MIMO tehnologija je odigrala veliku ulogu u razvoju WiFi-a. Prije nekoliko godina bilo je nemoguće zamisliti druge uređaje s propusnošću od 300 Mbps i više. Pojava novih komunikacijskih standarda velike brzine, na primjer, 802.11n uvelike je bila posljedica MIMO-a.

Općenito, ovdje je vrijedno spomenuti da kada govorimo o WiFi tehnologija, tada zapravo mislimo na jedan od komunikacijskih standarda, a konkretno - IEEE 802.11. WiFi je postao brend nakon što su se ocrtali primamljivi izgledi za korištenje bežičnih podataka. Možete pročitati nešto više o Wi-Fi tehnologiji i standardu 802.11 u.

Što je MIMO tehnologija?

Ako damo najjednostavniju moguću definiciju, onda MIMO je multi-streaming prijenos podataka... Kratica se s engleskog može prevesti kao "više ulaza, više izlaza" Za razliku od svog prethodnika (SingleInput / SingleOutput), u uređajima koji podržavaju MIMO signal emitira se na jednom radijskom kanalu koristeći ne jedan, već nekoliko prijamnika i odašiljača. Prilikom određivanja tehničke karakteristike WiFi uređaji uz kraticu navesti njihov broj. Na primjer, 3x2 znači 3 odašiljača signala i 2 prijemne antene.

Osim, MIMO koristi prostorno multipleksiranje... Iza zastrašujućeg naziva krije se tehnologija istovremenog prijenosa više paketa podataka preko jednog kanala. Zbog ovog "brtvljenja" kanala, njegov propusnost može se udvostručiti ili više.

MIMO i WiFi

Uz rastuću popularnost bežičnog prijenosa podataka preko WiFi veze, naravno, povećani su i zahtjevi za njihovom brzinom. I upravo su je MIMO tehnologija i drugi razvoji uzeli kao osnovu, što je omogućilo nekoliko puta povećanje propusnosti. WiFi razvoj slijedi put razvoja 802.11 standarda - a, b, g, n i tako dalje. S razlogom smo spomenuli pojavu standarda 802.11n. Višestruki ulaz Višestruki izlaz je njegova ključna komponenta koja je omogućila povećanje brzine kanala bežična veza od 54 Mbps do preko 300 Mbps.

Standard 802.11n omogućuje korištenje standardne širine kanala od 20 MHz i korištenje širokopojasne linije od 40 MHz s većim brzinama protoka. Kao što je gore spomenuto, signal se reflektira više puta, čime se koristi više tokova na jednom komunikacijskom kanalu.

Zahvaljujući tome, Wi-Fi pristup internetu sada omogućuje ne samo surfanje, provjeru pošte i komunikaciju u ICQ-u, već i online igrice, online video, Skype i drugi "težak" promet.

Noviji standard također koristi MIMO tehnologiju.

Problemi s korištenjem MIMO-a u WIFI-ju

U zoru formiranja tehnologije došlo je do poteškoća u kombiniranju uređaja, rad sa i bez MIMO podrške. Međutim, sada to više nije toliko relevantno - gotovo svaki proizvođač bežične opreme koji poštuje sebe koristi ga u svojim uređajima.

Također, jedan od problema s pojavom tehnologije prijenosa podataka korištenjem više prijamnika i više odašiljača bila je cijena uređaja. Međutim, ovdje tvrtka je napravila pravu cjenovnu revoluciju... Ne samo da je uspjela uspostaviti proizvodnju bežične opreme s MIMO podrškom, već i to učiniti po vrlo pristupačnim cijenama. Uzmite u obzir, na primjer, cijenu tipičnog kompleta tvrtke - (bazna stanica), (stranka klijenta). A u ovim uređajima, ne samo MIMO, već i poboljšani vlasnički airMax tehnologija na temelju toga.

Jedini problem je povećanje broja antena i odašiljača (trenutno najviše 3) za uređaje s PoE. Osigurati snagu dizajnu koji više troši energiju je teško, ali opet, Ubiquiti čini stalne pomake u tom smjeru.

AirMAX tehnologija

Ubiquiti Networks je priznati lider u razvoju i implementaciji inovativnih WiFi tehnologija, uključujući MIMO. Na temelju toga je Ubiquiti razvijen i patentirao tehnologiju Air Max... Njegova je bit da je prijenos i prijem signala od strane nekoliko antena na jednom kanalu uređen i strukturiran TDMA protokolom s hardverskim ubrzanjem: paketi podataka su raspoređeni u odvojene vremenske utore, redovi prijenosa su koordinirani.

To vam omogućuje da proširite propusnost kanala, povećate broj povezanih pretplatnika bez gubitka kvalitete komunikacije. Ova odluka učinkovit, jednostavan za korištenje i, što je važno - jeftin. Za razliku od slične opreme koja se koristi u WiMAX mrežama, oprema tvrtke Ubiquiti Networks s tehnologijom AirMAX ima ugodnu cijenu.

mjesto

MIMO - m Antenska tehnologija u LTE

MIMO funkcije (M višestruki ulaz - višestruki izlaz)

Korištenje MIMO (višestruki ulaz - više izlaza) tehnologije rješava dva problema:

Povećana kvaliteta komunikacije kroz prostorno vrijeme / frekvencijsko kodiranje i / ili oblikovanje zraka,

Povećanje brzine prijenosa pri korištenju prostornog multipleksiranja.

MIMO struktura

U različitim MIMO implementacijama mislimo na istovremeni prijenos više neovisnih poruka u jednom fizičkom kanalu. Za provedbu MIMO akcije koriste se sustavi s više antena: na strani odašiljanja nalazi se N t odašiljačke antene, a na prijemnoj strani N r recepcioneri. Ova struktura je prikazana na sl. 1.

Riža. 1. MIMO struktura

Što je MIMO?

MIMO (eng. Višestruki ulaz Višestruki izlaz) -metoda prostornog kodiranja signala, koja omogućuje povećanje propusnosti kanala, u kojoj se prijenos podataka provodi pomoću N antene i njihov prijem M antene. Antene za odašiljanje i prijem su dovoljno razmaknute da se postigne slaba korelacija između susjednih antena.

