Bezdrátové zařízení podporující režim MIMO. Co je MIMO anténa? Mimo, která vám umožní vyhnout se problémům

9. dubna 2014

Svého času IR spojení tiše a neznatelně zmizelo, pak přestali používat Bluetooth pro výměnu dat. A teď je řada na Wi-Fi...

Byl vyvinut víceuživatelský systém s více vstupy a výstupy, který umožňuje síti komunikovat s více než jedním počítačem současně. Tvůrci tvrdí, že při použití stejného rozsahu rádiových vln přiděleného pro Wi-Fi lze rychlost výměny ztrojnásobit.

Qualcomm Atheros vyvinul víceuživatelský, vícenásobný vstup/multiple-výstup (MU-MIMO), který umožňuje síti komunikovat s více než jedním počítačem současně. Společnost plánuje zahájit demonstraci technologie během několika příštích měsíců před zahájením dodávek zákazníkům začátkem příštího roku.

Aby však uživatelé dosáhli této vysoké přenosové rychlosti, budou muset upgradovat jak své počítače, tak síťové routery.

V rámci Wi-Fi protokolu jsou klienti obsluhováni sekvenčně - během určitého časového intervalu se používá pouze jedno vysílací a přijímací zařízení - takže je využita pouze malá část šířky pásma sítě.

Hromadění těchto sekvenčních událostí způsobuje pokles rychlosti komunikace, protože se k síti připojuje stále více zařízení.

Protokol MU-MIMO (multi-user, multiple input, multiple output) zajišťuje simultánní přenos informací skupině klientů, což efektivněji využívá dostupnou šířku pásma Wi-Fi sítě a tím zrychluje přenos.

Qualcomm věří, že tyto možnosti budou užitečné zejména v konferenčních centrech a internetových kavárnách, kde se ke stejné síti připojuje více uživatelů.

Společnost také věří, že nejde jen o zvýšení absolutní rychlosti, ale také o efektivnější využití sítě a vysílacího času pro podporu rostoucího počtu připojených zařízení, služeb a aplikací.

Qualcomm plánuje prodávat čipy MU-Mimo výrobcům routerů, přístupových bodů, chytrých telefonů, tabletů a dalších zařízení s podporou Wi-Fi. První čipy budou schopny zpracovávat čtyři datové toky současně; technologická podpora bude součástí čipů Atheros 802.11ac a mobilních procesorů Snapdragon 805 a 801. Demonstrace technologie proběhne ještě letos a první dodávky čipů jsou plánovány na 1. čtvrtletí příštího roku.

No, a teď, pokud by se někdo chtěl do této technologie ponořit podrobněji, pokračujme...

MIMO(Multiple Input Multiple Output - vícenásobný vstup vícenásobný výstup) je technologie používaná v bezdrátových komunikačních systémech (WIFI, WI-MAX, mobilní komunikační sítě), která může výrazně zlepšit spektrální účinnost systému, maximální rychlost přenosu dat a kapacitu sítě. . Hlavním způsobem, jak dosáhnout výše uvedených výhod, je přenášet data ze zdroje do cíle prostřednictvím více rádiových spojení, což je místo, kde tato technologie získala své jméno. Podívejme se na pozadí této problematiky a určíme hlavní důvody, které vedly k širokému použití technologie MIMO.

Potřeba vysokorychlostních připojení, která poskytují vysokou kvalitu služeb (QoS) s vysokou odolností proti chybám, rok od roku roste. To je značně usnadněno vznikem takových služeb, jako je VoIP (Voice over Internet Protocol), videokonference, VoD (Video on Demand) atd. Většina bezdrátových technologií však neumožňuje poskytovat účastníkům vysoce kvalitní služby na okraji oblast pokrytí. V celulárních a jiných bezdrátových komunikačních systémech se kvalita spojení, stejně jako dostupná rychlost přenosu dat, rychle snižuje se vzdáleností od základnové stanice (BTS). Zároveň se také snižuje kvalita služeb, což v konečném důsledku vede k nemožnosti poskytovat vysoce kvalitní služby v reálném čase v celé oblasti rádiového pokrytí sítě. Chcete-li tento problém vyřešit, můžete se pokusit nainstalovat základnové stanice co nejhustěji a uspořádat vnitřní pokrytí na všech místech s nízkou úrovní signálu. To si však vyžádá značné finanční náklady, které v konečném důsledku povedou ke zdražení služby a snížení konkurenceschopnosti. K vyřešení tohoto problému je tedy zapotřebí originální inovace, která pokud možno využívá aktuální frekvenční rozsah a nevyžaduje výstavbu nových síťových zařízení.

