure 2.

8. Certains appareils utilisateur ont un support caché pour la technologie MU-MIMO

Malgré le fait qu'actuellement, il n'y a toujours pas beaucoup de routeurs, de points d'accès ou d'appareils mobiles prenant en charge MU-MIMO, le fabricant de puces Wi-Fi affirme que certains fabricants dans leur processus de production ont pris en compte les exigences matérielles pour prendre en charge les nouvelles technologies pour certains. de leurs appareils pour les utilisateurs finaux il y a quelques années. Pour ces appareils, une mise à jour logicielle relativement simple ajoutera la prise en charge de la technologie MU-MIMO, ce qui devrait également accélérer la popularisation et la diffusion de la technologie, ainsi qu'inciter les entreprises et les organisations à mettre à niveau leurs réseaux sans fil d'entreprise avec des équipements compatibles 802.11ac.

9. Les appareils sans prise en charge MU-MIMO bénéficient également

Malgré le fait que les appareils Wi-Fi doivent nécessairement prendre en charge MU-MIMO pour utiliser cette technologie, même les appareils clients qui ne disposent pas d'une telle prise en charge peuvent indirectement bénéficier du travail sur un réseau sans fil où le routeur ou les points d'accès prennent en charge MU- Technologie MIMO. Il convient de rappeler que la vitesse de transmission des données sur le réseau dépend directement du temps total pendant lequel les appareils des abonnés sont connectés au canal radio. Et si la technologie MU-MIMO permet de servir certains appareils plus rapidement, cela signifie que les points d'accès d'un tel réseau auront plus de temps pour servir d'autres appareils clients.

10. MU-MIMO aide à augmenter le débit sans fil

Lorsque vous augmentez la vitesse de votre connexion Wi-Fi, vous augmentez également la bande passante de votre réseau sans fil. Comme les appareils sont desservis plus rapidement, le réseau dispose de plus de temps d'antenne pour desservir davantage d'appareils clients. Ainsi, la technologie MU-MIMO permet d'optimiser considérablement les performances des réseaux sans fil à fort trafic ou d'un grand nombre d'appareils connectés, comme les réseaux Wi-Fi publics. C'est une excellente nouvelle car le nombre de smartphones et d'autres appareils mobiles dotés d'une connectivité Wi-Fi est susceptible de continuer à augmenter.

11. Toute largeur de canal prise en charge

Une façon d'étendre la bande passante Wi-Fi est la liaison de canaux, où deux canaux adjacents sont combinés en un seul canal deux fois plus large, doublant ainsi la vitesse de la connexion Wi-Fi entre l'appareil et le point d'accès. La norme 802.11n prenait en charge les canaux jusqu'à 40 MHz de large ; dans la spécification originale de la norme 802.11ac, la largeur de canal prise en charge a été augmentée à 80 MHz. La norme mise à jour 802.11ac Wave 2 prend en charge les canaux 160 MHz.



Figure 3. Aujourd'hui, la norme 802.11ac prend en charge les canaux jusqu'à 160 MHz de large dans la plage de fréquences de 5 GHz

Cependant, gardez à l'esprit que l'utilisation de canaux plus larges dans un réseau sans fil augmente la probabilité d'interférences entre les canaux. Par conséquent, cette approche ne sera pas toujours le bon choix déployer tous les réseaux Wi-Fi sans exception. Cependant, la technologie MU-MIMO, comme nous pouvons le voir, peut être utilisée pour des canaux de toute largeur.

Cependant, même si votre réseau sans fil utilise des canaux 20 MHz ou 40 MHz plus étroits, MU-MIMO peut toujours l'aider à fonctionner plus rapidement. Mais combien plus rapide dépendra du nombre de périphériques clients qui devront être servis et du nombre de flux pris en charge par chacun de ces périphériques. Ainsi, l'utilisation de la technologie MU-MIMO même sans larges canaux associés peut plus que doubler le débit de la connexion sans fil de sortie pour chaque appareil.

12. Le traitement du signal augmente la sécurité

Un effet secondaire intéressant de la technologie MU-MIMO est que le routeur ou le point d'accès crypte les données avant de les envoyer par radio. Il est assez difficile de décoder les données transmises à l'aide de la technologie MU-MIMO, car on ne sait pas quelle partie du code se trouve dans quel flux spatial. Bien que des outils spéciaux puissent être développés par la suite pour permettre à d'autres appareils d'intercepter le trafic transmis, la technologie MU-MIMO masque aujourd'hui efficacement les données des appareils d'écoute à proximité. Ainsi, la nouvelle technologie contribue à améliorer la sécurité Wi-Fi, ce qui est particulièrement important pour les réseaux sans fil ouverts, tels que les réseaux Wi-Fi publics, ainsi que les points d'accès fonctionnant en mode personnel ou utilisant un mode d'authentification utilisateur simplifié (pré-partagé Key , PSK) basé sur les technologies de sécurité du réseau Wi-Fi WPA ou WPA2.

13. MU-MIMO est le meilleur pour les appareils Wi-Fi fixes

Il y a aussi une mise en garde concernant la technologie MU-MIMO : elle ne fonctionne pas bien avec les appareils rapides car le processus de formation de faisceau devient plus complexe et moins efficace. Par conséquent, MU-MIMO ne vous apportera aucun avantage mesurable aux appareils qui se déplacent fréquemment dans votre réseau d'entreprise... Cependant, il faut comprendre que ces appareils « problématiques » ne doivent affecter ni la transmission de données MU-MIMO vers d'autres appareils clients moins mobiles, ni leurs performances.

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Une approche pour augmenter les débits de données pour le Wi-Fi 802.11 et le WiMAX 802.16 consiste à utiliser des systèmes sans fil utilisant plusieurs antennes pour l'émetteur et le récepteur. Cette approche est appelée MIMO (traduction littérale - "multiple input multiple output"), ou "systèmes d'antennes intelligents" (systèmes d'antennes intelligents). La technologie MIMO joue un rôle important dans la mise en œuvre de la norme WiFi 802.11n.