Povijest MIMO-a

Povijest MIMO sustava kao objekta bežične komunikacije još je vrlo kratka. Prvi patent za korištenje MIMO principa u radijskim komunikacijama podnio je 1984. godine u ime zaposlenika Bell Laboratories Jacka Wintersa. Na temelju svog istraživanja, Jack Salz iz iste tvrtke objavio je prvi članak o MIMO rješenjima 1985. godine. Razvoj ovog smjera nastavili su stručnjaci Bell Laboratories i drugi istraživači do 1995. godine. Godine 1996. Greg Raleigh i Gerald J. Foschini predložili su novu implementaciju MIMO sustava, čime su povećali njegovu učinkovitost. Nakon toga, Greg Raleigh, koji je bio zaslužan za OFDM ( Multipleksiranje s ortogonalnim podjelom frekvencija- ortogonalno multipleksiranje nositelja) za MIMO, osnovao Airgo Networks, koji je razvio prvi MIMO čipset pod nazivom True MIMO.

Međutim, unatoč prilično kratkom vremenskom razdoblju od svog nastanka, MIMO smjer se razvija u vrlo raznolikom smjeru i uključuje heterogenu obitelj metoda koje se mogu klasificirati prema principu razdvajanja signala u prijamnom uređaju. Štoviše, u MIMO sustavima se koriste oba pristupa razdvajanju signala koji su već ušli u praksu i novi. To uključuje, na primjer, prostorno-vrijeme, prostorno-frekventno, prostorno-polarizacijsko kodiranje, kao i superrezoluciju u smjeru dolaska signala na prijemnik. Zbog obilja pristupa razdvajanju signala, bilo je moguće osigurati tako dug razvoj standarda za korištenje MIMO sustava u komunikacijama. Međutim, sve vrste MIMO-a usmjerene su na postizanje jednog cilja - povećanje vršne brzine prijenosa podataka u komunikacijskim mrežama poboljšanjem otpornosti na buku.

Najjednostavnija antena MIMO je sustav od dva jednostruka vibratora (monopola) orijentiranih pod kutom od ± 45° u odnosu na okomitu os (slika 2).

Riža. 2 Najjednostavnija MIMO antena

Takav kut polarizacije omogućuje da kanali budu u jednakim uvjetima, budući da bi uz horizontalno-vertikalno usmjerenje emitera jedna od komponenti polarizacije neizbježno dobila veće slabljenje pri širenju duž površine zemlje. Signali koje neovisno emitira svaki monopol međusobno su ortogonalno polarizirani s dovoljno visokom međusobnom izolacijom u komponenti unakrsne polarizacije (najmanje 20 dB). Slična antena se koristi na prijemnoj strani. Ovaj pristup omogućuje istovremeni prijenos signala s istim nosiocima, moduliranih na različite načine. Načelo polarizacijskog odvajanja osigurava udvostručenje propusnosti radio veze u usporedbi sa slučajem jednog monopola (u idealnim uvjetima vidljivosti s identičnim usmjerenjima prijamne i odašiljne antene). Dakle, u biti, svaki sustav dvostruke polarizacije može se smatrati MIMO sustavom.

Daljnji razvoj MIMO-a

U vrijeme kada je MIMO tehnologija specificirana u izdanju 7, standard se aktivno širio svijetom. Bilo je pokušaja kombiniranja mreža treće generacije s MIMO tehnologijom, ali nisu bili široko prihvaćeni. Prema Globalnoj asocijaciji dobavljača mobilne opreme ( Globalno udruženje mobilnih dobavljača, GSA) od 11.04.2010. u to vrijeme od 2776 tipova uređaja s HSPA podrškom na tržištu, samo 28 modela podržava MIMO. Osim toga, uvođenje MIMO mreže s niskom penetracijom MIMO terminala dovodi do smanjenja propusnosti mreže. Nokia je razvila tehnologiju za smanjenje gubitaka u propusnoj širini, ali bi bila učinkovita samo kada bi penetracija MIMO terminala bila najmanje 40% pretplatničkih uređaja. Uz navedeno, vrijedi podsjetiti da je 14. prosinca 2009. lansiran prvi na svijetu Mobilna mreža temelji se na LTE tehnologiji, što je omogućilo postizanje puno većih brzina. Na temelju toga jasno je da su operateri bili usmjereni na ranu implementaciju LTE mreža, a ne na modernizaciju mreža treće generacije.

Danas se može primijetiti brzi rast obujma prometa u 4-generacijskim mobilnim mrežama, a kako bi svim svojim pretplatnicima pružili potrebnu brzinu, operatori moraju tražiti različite metode za povećanje brzine prijenosa podataka ili povećanje učinkovitost korištenja frekvencijskog resursa. MIMO, s druge strane, omogućuje u dostupnom frekvencijskom pojasu prijenos gotovo 2 puta više podataka u istom vremenskom intervalu uz opciju 2x2. Ako koristimo implementaciju antene 4x4, tada, nažalost, maksimalna brzina preuzimanja informacija bit će 326 Mbit/s, a ne 400 Mbit/s, kako sugerira teoretski izračun. To je zbog osobitosti prijenosa kroz 4 antene. Svakoj anteni su dodijeljeni određeni resursni elementi (RE) za prijenos referentnih simbola. Oni su neophodni za organiziranje koherentne demodulacije i procjene kanala. Položaj ovih ER-a prikazan je na Sl. 3. Odašiljačkim antenama dodijeljeni su logički brojevi ulaza antene. Znakovi označeni s R0 prenose se na port 0, znakovi označeni s R1 - na port 1 i tako dalje. Kao rezultat toga, 14,3% svih RE je dodijeljeno za prijenos referentnih simbola, što objašnjava razliku u teoretskim i praktičnim stopama.

Kako bismo bolje razumjeli princip MIMO antene, zamislimo sljedeću situaciju: bazna stanica (BS) operatera mobilne mreže i modem postali su dvije geografske točke A i B, između tih objekata je postavljena određena staza, ljudi koji se kreću ovom stazom personificiraju informacije, A. - ovo je vaša prijemna antena, B je BS mobilnog operatera. Ljudi se kreću s jedne točke na drugu pomoću vlaka kapaciteta 100 ljudi. Ali puno je više ljudi koji žele doći od točke B do točke A. Stoga se gradi drugi kolosijek i pušta u promet novi vlak čiji je kapacitet također 100 osoba. Dakle, produktivnost i učinkovitost dvaju vlakova je 2 puta veća.