La technologie MIMO utilise plusieurs antennes de différents types, réglées sur le même canal. Chaque antenne transmet un signal avec des caractéristiques spatiales différentes. Ainsi, la technologie MIMO utilise le spectre radio plus efficacement et sans compromettre la fiabilité opérationnelle. Chaque récepteur wi-fi "écoute" tous les signaux de chaque émetteur wifi, ce qui vous permet de diversifier les chemins de transmission de données. Ainsi, plusieurs chemins peuvent être recombinés, ce qui conduira à l'amplification des signaux requis dans réseaux sans fil.

Un autre avantage de la technologie MIMO est qu'elle fournit le multiplexage par répartition spatiale (SDM). SDM multiplexe spatialement plusieurs flux de données indépendants simultanément (principalement des canaux virtuels) au sein d'une seule bande passante de canal spectral. Essentiellement, plusieurs antennes transmettent différents flux de données codés individuellement (flux spatiaux). Ces flux, se déplaçant en parallèle dans l'air, "poussent" plus de données à travers un canal donné. Au niveau du récepteur, chaque antenne voit une combinaison différente de flux de signaux et le récepteur « démultiplexe » ces flux pour les utiliser. MIMO SDM peut augmenter considérablement le débit de données en augmentant le nombre de flux de données spatiales. Chaque flux spatial a besoin de ses propres paires d'antennes d'émission/réception (TX/RX) à chaque extrémité de la transmission. Le fonctionnement du système est illustré à la figure 1.

Il faut également comprendre que la mise en œuvre de la technologie MIMO nécessite un circuit RF et un convertisseur analogique-numérique (CAN) distincts pour chaque antenne. Les implémentations nécessitant plus de deux antennes dans une chaîne doivent être soigneusement conçues afin de ne pas augmenter les coûts tout en maintenant un niveau d'efficacité approprié.

Un outil important pour augmenter la vitesse physique de transmission de données dans les réseaux sans fil est l'expansion de la bande passante des canaux spectraux. En utilisant la bande passante plus large du canal de multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM), la transmission des données est maximisée. OFDM est une modulation numérique qui a fait ses preuves en tant qu'outil pour la mise en œuvre de la transmission de données sans fil bidirectionnelle à haut débit dans les réseaux WiMAX / WiFi. La méthode d'extension de capacité de canal est rentable et assez facile à mettre en œuvre avec une croissance modérée du traitement du signal numérique (DSP). Lorsqu'il est utilisé correctement, il est possible de doubler la bande passante de la norme Wi-Fi 802.11 d'un canal de 20 MHz à un canal de 40 MHz, et il peut également plus que doubler la bande passante des canaux actuellement utilisés. En combinant l'architecture MIMO avec une bande passante de canal plus large, une approche très puissante et rentable pour augmenter le taux de transmission physique est obtenue.

L'utilisation de la technologie MIMO avec des canaux de 20 MHz est coûteuse pour répondre aux exigences IEEE WiFi 802.11n (débit de 100 Mbps par SAP MAC). De plus, pour répondre à ces exigences, lors de l'utilisation d'un canal de 20 MHz, au moins trois antennes sont nécessaires, à la fois au niveau de l'émetteur et du récepteur. Mais en même temps, le fonctionnement sur un canal de 20 MHz garantit un fonctionnement fiable avec des applications à large bande passante dans un environnement utilisateur réel.

L'utilisation combinée des technologies MIMO et d'extension de canal répond à toutes les exigences des utilisateurs et constitue un tandem assez fiable. Ceci est également vrai lors de l'utilisation simultanée de plusieurs applications réseau gourmandes en ressources. La combinaison de l'extension de canal MIMO et 40 MHz permettra de répondre à des exigences plus complexes telles que la loi de Moore et la technologie CMOS pour améliorer la technologie DSP.

Lors de l'utilisation du canal étendu 40 MHz dans la gamme 2,4 GHz, il y avait initialement des difficultés de compatibilité avec les équipements basés sur les normes WiFi 802.11a / b / g, ainsi qu'avec les équipements utilisant la technologie Bluetooth pour la transmission de données.

La norme Wi-Fi 802.11n fournit une variété de solutions pour résoudre ce problème. L'un de ces mécanismes, spécialement conçu pour protéger les réseaux, est le mode redondant dit à faible bande passante (non HT). Avant d'utiliser le protocole WiFi 802.11n, ce mécanisme envoie un paquet à chacune des moitiés de canal de 40 MHz pour annoncer un réseau de distribution vectorielle (NAV). En suivant le message NAV bimode non HT, le protocole de transfert de données 802.11n peut être utilisé pendant la durée spécifiée dans le message, sans compromettre l'héritage (intégrité) du réseau.

Un autre mécanisme est une sorte de signalisation et empêche les réseaux sans fil d'étendre le canal à plus de 40 MHz. Par exemple, un ordinateur portable possède des modules 802.11n et Bluetooth, ce mécanisme connaît la possibilité d'interférences potentielles avec le fonctionnement de ces deux modules en même temps et désactive la transmission sur le canal 40 MHz de l'un des modules.

Ces mécanismes garantissent que le WiFi 802.11n fonctionnera avec les réseaux 802.11 antérieurs sans avoir à migrer l'ensemble du réseau vers le matériel 802.11n.

Vous pouvez voir un exemple d'utilisation du système MIMO sur la Fig. 2

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27.08.2015

Certes, beaucoup ont déjà entendu parler de la technologie MIMO, ces dernières années, il a souvent été rempli de documents et d'affiches, en particulier dans les magasins d'informatique et les magazines. Mais qu'est-ce que le MIMO et avec quoi se mange-t-il ? Regardons de plus près.