Najnovija MIMO tehnologija radi na isti način. (eng. Multiple Input Multiple Output), omogućuje primanje više streamova u isto vrijeme. Za to se koriste različite polarizacije signala, na primjer, horizontalne i vertikalne - 2x2. Ranije je za dobivanje više informacija, odnosno više streamova bila potrebna kupnja dvije jednostavne antene.

Danas je dovoljno kupiti samo jednu MIMO antenu. Poboljšana MIMO antena sadrži dva seta zračećih elemenata, takozvanih zakrpa, u jednom slučaju, od kojih je svaki spojen na zasebnu utičnicu. Druga verzija uređaja: postoji jedan set zakrpa i napajanje za dva porta, što omogućuje da patch funkcionira u dva smjera: vodoravno i okomito. U ovom slučaju, jedan set zakrpa je pričvršćen na dvije utičnice. To je druga opcija (s dvije kabelske uvodnice) koju možete pronaći u asortimanu naše tvrtke.

Ali kako spojiti 2 kabela koji izlaze iz antene na jedan modem? Sve je vrlo jednostavno. Danas tu funkciju ne podržavaju samo antene, već i modemi. Postoje modemi s 2 ulaza za povezivanje vanjske antene, na primjer rašireni Huawei.

Prednosti MIMO tehnologije

Glavne prednosti uključuju mogućnost poboljšanja propusnosti bez povećanja propusnosti. Dakle, uređaj istovremeno distribuira nekoliko tokova informacija preko jednog kanala.

Kvaliteta odaslanog signala i brzina prijenosa podataka postaju sve bolji. Budući da tehnologija prvo kodira podatke, a zatim ih obnavlja na strani primatelja.

Brzina prijenosa signala je više nego udvostručena.

Mnogi drugi parametri brzine također su povećani zbog korištenja dva neovisna kabela, preko kojih se informacije istovremeno distribuiraju i primaju u obliku digitalnog toka. Poboljšana je kvaliteta spektra sljedećih sustava: 3G, 4G / LTE, WiMAX, WiFi, zahvaljujući korištenju dva ulaza i dva izlaza.

Opseg MIMO antena

Najčešće se MIMO tehnologija koristi za prijenos podataka iz protokola kao što je WiFi. To je zbog povećane propusnosti i kapaciteta. Za primjer, uzmimo 802.11n protokol, u kojem, koristeći opisanu tehnologiju, možete postići brzine do 350 Megabita / sec. Kvaliteta prijenosa podataka također je poboljšana, čak iu onim područjima gdje je signal prijema slab. Primjer vanjske pristupne točke s MIMO antenom je dobro poznat.

WiMAX mreža, koristeći MIMO, sada može emitirati informacije brzinom do 40 megabita / sekundi.

Koristi MIMO tehnologiju do 8x8. Zahvaljujući tome postiže se visoka brzina prijenosa - više od 35 megabita / sekundi. Osim toga, osigurana je pouzdana i kvalitetna veza izvrsne kvalitete.

Neprestano radimo na poboljšanju i poboljšanju tehnoloških konfiguracija. Uskoro će to poboljšati performanse spektra, poboljšati kapacitet mreže i ubrzati prijenos podataka.

9. travnja 2014

Svojedobno je tiho i neprimjetno nestala IC veza, a onda su prestali koristiti Bluetooth za razmjenu podataka. A sada je na redu Wi-Fi...

Razvijen je višekorisnički sustav s više ulaza i izlaza koji omogućuje komunikaciju mreže s više računala u isto vrijeme. Kreatori tvrde da se korištenjem istog radio valnog pojasa dodijeljenog za Wi-Fi, tečaj može utrostručiti.

Qualcomm Atheros je razvio sustav za više korisnika, više ulaza/izlaza (MU-MIMO protokol) koji omogućuje komunikaciju mreže s više od jednog računala u isto vrijeme. Tvrtka planira početi demonstrirati tehnologiju tijekom sljedećih nekoliko mjeseci, prije isporuke kupcima početkom sljedeće godine.

Međutim, kako bi postigli ovaj visoki tečaj, korisnici će morati nadograditi i svoja računala i mrežne usmjerivače.

Koristeći Wi-Fi protokol, klijenti se poslužuju sekvencijalno – tijekom određenog vremenskog intervala koristi se samo jedan uređaj za prijenos i primanje informacija – tako da se koristi samo mali dio propusnosti mreže.

Akumulacija ovih uzastopnih događaja stvara pad tečaja kako se sve više uređaja povezuje na mrežu.

MU-MIMO (multi-user, multiple input, multiple output) protokol omogućuje istovremeni prijenos informacija grupi klijenata, čime se učinkovitije koristi dostupna širina pojasa Wi-Fi mreže i time se ubrzava prijenos.

Qualcomm vjeruje da će takve mogućnosti biti posebno korisne u kongresnim centrima i internetskim kafićima kada je više korisnika spojeno na istu mrežu.

Tvrtka također vjeruje da se ne radi samo o povećanju apsolutne brzine, već i o učinkovitijem korištenju mreže i vremena emitiranja za podršku rastućem broju povezanih uređaja, usluga i aplikacija.

MU-Mimo čipove Qualcomm će prodavati proizvođačima usmjerivača, pristupnih točaka, pametnih telefona, tableta i drugih uređaja s podrškom za Wi-Fi. Prvi čipovi moći će istovremeno raditi s četiri toka podataka; podrška za tehnologiju bit će uključena u čipove Atheros 802.11ac i mobilne procesore Snapdragon 805 i 801. Demonstracija tehnologije održat će se ove godine, a prve isporuke čipova planirane su za prvo tromjesečje sljedeće godine.

Pa, sada tko želi detaljnije proći u ovu tehnologiju, nastavljamo ...

MIMO(Multiple Input Multiple Output) je tehnologija koja se koristi u bežični sustavi ah komunikacija (WIFI, WI-MAX, mobilne komunikacijske mreže), koja može značajno poboljšati spektralnu učinkovitost sustava, maksimalnu brzinu prijenosa podataka i kapacitet mreže. Glavni način za postizanje navedenih prednosti je prijenos podataka od izvora do odredišta putem više radio veza, odakle je ova tehnologija i dobila ime. Razmotrite pozadinu ovog problema i identificirajte glavne razloge za široku upotrebu MIMO tehnologije.

Potreba za brzim vezama koje pružaju visoku kvalitetu usluge (QoS) uz visoku dostupnost raste iz godine u godinu. To je uvelike olakšano pojavom usluga kao što su VoIP (Voice over Internet Protocol), videokonferencije, VoD (Video on Demand) itd. Međutim, većina bežičnih tehnologija ne dopušta pretplatnicima pružanje usluge visoke kvalitete na rubu područje pokrivenosti. U mobilnim i drugim bežičnim komunikacijskim sustavima kvaliteta veze, kao i dostupna brzina Prijenos podataka brzo opada s udaljenosti od bazne stanice (BTS). Istovremeno se smanjuje i kvaliteta usluga, što u konačnici dovodi do nemogućnosti pružanja usluga u stvarnom vremenu s visoka kvaliteta u cijeloj radio pokrivenosti mreže. Kako biste riješili ovaj problem, možete pokušati instalirati bazne stanice što je moguće čvršće i organizirati internu pokrivenost na svim mjestima s niska razina signal. Međutim, to će zahtijevati značajne financijske troškove, što će u konačnici dovesti do povećanja cijene usluge i smanjenja konkurentnosti. Dakle, za rješavanje ovog problema potrebna je originalna inovacija koja koristi, ako je moguće, trenutni frekvencijski raspon i ne zahtijeva izgradnju novih mrežnih objekata.

Značajke širenja radio valova

Da bismo razumjeli principe MIMO tehnologije, potrebno je razmotriti opća načela širenja radio valova u svemiru. Valovi koje emitiraju razni bežični radijski sustavi u rasponu iznad 100 MHz ponašaju se na mnogo načina poput snopa svjetlosti. Kada radio valovi, šireći se, naiđu na bilo koju površinu, tada se, ovisno o materijalu i veličini prepreke, dio energije apsorbira, dio prolazi, a ostatak se reflektira. Na omjer udjela apsorbirane, reflektirane i prenesene kroz dijelove energije utječu mnogi vanjski čimbenici, uključujući frekvenciju signala. Štoviše, reflektirane i propuštene energije signala mogu promijeniti smjer svog daljnjeg širenja, a sam signal se dijeli na nekoliko valova.

Signal koji se širi prema gore navedenim zakonima od izvora do prijamnika, nakon susreta s brojnim preprekama, raspada se na mnogo valova od kojih će samo dio doći do prijemnika. Svaki od valova koji dopiru do prijemnika tvori takozvani put širenja signala. Štoviše, zbog činjenice da se različiti valovi reflektiraju od različitog broja prepreka i putuju na različite udaljenosti, različite staze imaju različita vremenska kašnjenja.

U gustoj gradskoj zgradi, zbog veliki broj prepreke kao što su zgrade, drveće, automobili i sl., vrlo često dolazi do situacije kada između pretplatničke opreme (MS) i antena bazne stanice (BTS) nema vidnog polja. U ovom slučaju, reflektirani valovi su jedini način da se dođe do signala prijemnika. Međutim, kao što je gore navedeno, višestruki reflektirani signal više nema početnu energiju i može doći s kašnjenjem. Posebnu poteškoću predstavlja činjenica da objekti ne ostaju uvijek nepomični i da se situacija s vremenom može značajno promijeniti. To otvara problem širenja višestaznog signala – jedan od najznačajnijih problema u bežičnim komunikacijskim sustavima.

Višeputno širenje - problem ili prednost?

Nekoliko različitih rješenja koristi se za borbu protiv višestaznih signala. Jedna od najčešćih tehnologija je Receive Diversity. Njegova bit leži u činjenici da se za primanje signala koristi ne jedna, već nekoliko antena (obično dvije, rjeđe četiri), smještene jedna od druge. Dakle, prijemnik ima ne jednu, već dvije kopije odaslanog signala, koji su došli na različite načine. To omogućuje prikupljanje više energije izvornog signala, jer valove koje prima jedna antena možda neće primiti druga i obrnuto. Također, signali koji dolaze u protufazi na jednu antenu mogu stići u fazi s drugom. Ova shema radio sučelja može se nazvati Single Input Multiple Output (SIMO), za razliku od standardne Single Input Single Output (SISO) sheme. Može se primijeniti i obrnuti pristup: kada se više antena koristi za odašiljanje i jedna za prijem. To također povećava ukupnu energiju izvornog signala koji prima prijemnik. Ovaj sklop se zove Multiple Input Single Output (MISO). U obje sheme (SIMO i MISO) nekoliko antena je instalirano sa strane bazne stanice, budući da Teško je implementirati diverzitet antene u mobilnom uređaju na dovoljno velikoj udaljenosti bez povećanja veličine same terminalne opreme.

Kao rezultat daljnjeg razmišljanja dolazimo do sheme Multiple Input Multiple Output (MIMO). U tom je slučaju instalirano nekoliko antena za odašiljanje i prijem. Međutim, za razliku od gore navedenih shema, ova shema raznolikosti omogućuje ne samo borbu protiv višestaznog širenja signala, već i dobivanje nekih dodatnih prednosti. Korištenjem više antena za odašiljanje i primanje, svaki par antena za odašiljanje/prijem može biti povezan s zasebnom stazom za prijenos informacija. U tom slučaju diverzitetni prijem obavljat će preostale antene, a ova antena će također djelovati kao dodatna antena za druge putove prijenosa. Kao rezultat, teoretski, moguće je povećati brzinu prijenosa podataka za onoliko puta koliko će se koristiti dodatni broj antena. Međutim, kvaliteta svake radio staze nameće značajno ograničenje.

Kako MIMO radi

Kao što je gore navedeno, za organizaciju MIMO tehnologije potrebno je instalirati nekoliko antena na odašiljačkoj i prijemnoj strani. Obično se na ulazu i izlazu sustava instalira jednak broj antena, jer u ovom slučaju je postignuta maksimalna brzina prijenosa. Za prikaz broja odašiljačkih i prijemnih antena, uz naziv MIMO tehnologije, obično se spominje oznaka "AxB", gdje je A broj antena na ulazu sustava, a B na izlazu. U ovom slučaju sustav znači radio vezu.