Technologie MIMO

MIMO (Multiple Input Multiple Output ; entrées multiples, sorties multiples) est une méthode de codage de signal spatial qui vous permet d'augmenter la bande passante du canal, dans laquelle deux antennes ou plus sont utilisées pour la transmission de données et le même nombre d'antennes pour la réception. Les antennes d'émission et de réception sont suffisamment séparées pour obtenir une influence mutuelle minimale entre les antennes adjacentes. La technologie MIMO est utilisée dans Communication sans fil Wi-Fi, WiMAX, LTE pour une bande passante accrue et une utilisation plus efficace de la bande de fréquence. En fait, MIMO permet de transmettre plus de données dans une bande de fréquence et un couloir de fréquence donné, c'est-à-dire augmenter une vitesse. Ceci est réalisé en utilisant plusieurs antennes d'émission et de réception.

Histoire MIMO

La technologie MIMO peut être attribuée à un développement assez jeune. Son histoire commence en 1984, lorsque le premier brevet pour l'utilisation de cette technologie a été déposé. Le développement initial et la recherche ont eu lieu dans l'entreprise Laboratoires Bell, et en 1996 la société Réseaux Airgo le premier chipset MIMO a été publié appelé Vrai MIMO... La technologie MIMO a connu le plus grand développement au début du XXIe siècle, lorsque les réseaux Wi-Fi sans fil et les réseaux cellulaires 3G ont commencé à se développer à un rythme rapide. Et maintenant, la technologie MIMO bat son plein dans les réseaux 4G LTE et Wi-Fi 802.11b/g/ac.

Que donne la technologie MIMO ?

Pour l'utilisateur final, MIMO fournit une augmentation significative du débit de données. Selon la configuration de l'équipement et le nombre d'antennes utilisées, vous pouvez obtenir une augmentation de vitesse double, triple ou jusqu'à huit fois supérieure. En règle générale, les réseaux sans fil utilisent le même nombre d'antennes d'émission et de réception, et cela s'écrit, par exemple, 2x2 ou 3x3. Ceux. si nous voyons un enregistrement MIMO 2x2, alors deux antennes transmettent un signal et deux le reçoivent. Par exemple, dans la norme Wi-Fi un canal de 20 MHz donne une bande passante de 866 Mbit/s, tandis que dans une configuration MIMO 8x8, 8 canaux sont combinés, ce qui donne un débit maximum d'environ 7 Gbit/s. De même, en LTE MIMO - une augmentation potentielle de la vitesse de plusieurs fois. Pour une utilisation complète de MIMO dans les réseaux LTE, vous avez besoin puisque en règle générale, les antennes intégrées ne sont pas suffisamment espacées et ont peu d'effet. Et bien sûr, il doit y avoir un support MIMO de l'extérieur station de base.

Une antenne LTE avec prise en charge MIMO transmet et reçoit un signal dans les plans horizontal et vertical. C'est ce qu'on appelle la polarisation. Une caractéristique distinctive des antennes MIMO est la présence de deux connecteurs d'antenne et, par conséquent, l'utilisation de deux fils pour se connecter à un modem / routeur.

Malgré ce que beaucoup disent, et il n'est pas déraisonnable qu'une antenne MIMO pour réseaux 4G LTE soit en fait deux antennes en une, il ne faut pas penser que l'utilisation d'une telle antenne doublera la vitesse. Cela ne peut l'être qu'en théorie, mais en pratique, la différence entre une antenne conventionnelle et une antenne MIMO dans un réseau 4G LTE ne dépasse pas 20-25%. Cependant, plus important dans ce cas sera le signal stable que l'antenne MIMO peut fournir.

WiFi est une marque déposée pour les réseaux sans fil basés sur la norme IEEE 802.11. Dans la vie de tous les jours, les utilisateurs sans fil utilisent le terme " Technologie Wi-Fi", ce qui signifie non pas une marque mais la norme IEEE 802.11.

La technologie WiFi vous permet de déployer un réseau sans poser de câble, réduisant ainsi le coût de déploiement du réseau. Grâce aux endroits où les câbles ne peuvent pas être posés, comme à l'extérieur et dans des bâtiments de valeur historique, ils peuvent être desservis par des réseaux sans fil.
Contrairement à la croyance populaire selon laquelle le WiFi est « nocif », les rayonnements des Appareils Wi-Fi au moment du transfert de données est de deux ordres de grandeur (100 fois) inférieur à celui d'un téléphone portable.

MIMO - (English Multiple Input Multiple Output) est une technologie de transmission de données basée sur l'utilisation du multiplexage spatial pour la transmission simultanée de plusieurs flux d'informations sur un canal, ainsi que la réflexion multivoies, qui assure la livraison de chaque bit d'information au destinataire approprié avec une faible probabilité d'interférence et de perte de données.

Résoudre le problème de l'augmentation de la bande passante

Avec le développement intensif de certaines hautes technologies, les exigences pour d'autres augmentent. Ce principe affecte aussi directement les systèmes de communication. L'un des problèmes les plus urgents des systèmes de communication modernes est la nécessité d'augmenter la bande passante et le taux de transfert de données. Il existe deux manières traditionnelles d'augmenter la bande passante en augmentant la bande passante et en augmentant la puissance rayonnée.
Cependant, en raison des exigences de compatibilité biologique et électromagnétique, des restrictions sont imposées à l'augmentation de la puissance rayonnée et à l'extension de la bande de fréquences. Avec de telles restrictions, le problème du manque de bande passante et de débit de transfert de données nous oblige à rechercher de nouvelles méthodes efficaces pour le résoudre. L'une des méthodes les plus efficaces est l'utilisation de réseaux d'antennes adaptatifs avec des éléments d'antenne faiblement corrélés. La technologie MIMO est basée sur ce principe. Les systèmes de communication qui utilisent cette technologie sont appelés systèmes MIMO (Multiple Input Multiple Output).