Da bi MIMO tehnologija funkcionirala, potrebne su neke promjene u strukturi odašiljača u usporedbi s konvencionalnim sustavima. Razmotrimo samo jedan od mogućih, najjednostavnijih načina organiziranja MIMO tehnologije. Prije svega, na strani odašiljanja potreban je razdjelnik toka koji će podatke namijenjene prijenosu podijeliti u nekoliko podtokova niske brzine, čiji broj ovisi o broju antena. Na primjer, za MIMO 4x4 i brzinu ulaznih podataka od 200 Mbps, razdjelnik će stvoriti 4 toka od 50 Mbps svaki. Nadalje, svaki od ovih tokova mora se prenositi putem vlastite antene. Obično su antene za odašiljanje razmaknute kako bi osigurale što više lažnih signala koji su rezultat višestrukih refleksija. U jednom od mogući načini Organiziranjem MIMO tehnologije, signal se sa svake antene prenosi s različitim polarizacijama, što omogućuje njegovu identifikaciju tijekom prijema. Međutim, u najjednostavnijem slučaju, svaki od odaslanih signala ispada da je obilježen samim prijenosnim medijem (vremensko kašnjenje, slabljenje i druga izobličenja).

Na prijemnoj strani, nekoliko antena prima signal s radija. Štoviše, antene na prijemnoj strani također su instalirane s određenom prostornom raznolikošću, zbog čega je omogućen prijema različitosti o kojoj je bilo riječi. Primljeni signali idu na prijemnike, čiji broj odgovara broju antena i prijenosnih putova. Štoviše, svaki od prijamnika prima signale sa svih antena sustava. Svaki od ovih zbrajača od ukupnog protoka odvaja energiju signala samo puta za koji je odgovoran. On to čini ili nekom unaprijed određenom značajkom, kojom je svaki od signala bio opremljen, ili analizom kašnjenja, prigušenja, faznog pomaka, t.j. skup izobličenja ili "otisak prsta" medija za distribuciju. Ovisno o principu rada sustava (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC), itd.), odaslani signal se može ponoviti nakon određenog vremena, ili prenijeti s malim zakašnjenjem kroz druge antene.

U MIMO sustavu može se dogoditi neobičan fenomen da se brzina podataka u MIMO sustavu može smanjiti ako postoji linija vidljivosti između izvora i primatelja signala. To je prvenstveno zbog smanjenja ozbiljnosti izobličenja u okolnom prostoru, koji obilježava svaki od signala. Kao rezultat toga, na strani primatelja postaje problematično odvojiti signale i oni počinju utjecati jedni na druge. Dakle, što je veća kvaliteta radio veze, to manje koristi možete dobiti od MIMO-a.

MIMO za više korisnika (MU-MIMO)

Gore razmatrano načelo radiokomunikacije odnosi se na tzv. Single user MIMO (SU-MIMO), gdje postoji samo jedan odašiljač i prijemnik informacija. U tom slučaju i odašiljač i prijamnik mogu jasno koordinirati svoje djelovanje, a pritom nema faktora iznenađenja kada bi se novi korisnici mogli pojaviti u eteru. Takva je shema sasvim prikladna za male sustave, na primjer, za organiziranje komunikacije u kućnom uredu između dva uređaja. Zauzvrat, većina sustava kao što su WI-FI, WIMAX, sustavi mobilne komunikacije su višekorisnički, t.j. imaju jedno središte i nekoliko udaljenih objekata, sa svakim od kojih je potrebno organizirati radio vezu. Tako se javljaju dva problema: s jedne strane, bazna stanica mora odašiljati signal većem broju pretplatnika kroz isti antenski sustav (MIMO emitiranje), a u isto vrijeme primati signal kroz iste antene od više pretplatnika (MIMO MAC - Višestruki pristupni kanali).

U smjeru uzlazne veze - od MS do BTS-a, korisnici prenose svoje informacije istovremeno na istoj frekvenciji. U tom slučaju nastaje poteškoća za baznu stanicu: potrebno je odvojiti signale od različitih pretplatnika. Jedan od mogućih načina za borbu protiv ovog problema je i linearna obrada, koja unaprijed kodira odaslani signal. Izvorni signal, prema ovoj metodi, množi se s matricom koja se sastoji od koeficijenata koji odražavaju smetnje od drugih korisnika. Matrica se sastavlja na temelju trenutne situacije u eteru: broja pretplatnika, brzina prijenosa itd. Dakle, prije prijenosa, signal je podvrgnut izobličenju suprotnom onom na koji će naići tijekom prijenosa u eteru.

U downlink - smjeru od BTS-a do MS-a, bazna stanica istovremeno prenosi signale na istom kanalu na nekoliko pretplatnika odjednom. To dovodi do činjenice da signal koji se prenosi jednom pretplatniku utječe na prijem svih ostalih signala, t.j. dolazi do smetnji. Moguće opcije borba protiv ovog problema je korištenje pametne antene ili korištenje tehnologije kodiranja prljavog papira. Pogledajmo pobliže tehnologiju prljavog papira. Njegov princip rada temelji se na analizi trenutnog stanja radijske emisije i broja aktivnih pretplatnika. Jedini (prvi) pretplatnik prenosi svoje podatke baznoj stanici bez kodiranja, mijenja svoje podatke, jer nema smetnji od strane drugih pretplatnika. Drugi pretplatnik će kodirati, t.j. promijenite energiju svog signala tako da ne ometate prvi i ne podvrgnete svoj signal utjecaju iz prvog. Naknadni pretplatnici dodani u sustav također će slijediti ovaj princip i oslanjati se na broj aktivnih pretplatnika i učinak signala koje prenose.

MIMO aplikacija

MIMO tehnologija u posljednjem desetljeću bila je jedan od najrelevantnijih načina za povećanje propusnosti i kapaciteta bežičnih komunikacijskih sustava. Pogledajmo neke primjere korištenja MIMO u različitim sustavima komunikacija.

WiFi 802.11n standard jedan je od najupečatljivijih primjera korištenja MIMO tehnologije. Prema njegovim riječima, omogućuje održavanje brzine do 300 Mbps. Štoviše, prethodni standard 802.11g dopuštao je samo 50 Mbps. Osim povećanja brzine prijenosa podataka, novi standard, zahvaljujući MIMO-u, također omogućuje bolju kvalitetu usluge na mjestima s niskom razinom signala. 802.11n se koristi ne samo u Point / Multipoint sustavima - najpoznatijoj niši za korištenje WiFi tehnologije za organiziranje LAN-a (Local Area Network), već i za organiziranje točka / točka veza koje se koriste za organiziranje trunk komunikacijskih kanala brzinom od nekoliko stotina Mbps i omogućuje prijenos podataka na desetke kilometara (do 50 km).

WiMAX standard također ima dva izdanja koja otvaraju nove mogućnosti korisnicima koji koriste MIMO tehnologiju. Prvi, 802.16e, pruža mobilne širokopojasne usluge. Omogućuje vam prijenos informacija brzinom do 40 Mbit / s u smjeru od bazne stanice do opreme pretplatnika. Međutim, MIMO u 802.16e smatra se opcijom i koristi se u najjednostavnijoj konfiguraciji - 2x2. U sljedećem izdanju, 802.16m MIMO smatra se obveznom tehnologijom, s mogućom konfiguracijom 4x4. U ovom slučaju, WiMAX se već može pripisati sustavima mobilne komunikacije, odnosno njihovoj četvrtoj generaciji (zbog velika brzina prijenos podataka), jer ima niz značajki svojstvenih mobilnim mrežama: roaming, primopredaja, glasovne veze. Kada mobilno korištenje, u teoriji se može postići brzina od 100 Mbps. U fiksnoj verziji, brzina može doseći 1 Gb / s.

Najveći interes je korištenje MIMO tehnologije u sustavima mobilne komunikacije. Ova tehnologija se koristi od treće generacije sustava mobilne komunikacije. Na primjer, u UMTS standardu, u Rel. 6, koristi se zajedno s HSPA tehnologijom koja podržava brzine do 20 Mbps, a u Rel. 7 - s HSPA +, gdje brzine prijenosa podataka dosežu 40 Mbps. Međutim, u 3G sustavima, MIMO nije našao široku primjenu.

Sustavi, odnosno LTE, također omogućuju korištenje MIMO-a u konfiguracijama do 8x8. U teoriji, to može omogućiti prijenos podataka s bazne stanice na pretplatnika brzinom većom od 300 Mbps. Također važna pozitivna točka je dosljedna kvaliteta spoja čak i na rubu saća. U tom slučaju, čak i na znatnoj udaljenosti od bazne stanice, ili kada ste u udaljenoj prostoriji, primijetit će se samo neznatno smanjenje brzine prijenosa podataka.

Dakle, MIMO tehnologija nalazi primjenu u gotovo svim sustavima bežičnog prijenosa podataka. Štoviše, njegov potencijal nije iscrpljen. Već se razvijaju nove mogućnosti konfiguracije antene, do 64x64 MIMO. To će u budućnosti omogućiti postizanje još veće brzine prijenosa podataka, kapaciteta mreže i spektralne učinkovitosti.

Jedna od najznačajnijih i najvažnijih inovacija Wi-Fi tijekom posljednjih 20 godina - Multi User - Multiple Input Multiple Output (MU-MIMO) tehnologija. MU-MIMO proširuje funkcionalnost nedavno objavljenog ažuriranja bežični standard 802.11ac "Val 2". Ovo je definitivno veliki napredak za bežično povezivanje. Ova tehnologija pomaže povećati teorijsku maksimalnu brzinu bežične mreže s 3,47 Gbps u izvornoj specifikaciji 802.11ac na 6,93 Gbps u ažuriranju 802.11ac Wave 2. Ovo je jedna od najsloženijih Wi-Fi funkcionalnosti do sada.

Pogledajmo kako to funkcionira!

MU-MIMO tehnologija podiže ljestvicu dopuštajući da više uređaja primaju višestruke tokove podataka. Temelji se na Single User MIMO (SU-MIMO) tehnologiji, koja je uvedena prije gotovo 10 godina sa standardom 802.11n.

SU-MIMO povećava brzinu Wi-Fi veze dopuštajući paru bežičnih uređaja da istovremeno prima ili šalje više tokova podataka.

Slika 1. SU-MIMO tehnologija omogućuje višekanalne ulazne i izlazne tokove na jedan uređaj u isto vrijeme. MU-MIMO tehnologija omogućuje istovremenu komunikaciju s više uređaja.

U osnovi, revolucionarne promjene za Wi-Fi pružaju dvije tehnologije. Prva od ovih tehnologija, nazvana beamforming, omogućuje Wi-Fi usmjerivačima i pristupnim točkama da učinkovitije koriste radio kanale. Prije ovoga Wi-Fi tehnologije- Usmjerivači i pristupne točke radili su kao žarulje, šaljući signal u svim smjerovima. Problem je bio u tome teško je da nefokusirani signal ograničene snage dopre do klijentskih Wi-Fi uređaja.

Koristeći tehnologiju oblikovanja snopa, Wi-Fi usmjerivač ili pristupna točka razmjenjuju svoje podatke o lokaciji s klijentskim uređajem. Usmjerivač tada mijenja svoju fazu i snagu kako bi generirao najbolji signal. Rezultat: učinkovitije korištenje radio signala, brži prijenos podataka i moguće veće maksimalne udaljenosti veze.

Mogućnosti oblikovanja zraka se šire. Do sada su Wi-Fi usmjerivači ili pristupne točke inherentno obavljali jedan zadatak, slali ili primali podatke samo s jednog klijentskog uređaja u isto vrijeme. Ranije verzije 802.11 obitelji standarda bežičnog prijenosa podataka, uključujući standard 802.11n i prvu verziju standarda 802.11ac, imale su mogućnost istovremenog primanja ili prijenosa višestrukih tokova podataka, ali do sada nije bilo metode za dopuštanje Wi-Fi usmjerivač ili pristupna točka na jedno i isto vrijeme "komunicira" s nekoliko klijenata odjednom. Od sada se uz pomoć MU-MIMO-a ukazala takva prilika.

Ovo je doista veliki prekid, jer mogućnost prijenosa podataka na više klijentskih uređaja u isto vrijeme značajno proširuje dostupnu propusnost za bežične klijente. MU-MIMO tehnologija unapređuje bežične mreže sa starog načina CSMA-SD, kada je u isto vrijeme bio opslužen samo jedan uređaj, sustavu u kojem više uređaja može istovremeno "razgovarati". Za ilustrativniji primjer, zamislite da idete od seoske ceste s jednim trakom na široku autocestu.