La norme WiFi 802.11n est l'un des exemples les plus frappants de l'utilisation de la technologie MIMO. Selon lui, cela permet de maintenir des débits jusqu'à 300 Mbps. De plus, la précédente norme 802.11g n'autorisait que 50 Mbps. En plus d'augmenter les débits de données, la nouvelle norme, grâce à MIMO, permet également de meilleures performances QoS dans les emplacements avec niveau faible signal. 802.11n est utilisé non seulement dans les systèmes point/multipoint - le créneau le plus familier pour l'utilisation de la technologie WiFi pour l'organisation d'un LAN (Local Area Network), mais aussi pour l'organisation de connexions point/point qui sont utilisées pour organiser les canaux de communication backbone à une vitesse de plusieurs centaines de Mbps et permettant la transmission de données sur des dizaines de kilomètres (jusqu'à 50 km).

La norme WiMAX comporte également deux versions qui ouvrent de nouvelles possibilités aux utilisateurs utilisant la technologie MIMO. Le premier, 802.16e, fournit des services haut débit mobiles. Il permet de transférer des informations à un débit allant jusqu'à 40 Mbit/s dans le sens de la station de base vers l'équipement de l'abonné. Cependant, MIMO dans 802.16e est considéré comme une option et est utilisé dans la configuration 2x2 la plus simple. Dans la prochaine version, le 802.16m MIMO est considéré comme une technologie obligatoire, avec une configuration possible en 4x4. Dans ce cas, le WiMAX peut déjà être attribué aux systèmes de communication cellulaire, à savoir leur quatrième génération (en raison du taux de transfert de données élevé), puisque possède un certain nombre de fonctionnalités inhérentes aux réseaux cellulaires : roaming, handover, connexions vocales. Dans le cas d'une utilisation mobile, théoriquement, un débit de 100 Mbps peut être atteint. En version fixe, le débit peut atteindre 1 Gbps.

Le plus grand intérêt est l'utilisation de la technologie MIMO dans les systèmes de communication cellulaire. Cette technologie est utilisée depuis la troisième génération de systèmes cellulaire... Par exemple, dans la norme UMTS, dans Rel. 6 il est utilisé en conjonction avec la technologie HSPA prenant en charge des vitesses allant jusqu'à 20 Mbps, et en Rel. 7 - avec HSPA +, où les taux de transfert de données atteignent 40 Mbps. Cependant, dans les systèmes 3G, MIMO n'a pas trouvé d'utilisation généralisée.

Les systèmes, à savoir LTE, prévoient également l'utilisation de MIMO dans des configurations jusqu'à 8x8. En théorie, cela peut permettre de transférer des données d'une station de base vers un abonné à plus de 300 Mbps. Un autre point positif important est la qualité constante de la connexion, même au bord de la cellule. Dans le même temps, même à une distance considérable de la station de base, ou dans une pièce éloignée, seule une légère diminution du débit de transfert de données sera observée.

Nous vivons à l'ère de la révolution numérique, chers anonymes. On n'a pas eu le temps de s'habituer à certaines nouvelles technologies, on nous propose déjà de toutes parts encore plus récentes et plus avancées. Et pendant que nous languissons avec des réflexions pour savoir si cette technologie nous aidera vraiment à obtenir un Internet plus rapide ou si nous sommes à nouveau trompés sur l'argent, les concepteurs développent actuellement une technologie encore plus récente qui nous sera proposée à la place de l'actuelle. littéralement en 2 ans. Ceci s'applique également à la technologie d'antenne MIMO.

Quelle est cette technologie - MIMO ? Multiple Input Multiple Output - entrées multiples sorties multiples. Tout d'abord, la technologie MIMO est une solution complexe et ne s'applique pas qu'aux antennes. Pour mieux comprendre ce fait, il convient de faire une courte excursion dans l'histoire du développement des communications mobiles. Les développeurs sont confrontés à la tâche de transmettre une plus grande quantité d'informations par unité de temps, c'est-à-dire augmenter une vitesse. Par analogie avec un système d'approvisionnement en eau - pour fournir un plus grand volume d'eau à l'utilisateur par unité de temps. Nous pouvons le faire en augmentant le "diamètre du tuyau", ou, par analogie, en élargissant la bande passante de communication. Initialement, la norme GSM était conçue pour le trafic vocal et avait une largeur de canal de 0,2 MHz. C'était assez. De plus, il y a le problème de fournir un accès multi-utilisateurs. Il peut être résolu en divisant les abonnés par fréquence (FDMA) ou par temps (TDMA). GSM utilise les deux méthodes en même temps. En conséquence, nous avons un équilibre entre le nombre maximal possible d'abonnés dans le réseau et la bande passante minimale possible pour le trafic vocal. Avec le développement de l'internet mobile, cette bande passante minimale est devenue un frein aux gains de vitesse. Deux technologies basées sur la plate-forme GSM - GPRS et EDGE - ont atteint une vitesse maximale de 384 kbit/s. Pour augmenter encore la vitesse, il était nécessaire d'étendre la bande passante pour le trafic Internet en même temps, si possible, en utilisant l'infrastructure GSM. En conséquence, la norme UMTS a été développée. La principale différence ici est l'extension de la bande passante jusqu'à 5 MHz à la fois et pour assurer un accès multi-utilisateurs - l'utilisation de la technologie d'accès par code CDMA, dans laquelle plusieurs abonnés travaillent simultanément sur un canal de fréquence. Cette technologie a été appelée W-CDMA pour souligner qu'elle fonctionne dans une large bande passante. Ce système s'appelait le système de troisième génération - 3G, mais en même temps c'est une superstructure sur GSM. Du coup, on a eu un "pipe" large à 5 MHz, ce qui nous a permis dans un premier temps d'augmenter la vitesse à 2 Mb/s.

Sinon, comment pouvons-nous augmenter la vitesse si nous n'avons pas la possibilité d'augmenter davantage le « diamètre du tuyau » ? Nous pouvons paralléliser le flux en plusieurs parties, faire passer chaque partie dans un petit tuyau séparé, puis ajouter ces flux séparés du côté réception en un seul flux large. De plus, la vitesse dépend de la probabilité d'erreurs de canal. En réduisant cette probabilité grâce à un codage redondant, une correction d'erreur directe et des techniques de modulation radio plus sophistiquées, nous pouvons également augmenter le taux. Tous ces développements (ainsi que l'extension du "tuyau" en augmentant le nombre de porteuses par canal) ont été appliqués de manière cohérente dans l'amélioration continue de la norme UMTS et ont reçu le nom de HSPA. Ce n'est pas un remplacement pour W-CDMA, mais une mise à niveau soft + hard de cette plate-forme principale.

Le consortium international 3GPP développe des normes pour la 3G. Le tableau résume certaines des caractéristiques des différentes versions de cette norme :

Vitesse 3G HSPA et fonctionnalités technologiques clés
Version 3GPPLes technologiesVitesse de liaison descendante (MBPS)Vitesse de liaison montante (MBPS)
Rel 6 HSPA 14.4 5.7
Rel 7 HSPA +
5 MHz, 2x2 liaison descendante MIMO		 28 11
Rel 8 DC-HSPA +
2x5 MHz, 2x2 liaison descendante MIMO		 42 11
Rel 9 DC-HSPA +
2x5 MHz, 2x2 liaison descendante MIMO,
liaison montante 2x5 MHz		 84 23
Rel 10 MC-HSPA +
4x5 MHz, 2x2 liaison descendante MIMO,
liaison montante 2x5 MHz		 168 23
rel 11 MC-HSPA +
Liaison descendante MIMO 8x5 MHz 2x2 / 4x4,
Liaison montante 2x5 MHz 2x2 MIMO		 336 - 672 70

La technologie 4G LTE, en plus de la rétrocompatibilité avec les réseaux 3G, qui lui a permis de s'imposer sur le WiMAX, est capable de développer à l'avenir des débits encore plus élevés, jusqu'à 1Gbps et plus. Il utilise des technologies encore plus avancées pour transférer le flux numérique vers l'interface radio, par exemple la modulation OFDM, qui s'intègre très bien avec la technologie MIMO.

Alors, qu'est-ce que MIMO exactement ? En parallélisant le flux dans plusieurs canaux, vous pouvez les envoyer de différentes manières à travers plusieurs antennes "à travers l'air", et les recevoir avec les mêmes antennes indépendantes côté réception. Ainsi, nous obtenons plusieurs "tuyaux" indépendants sur l'interface radio. sans élargir les rayures... C'est l'idée principale MIMO. Lorsque les ondes radio se propagent dans le canal radio, un évanouissement sélectif est observé. Ceci est particulièrement perceptible dans les zones urbaines denses, si l'abonné est en déplacement ou en périphérie de la zone de desserte de la cellule. L'évanouissement dans chaque "tube" spatial ne se produit pas simultanément. Par conséquent, si l'on transmet la même information sur deux canaux MIMO avec un petit retard, en y ayant préalablement superposé un code spécial (méthode Alamuti, superposition d'un code carré magique), on peut récupérer les symboles perdus côté réception, ce qui est équivalent à l'amélioration du signal/bruit jusqu'à 10-12 dB. En conséquence, cette technologie conduit à nouveau à une augmentation de la vitesse. En fait, il s'agit d'une technique de diversité connue de longue date (Rx Diversity) organiquement intégrée à la technologie MIMO.

En fin de compte, nous devons comprendre que MIMO doit être supporté à la fois sur la base et sur notre modem. Habituellement en 4G, le nombre de canaux MIMO est un multiple de deux - 2, 4, 8 (dans les systèmes Wi-Fi, le système à trois canaux 3x3 s'est généralisé) et il est recommandé que leur nombre coïncide à la fois sur la base et sur le modem. Par conséquent, pour corriger ce fait, MIMO est déterminé avec les canaux réception * transmission - 2x2 MIMO, 4x4 MIMO, etc. Jusqu'à présent, nous traitons actuellement principalement avec 2x2 MIMO.

Quelles antennes sont utilisées dans la technologie MIMO ? il antennes conventionnelles, il ne devrait y en avoir que deux (pour 2x2 MIMO). La polarisation orthogonale, dite X, est utilisée pour la séparation des canaux. Dans ce cas, la polarisation de chaque antenne par rapport à la verticale est décalée de 45 ° et l'une par rapport à l'autre de 90 °. Cet angle de polarisation met les deux canaux sur un pied d'égalité, car avec l'orientation horizontale/verticale des antennes, l'un des canaux recevrait inévitablement une atténuation plus importante en raison de l'influence de la surface terrestre. Dans le même temps, le décalage de polarisation de 90 ° entre les antennes permet de découpler les canaux les uns des autres d'au moins 18-20 dB.