Druga generacija 802.11ac Wave 2 bežičnih usmjerivača i pristupnih točaka danas preuzimaju tržište. Svi koji implementiraju Wi-Fi razumiju specifičnosti rada MU-MIMO tehnologije. Predstavljamo vam 13 činjenica koje će ubrzati vaše učenje u ovom smjeru.

1. MU-MIMO koristi samo Nizvodni tok (od pristupne točke do mobilnog uređaja).

Za razliku od SU-MIMO, MU-MIMO trenutno radi samo za Prijenos podataka s pristupne točke na mobilni uređaj. Samo bežični usmjerivači ili pristupne točke mogu istovremeno prenositi podatke više korisnika, bilo da se radi o jednom ili više tokova za svakog od njih. Sami bežični uređaji (kao što su pametni telefoni, tableti ili prijenosna računala) i dalje se moraju izmjenjivati ​​slati podatke bežičnom usmjerivaču ili pristupnoj točki, iako mogu pojedinačno koristiti SU-MIMO za prijenos višestrukih tokova kada se okrenu.

Tehnologija MU-MIMO bit će posebno korisna na onim mrežama gdje korisnici preuzimaju više podataka nego preuzimaju.

Možda će se u budućnosti implementirati verzija Wi-Fi tehnologije: 802.11ax, gdje će MU-MIMO metoda biti primjenjiva i za "Upstream" promet.

2.MU-MIMO radi samo u rasponu Wi-Fi frekvencija od 5 GHz

SU-MIMO tehnologija radi u frekvencijskim pojasevima od 2,4 GHz i 5 GHz. Bežični usmjerivači i pristupne točke druge generacije 802.11ac Wave 2 mogu istovremeno služiti više korisnika samo na propusnoj širini 5 GHz. S jedne strane, naravno, šteta je što u užem i zagušenijem frekvencijskom pojasu od 2,4 GHz nećemo moći koristiti novu tehnologiju. No, s druge strane, na tržištu je sve više dual-band bežičnih uređaja koji podržavaju MU-MIMO tehnologiju koju možemo koristiti za razvoj produktivnih korporativnih Wi-Fi mreža.

3. Tehnologija oblikovanja zraka pomaže u vođenju signala

U literaturi SSSR-a možete pronaći koncept faznog antenskog niza, koji je razvijen za vojne radare kasnih 80-ih. Slična tehnologija primijenjena je i na moderni Wi-Fi. MU-MIMO koristi tehnologiju oblikovanja zraka (poznatu kao "beamforming" u engleskoj tehničkoj literaturi). Beamfiorming omogućuje usmjeravanje signala prema predviđenoj lokaciji bežičnog uređaja (ili uređaja) umjesto njihovog slanja nasumično u svim pravcima. Dakle, ispada da fokusira signal i značajno povećava domet i brzinu Wi-Fi veze.

Iako je tehnologija oblikovanja zraka bila opcionalno dostupna sa standardom 802.11n, većina proizvođača implementirala je vlastite vlasničke verzije tehnologije. Ovi dobavljači još uvijek nude vlasničke implementacije tehnologije u svojim uređajima, ali sada će morati uključiti barem pojednostavljenu i standardiziranu verziju tehnologije oblikovanja zraka ako žele podržati MU-MIMO u svojoj liniji proizvoda 802.11ac.

4. MU-MIMO podržava ograničen broj istodobnih streamova i uređaja

Nažalost, usmjerivači ili pristupne točke s implementiranom MU-MIMO tehnologijom ne mogu istovremeno opsluživati ​​neograničen broj streamova i uređaja. Usmjerivač ili pristupna točka ima vlastito ograničenje broja streamova koje opslužuje (često 2, 3 ili 4 streama), a ovaj broj prostornih tokova također ograničava broj uređaja koje pristupna točka može istovremeno opsluživati. Dakle, pristupna točka s podrškom za četiri streama može istovremeno služiti četiri različita uređaja ili, na primjer, usmjeriti jedan stream na jedan uređaj i agregirati tri druga streama na drugi uređaj (povećavajući brzinu povezivanja).

5. Korisnički uređaji ne moraju imati više antena

Kao i kod SU-MIMO tehnologije, samo bežični uređaji s ugrađenom podrškom za MU-MIMO mogu agregirati streamove (brzinu). No, za razliku od situacije sa SU-MIMO tehnologijom, bežični uređaji ne moraju imati više antena kako bi primali MU-MIMO streamove s bežičnih usmjerivača i pristupnih točaka. Ako bežični uređaj opremljen samo jednom antenom, može primati samo jedan MU-MIMO tok podataka iz AP-a, koristeći oblikovanje zraka za poboljšanje prijema.

Više antena omogućit će bežičnom korisničkom uređaju da istovremeno prima više tokova podataka (obično jedan stream po anteni), što će sigurno imati pozitivan utjecaj na performanse tog uređaja. Međutim, prisutnost više antena na korisničkom uređaju negativno utječe na potrošnju energije i veličinu ovog proizvoda, što je kritično za pametne telefone.

Međutim, MU-MIMO tehnologija nameće manje hardverskih zahtjeva klijentskim uređajima od tehnički glomazne SU-MIMO tehnologije, sigurno je pretpostaviti da će proizvođači biti puno spremniji opremiti svoje prijenosna računala i tablete koji podržavaju MU-MIMO tehnologiju.

6. Pristupne točke obavljaju tešku obradu

U nastojanju da pojednostave zahtjeve za uređaje krajnjeg korisnika, programeri MU-MIMO tehnologije pokušali su prebaciti većinu posla obrade signala na pristupne točke. Ovo je daljnji korak naprijed u odnosu na SU-MIMO tehnologiju, gdje su teret obrade signala u velikoj mjeri snosili korisnički uređaji. Opet, ovo će pomoći proizvođačima uređaja klijenata da uštede na snazi, veličini i drugim troškovima u proizvodnji svojih rješenja proizvoda s omogućenim MU-MIMO, što bi trebalo imati vrlo pozitivan utjecaj na popularizaciju ove tehnologije.