Pour MIMO, vous et moi avons besoin d'un modem avec deux entrées d'antenne et deux antennes sur le toit. Cependant, la question demeure de savoir si cette technologie est prise en charge sur la station de base. Dans les normes 4G LTE et WiMAX, une telle prise en charge est disponible à la fois du côté des appareils abonnés et de la base. Tout n'est pas si simple dans le réseau 3G. Il existe déjà des milliers d'appareils qui ne prennent pas en charge MIMO dans le réseau, pour lesquels l'introduction de cette technologie a l'effet inverse - la bande passante du réseau diminue. Par conséquent, les opérateurs ne sont pas pressés d'implémenter MIMO dans les réseaux 3G partout. Pour que la base fournisse aux abonnés un haut débit, elle doit elle-même disposer d'un bon transport, c'est-à-dire un "tuyau épais" doit y être connecté, de préférence de la fibre optique, ce qui n'est d'ailleurs pas toujours le cas. Par conséquent, dans les réseaux 3G, la technologie MIMO en actuellement est en phase de formation et de développement, est testé à la fois par les opérateurs et les utilisateurs, et ces derniers ne sont pas toujours couronnés de succès. Par conséquent, s'appuyer sur des antennes MIMO ne concerne que les réseaux 4G. En bordure de la zone de service de la cellule, des antennes à gain élevé peuvent être utilisées, telles que des antennes à réflecteur, pour lesquelles des alimentations MIMO sont déjà en vente

Dans les réseaux Wi-Fi, la technologie MIMO est fixée dans les normes IEEE 802.11n et IEEE 802.11ac et est déjà prise en charge par de nombreux appareils. Alors que nous assistons à l'arrivée de la technologie 2x2 MIMO dans les réseaux 3G-4G, les développeurs ne restent pas immobiles. Déjà, des technologies MIMO 64x64 sont développées avec des antennes intelligentes ayant un diagramme de rayonnement adaptatif. Ceux. si nous passons du canapé à un fauteuil ou allons à la cuisine, notre tablette le remarquera et tournera le diagramme directionnel de l'antenne intégrée dans la bonne direction. Quelqu'un aura-t-il besoin de ce site à ce moment-là ?

MIMO Multiple Input Multiple Output (Multiple Input Multiple Output) est une technologie utilisée dans les systèmes de communication sans fil (WIFI, réseaux cellulaires), qui peut améliorer considérablement l'efficacité spectrale du système, le taux de transfert de données maximal et la capacité du réseau. Le principal moyen d'obtenir les avantages ci-dessus est de transférer des données de la source à la destination via plusieurs connexions radio, d'où cette technologie tire son nom. Examinons le contexte de ce problème et identifions les principales raisons de l'utilisation généralisée de la technologie MIMO.

Le besoin de connexions à haut débit offrant une qualité de service (QoS) élevée avec une haute disponibilité augmente d'année en année. Ceci est largement facilité par l'émergence de services tels que la VoIP (), la VoD (), etc. Cependant, la plupart technologies sans fil ne permettent pas de fournir aux abonnés un service de haute qualité en bordure de zone de couverture. Dans les systèmes de communication cellulaires et autres sans fil, la qualité de la connexion, ainsi que le débit de données disponible, chutent avec la distance du (BTS). Dans le même temps, la qualité des services diminue également, ce qui conduit finalement à l'impossibilité de fournir des services en temps réel avec haute qualité sur toute la couverture radio du réseau. Pour résoudre ce problème, vous pouvez essayer d'installer les stations de base aussi étroitement que possible et d'organiser la couverture interne dans tous les endroits avec un faible niveau de signal. Cependant, cela nécessitera des coûts financiers importants, qui conduiront à terme à une augmentation du coût du service et à une diminution de la compétitivité. Ainsi, pour résoudre ce problème, il faut une innovation originale qui utilise, si possible, la gamme de fréquences actuelle et ne nécessite pas la construction de nouvelles installations de réseau.

Caractéristiques de la propagation des ondes radio

Afin de comprendre les principes de la technologie MIMO, il est nécessaire de considérer le général dans l'espace. Les ondes émises par divers systèmes radio sans fil dans la plage supérieure à 100 MHz se comportent un peu comme des faisceaux lumineux. Lorsque les ondes radio, en se propageant, rencontrent n'importe quelle surface, alors, selon le matériau et la taille de l'obstacle, une partie de l'énergie est absorbée, une autre passe à travers et le reste est réfléchi. Le rapport des parts d'énergie absorbée, réfléchie et transmise à travers des parties d'énergie est influencé par de nombreux facteurs externes, y compris la fréquence du signal. De plus, l'énergie réfléchie et transmise du signal peut changer la direction de sa propagation ultérieure, et le signal lui-même est divisé en plusieurs ondes.

Le signal se propageant selon les lois ci-dessus de la source au récepteur, après avoir rencontré de nombreux obstacles, se décompose en de nombreuses ondes dont une partie seulement parviendra au récepteur. Chacune des ondes atteignant le récepteur forme ce que l'on appelle un chemin de propagation du signal. De plus, du fait que différentes ondes sont réfléchies par un nombre différent d'obstacles et passent distance différente, différents chemins sont différents.


Dans un immeuble de ville dense, en raison de un grand nombre Des obstacles tels que des bâtiments, des arbres, des voitures, etc., il y a très souvent une situation où il n'y a pas de ligne de vue entre (MS) et les antennes de la station de base (BTS). Dans ce cas, les ondes réfléchies sont le seul moyen d'atteindre le signal du récepteur. Cependant, comme indiqué ci-dessus, le signal réfléchi multiple n'a plus l'énergie initiale et peut venir avec un retard. Le fait que les objets ne restent pas toujours immobiles et la situation peut changer considérablement au fil du temps est particulièrement difficile. Cela pose un problème - l'un des problèmes les plus importants dans les systèmes de communication sans fil.

La propagation par trajets multiples - un problème ou un avantage ?

Plusieurs solutions différentes sont utilisées pour lutter contre les signaux à trajets multiples. L'une des technologies les plus courantes est Receive Diversity -. Son essence réside dans le fait que non pas une, mais plusieurs antennes (généralement deux, moins souvent quatre), situées à distance les unes des autres, sont utilisées pour recevoir un signal. Ainsi, le destinataire n'a pas une, mais deux copies du signal transmis, qui sont venues de différentes manières. Cela permet de collecter plus d'énergie à partir du signal d'origine, car les ondes reçues par une antenne peuvent ne pas être reçues par une autre, et vice versa. De plus, les signaux arrivant en opposition de phase à une antenne peuvent arriver en phase avec une autre. Ce schéma d'interface radio peut être appelé SIMO (Single Input Multiple Output), par opposition au schéma standard Single Input Single Output (SISO). L'approche inverse peut également être appliquée : lorsque plusieurs antennes sont utilisées pour l'émission et une pour la réception. Cela augmente également l'énergie totale du signal original reçu par le récepteur. Ce circuit est appelé Multiple Input Single Output (MISO). Dans les deux schémas (SIMO et MISO), plusieurs antennes sont installées sur le côté de la station de base, car mettre en œuvre la diversité d'antenne dans appareil mobile sur une distance suffisamment longue est difficile sans augmenter les dimensions de l'équipement terminal lui-même.


À la suite d'un raisonnement plus poussé, nous arrivons au schéma MIMO (Multiple Input Multiple Output). Dans ce cas, plusieurs antennes d'émission et de réception sont installées. Cependant, contrairement aux schémas ci-dessus, ce schéma de diversité permet non seulement de lutter contre la propagation par trajets multiples du signal, mais également d'obtenir certains avantages supplémentaires. En utilisant plusieurs antennes d'émission et de réception, chaque paire d'antennes d'émission/réception peut être associée à un chemin séparé pour transmettre des informations. Dans ce cas, la réception en diversité sera effectuée par les antennes restantes, et cette antenne servira également d'antenne supplémentaire pour d'autres voies de transmission. De ce fait, il est théoriquement possible d'augmenter le débit d'autant de fois que le nombre d'antennes supplémentaires sera utilisé. Cependant, une limitation importante est imposée par la qualité de chaque trajet radio.

Comment fonctionne MIMO

Comme indiqué ci-dessus, pour l'organisation de la technologie MIMO, il est nécessaire d'installer plusieurs antennes côté émission et côté réception. Habituellement, un nombre égal d'antennes est installé à l'entrée et à la sortie du système, car dans ce cas vitesse maximum transmission de données. Pour afficher le nombre d'antennes émettrices et réceptrices, ainsi que le nom de la technologie MIMO, la désignation "AxB" est généralement mentionnée, où A est le nombre d'antennes à l'entrée du système et B est à la sortie. Dans ce cas, le système se réfère à une liaison radio.

Pour que la technologie MIMO fonctionne, certains changements sont nécessaires dans la structure de l'émetteur par rapport aux systèmes conventionnels. Considérons seulement l'une des manières possibles et les plus simples d'organiser la technologie MIMO. Tout d'abord, un diviseur de flux est nécessaire côté émission, qui divisera les données destinées à la transmission en plusieurs sous-flux bas débit dont le nombre dépend du nombre d'antennes. Par exemple, pour MIMO 4x4 et un débit de données d'entrée de 200 Mbps, le diviseur créera 4 flux de 50 Mbps chacun. De plus, chacun de ces flux doit être transmis à travers sa propre antenne. En règle générale, les antennes d'émission sont espacées pour fournir autant de signaux parasites que possible résultant de réflexions multiples. Dans une des manières possibles d'organiser la technologie MIMO, le signal est émis depuis chaque antenne avec des polarisations différentes, ce qui permet de l'identifier lors de la réception. Cependant, dans le cas le plus simple, chacun des signaux transmis s'avère marqué par le support de transmission lui-même (temporisation, et autres distorsions).

Côté réception, plusieurs antennes reçoivent le signal de la radio. De plus, les antennes du côté réception sont également installées avec une certaine diversité spatiale, grâce à laquelle la réception en diversité discutée précédemment est fournie. Les signaux reçus sont dirigés vers des récepteurs dont le nombre correspond au nombre d'antennes et de chemins de transmission. De plus, chacun des récepteurs reçoit des signaux de toutes les antennes du système. Chacun de ces additionneurs sépare du flux total l'énergie du signal du seul chemin dont il est responsable. Il le fait soit par une caractéristique prédéterminée dont chacun des signaux était équipé, soit en analysant le retard, l'atténuation, le déphasage, c'est-à-dire un ensemble de distorsions ou une « empreinte digitale » du support de diffusion. Selon le principe de fonctionnement du système (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC), etc.), le signal transmis peut être répété après un certain temps, ou transmis avec un léger retard via autres antennes.


Dans un système MIMO, un phénomène inhabituel peut se produire selon lequel le taux de transfert de données dans un système MIMO peut diminuer s'il existe une ligne de visée entre la source et le récepteur du signal. Ceci est principalement dû à une diminution de la sévérité des distorsions dans l'espace environnant, qui marque chacun des signaux. En conséquence, il devient problématique du côté réception de séparer les signaux, et ils commencent à s'influencer les uns les autres. Ainsi, plus la qualité de la connexion radio est élevée, moins vous pouvez tirer parti de MIMO.

MIMO multi-utilisateurs (MU-MIMO)

Le principe ci-dessus d'organisation des communications radio fait référence à ce que l'on appelle le MIMO à utilisateur unique (SU-MIMO), où il n'y a qu'un seul émetteur et récepteur d'informations. Dans ce cas, l'émetteur et le récepteur peuvent clairement coordonner leurs actions, et en même temps, il n'y a aucun facteur de surprise lorsque de nouveaux utilisateurs peuvent apparaître à l'antenne. Un tel schéma convient parfaitement aux petits systèmes, par exemple pour organiser la communication dans un bureau à domicile entre deux appareils. À leur tour, la plupart des systèmes tels que WI-FI, WIMAX, les systèmes de communication cellulaire sont multi-utilisateurs, c'est-à-dire ils ont un seul centre et plusieurs objets distants, avec chacun desquels il faut organiser une liaison radio. Ainsi, deux problèmes se posent : d'une part, la station de base doit transmettre un signal à plusieurs abonnés via le même système d'antenne (diffusion MIMO), et en même temps recevoir un signal via les mêmes antennes de plusieurs abonnés (MIMO MAC - canaux d'accès multiples).