7. Čak i jeftini uređaji imaju opipljive prednosti od istovremenog prijenosa u više prostornih tokova

Poput agregacije Ethernet veze (802.3ad i LACP), 802.1ac agregacija ne povećava brzinu veze od točke do točke. Oni. ako ste jedini korisnik i imate pokrenutu samo jednu aplikaciju, koristit ćete samo 1 prostorni tok.

Međutim, postoji prilika za povećanje ukupna propusnost mreže zbog osiguravanja pristupne točke za istovremeno servisiranje više korisničkih uređaja.

Ali ako svi korisnički uređaji koji se koriste u vašoj mreži podržavaju samo jedan stream, tada će MU-MIMO omogućiti vašoj pristupnoj točki da istovremeno služi do tri uređaja, umjesto jedan po jedan, dok drugi(napredniji) potrošački uređaji morat će pričekati svoj red.

Slika 2.

8. Neki korisnički uređaji imaju skrivenu podršku za MU-MIMO tehnologiju

Iako još uvijek nema puno usmjerivača, pristupnih točaka ili Mobilni uredaji podržavaju MU-MIMO, proizvođač Wi-Fi čipova tvrdi da su neki proizvođači u svom proizvodnom procesu uzeli u obzir hardverske zahtjeve kako bi podržali novu tehnologiju za neke od svojih uređaja za krajnje korisnike prije nekoliko godina. Za takve uređaje, relativno jednostavno ažuriranje softvera će dodati podršku za MU-MIMO tehnologiju, što bi također trebalo ubrzati popularizaciju i širenje tehnologije, kao i potaknuti tvrtke i organizacije da nadograde svoje korporativne bežične mreže opremom sposobnom za 802.11ac.

9. Uređaji bez MU-MIMO podrške također imaju koristi

Unatoč činjenici da Wi-Fi uređaji nužno moraju imati MU-MIMO podršku da bi mogli koristiti ovu tehnologiju, čak i oni klijentski uređaji koji nemaju takvu podršku mogu posredno imati koristi od rada na bežičnoj mreži gdje usmjerivač ili pristupne točke podržavaju MU- MIMO tehnologija. Treba imati na umu da brzina prijenosa podataka preko mreže izravno ovisi o ukupnom vremenu tijekom kojeg su pretplatnički uređaji spojeni na radijski kanal. A ako MU-MIMO tehnologija omogućuje brže opsluživanje nekih uređaja, to znači da će pristupne točke u takvoj mreži imati više vremena da opslužuju druge klijentske uređaje.

10. MU-MIMO pomaže u povećanju bežične propusnosti

Kada povećate brzinu svoje Wi-Fi veze, povećavate i propusnost svoje bežične mreže. Budući da se uređaji brže servisiraju, mreža ima više vremena za emitiranje za više klijentskih uređaja. Dakle, MU-MIMO tehnologija može uvelike optimizirati performanse bežične mreže s gustim prometom ili velikim brojem povezanih uređaja, kao što su javne Wi-Fi mreže. Ovo je sjajna vijest jer će se broj pametnih telefona i drugih mobilnih uređaja s Wi-Fi vezom vjerojatno nastaviti povećavati.

11. Podržana bilo koja širina kanala

Jedan od načina za proširenje Wi-Fi propusnosti je povezivanje kanala, gdje se dva susjedna kanala kombiniraju u jedan kanal koji je dvostruko širi, čime se učinkovito udvostručuje brzina Wi-Fi veze između uređaja i pristupne točke. Standard 802.11n pruža podršku za kanale širine do 40 MHz; u izvornoj specifikaciji standarda 802.11ac podržana širina kanala povećana je na 80 MHz. Ažurirani standard 802.11ac Wave 2 podržava kanale od 160 MHz.

Slika 3. Danas standard 802.11ac podržava kanale širine do 160 MHz u frekvencijskom rasponu od 5 GHz

Međutim, imajte na umu da korištenje širih kanala u bežičnoj mreži povećava vjerojatnost smetnji na istom kanalu. Stoga ovaj pristup neće uvijek biti pravi izbor za postavljanje svih Wi-Fi mreža bez iznimke. Ipak, MU-MIMO tehnologija, kao što vidimo, može se koristiti za kanale bilo koje širine.

Međutim, čak i ako vaša bežična mreža koristi uže kanale od 20 MHz ili 40 MHz, MU-MIMO i dalje može pomoći da radi brže. No koliko će brže ovisiti o tome koliko će klijentskih uređaja trebati poslužiti i koliko streamova svaki od tih uređaja podržava. Dakle, korištenje MU-MIMO tehnologije čak i bez širokih povezanih kanala može više nego udvostručiti propusnost izlazne bežične veze za svaki uređaj.

12. Obrada signala povećava sigurnost

Zanimljiva nuspojava MU-MIMO tehnologije je da usmjerivač ili pristupna točka šifriraju podatke prije slanja putem radija. Prilično je teško dekodirati podatke koji se prenose pomoću MU-MIMO tehnologije, jer nije jasno koji se dio koda nalazi u kojem prostornom toku. Iako se naknadno mogu razviti posebni alati koji će omogućiti drugim uređajima da presretnu odaslani promet, MU-MIMO tehnologija danas učinkovito maskira podatke s obližnjih uređaja za slušanje. Tako, nova tehnologija pomaže poboljšati Wi-Fi sigurnost, što je posebno važno za otvorene bežične mreže, kao što su javne Wi-Fi mreže, kao i pristupne točke koje rade u osobnom načinu rada ili koriste pojednostavljeni način provjere autentičnosti korisnika (Pre-Shared Key, PSK) na temelju na Wi-Fi sigurnosnim tehnologijama WPA ili WPA2.

13. MU-MIMO je najbolji za fiksne Wi-Fi uređaje

Postoji i jedno upozorenje o tehnologiji MU-MIMO: ne radi dobro s uređajima koji se brzo kreću jer proces oblikovanja zraka postaje složeniji i manje učinkovit. Stoga vam MU-MIMO neće pružiti nikakvu mjerljivu korist za uređaje koji često lutaju po vašoj korporativnoj mreži. Međutim, treba shvatiti da ovi “problematični” uređaji ne bi trebali utjecati na MU-MIMO prijenos podataka na druge klijentske uređaje koji su manje mobilni, niti na njihovu izvedbu na bilo koji način.

Pretplatite se na vijesti