Dans le sens montant - de MS vers BTS, les utilisateurs transmettent leurs informations simultanément sur la même fréquence. Dans ce cas, une difficulté se pose pour la station de base : il est nécessaire de séparer les signaux des différents abonnés. Une manière possible de traiter ce problème est également le traitement linéaire, qui implique une transmission préalable du signal. Le signal original, selon cette méthode, est multiplié par une matrice, qui est composée de coefficients reflétant les interférences d'autres utilisateurs. La matrice est compilée en fonction de la situation actuelle à l'antenne : le nombre d'abonnés, les taux de transmission, etc. Ainsi, avant transmission, le signal est soumis à une distorsion opposée à celle qu'il rencontrera lors de la transmission à l'antenne.

En liaison descendante - le sens du BTS vers le MS, la station de base transmet des signaux simultanément sur le même canal à plusieurs abonnés à la fois. Cela conduit au fait que le signal transmis à un abonné affecte la réception de tous les autres signaux, c'est-à-dire une interférence se produit. Les moyens possibles de lutter contre ce problème sont d'utiliser ou d'utiliser une technologie de codage de papier sale. Examinons de plus près la technologie du papier sale. Son principe de fonctionnement repose sur l'analyse de l'état actuel de la diffusion radio et du nombre d'abonnés actifs. Le seul (premier) abonné transmet ses données à la station de base sans codage, en changeant ses données, car il n'y a pas d'interférence des autres abonnés. Le deuxième abonné encodera, c'est-à-dire changez l'énergie de votre signal afin de ne pas interférer avec le premier et de ne pas soumettre votre signal à l'influence du premier. Les abonnés ultérieurs ajoutés au système suivront également ce principe et dépendront du nombre d'abonnés actifs et de l'effet des signaux qu'ils transmettent.

Application MIMO

La technologie MIMO au cours de la dernière décennie a été l'un des moyens les plus pertinents pour augmenter le débit et la capacité des systèmes de communication sans fil. Considérons quelques exemples d'utilisation de MIMO dans divers systèmes de communication.

La norme WiFi 802.11n est l'un des exemples les plus frappants de l'utilisation de la technologie MIMO. Selon lui, cela permet de maintenir des débits jusqu'à 300 Mbps. De plus, la précédente norme 802.11g n'autorisait que 50 Mbps. En plus d'augmenter le taux de transfert de données, la nouvelle norme, grâce à MIMO, permet également de fournir Meilleure performance qualité de service dans les endroits à faible niveau de signal. 802.11n est utilisé non seulement dans les systèmes point/multipoint - le créneau le plus familier pour l'utilisation de la technologie WiFi pour l'organisation d'un LAN (Local Area Network), mais aussi pour l'organisation de connexions point/point qui sont utilisées pour organiser les canaux de communication backbone à une vitesse de plusieurs centaines de Mbps et permettant la transmission de données sur des dizaines de kilomètres (jusqu'à 50 km).

La norme WiMAX comporte également deux versions qui ouvrent de nouvelles possibilités aux utilisateurs utilisant la technologie MIMO. Le premier, 802.16e, fournit des services haut débit mobiles. Il permet de transférer des informations à un débit allant jusqu'à 40 Mbit/s dans le sens de la station de base vers l'équipement de l'abonné. Cependant, MIMO dans 802.16e est considéré comme une option et est utilisé dans la configuration 2x2 la plus simple. Dans la prochaine version, le 802.16m MIMO est considéré comme une technologie obligatoire, avec une configuration possible en 4x4. Dans ce cas, le WiMAX peut déjà être attribué aux systèmes de communication cellulaire, à savoir leur quatrième génération (en raison du taux de transfert de données élevé), puisque possède un certain nombre de caractéristiques inhérentes aux réseaux cellulaires : les connexions vocales. Lorsque utilisation mobile, théoriquement, une vitesse de 100 Mbps peut être atteinte. En version fixe, le débit peut atteindre 1 Gbps.

Le plus grand intérêt est l'utilisation de la technologie MIMO dans les systèmes de communication cellulaire. Cette technologie est utilisée depuis la troisième génération de systèmes de communication cellulaire. Par exemple, dans la norme, Rel. 6 il est utilisé en conjonction avec la technologie HSPA prenant en charge des vitesses allant jusqu'à 20 Mbps, et en Rel. 7 - avec HSPA +, où les taux de transfert de données atteignent 40 Mbps. Cependant, dans les systèmes 3G, MIMO n'a pas trouvé d'utilisation généralisée.

Les systèmes, à savoir LTE, prévoient également l'utilisation de MIMO dans des configurations jusqu'à 8x8. En théorie, cela peut permettre de transférer des données d'une station de base vers un abonné à plus de 300 Mbps. Un autre point positif important est la qualité constante du joint, même au bord. Dans le même temps, même à une distance considérable de la station de base, ou dans une pièce éloignée, seule une légère diminution du débit de transfert de données sera observée.

Ainsi, la technologie MIMO trouve une application dans presque tous les systèmes de transmission de données sans fil. De plus, son potentiel n'est pas épuisé. Déjà, de nouvelles options de configuration d'antenne sont en cours de développement, jusqu'au 64x64 MIMO. Cela permettra à l'avenir d'atteindre des débits de données, une capacité de réseau et une efficacité spectrale encore plus élevés.

WiFi est une marque déposée pour les réseaux sans fil basés sur la norme IEEE 802.11. Dans la vie de tous les jours, les utilisateurs de réseaux sans fil utilisent le terme « technologie WiFi », impliquant une utilisation non commerciale…

WiFi est une marque déposée pour les réseaux sans fil basés sur la norme IEEE 802.11. Dans la vie de tous les jours, les utilisateurs de réseaux sans fil utilisent le terme « technologie WiFi », impliquant une utilisation non commerciale…