Vlastnosti šíření rádiových vln

Abychom pochopili principy fungování MIMO technologie, je nutné zvážit obecné principy šíření rádiových vln ve vesmíru. Vlny vysílané různými bezdrátovými rádiovými systémy v rozsahu nad 100 MHz se v mnoha ohledech chovají jako světelné paprsky. Když se rádiové vlny během šíření setkají s jakýmkoli povrchem, v závislosti na materiálu a velikosti překážky se část energie pohltí, část projde a zbytek se odrazí. Poměr podílů absorbované, odražené a přenášené energie je ovlivněn mnoha vnějšími faktory, včetně frekvence signálu. Navíc odražená a procházející energie signálu může změnit směr svého dalšího šíření a samotný signál je rozdělen do několika vln.

Signál šířící se podle výše uvedených zákonitostí od zdroje k příjemci se po setkání s četnými překážkami rozdělí do mnoha vln, z nichž k přijímači dorazí jen část. Každá z vln dopadajících na přijímač tvoří tzv. cestu šíření signálu. Navíc vzhledem k tomu, že různé vlny se odrážejí od různého počtu překážek a cestují na různé vzdálenosti, mají různé dráhy různá časová zpoždění.

V hustém městském prostředí v důsledku velkého množství překážek, jako jsou budovy, stromy, auta atd., velmi často nastává situace, kdy není přímá viditelnost mezi účastnickým zařízením (MS) a anténami základnové stanice (BTS). V tomto případě je jedinou možností, jak se signál dostat k přijímači, přes odražené vlny. Jak je však uvedeno výše, opakovaně odražený signál již nemá původní energii a může dorazit pozdě. Obzvláště obtížné je také to, že předměty nezůstávají vždy nehybné a situace se může v průběhu času výrazně změnit. V tomto ohledu vyvstává problém vícecestného šíření signálu - jeden z nejvýznamnějších problémů v bezdrátových komunikačních systémech.

Vícecestné šíření – problém nebo výhoda?

Pro boj s vícecestným šířením signálů se používá několik různých řešení. Jednou z nejběžnějších technologií je Receive Diversity. Jeho podstata spočívá v tom, že pro příjem signálu se nepoužívá jedna, ale několik antén (obvykle dvě, méně často čtyři), umístěné ve vzdálenosti od sebe. Příjemce tak nemá jednu, ale dvě kopie přenášeného signálu, které dorazily různými cestami. To umožňuje shromáždit více energie z původního signálu, protože vlny přijímané jednou anténou nemusí být přijímány druhou anténou a naopak. Také signály přicházející mimo fázi k jedné anténě mohou docházet ve fázi k druhé. Tento návrh rádiového rozhraní lze nazvat Single Input Multiple Output (SIMO), na rozdíl od standardního designu Single Input Single Output (SISO). Lze také použít obrácený přístup: když se několik antén používá pro vysílání a jedna pro příjem. To také zvyšuje celkovou energii původního signálu přijímaného přijímačem. Tento obvod se nazývá Multiple Input Single Output (MISO). V obou schématech (SIMO a MISO) je na straně základnové stanice instalováno několik antén, protože Je obtížné implementovat anténní diverzitu v mobilním zařízení na dostatečně velkou vzdálenost, aniž by se zvětšila velikost samotného koncového zařízení.

V důsledku dalšího uvažování se dostáváme ke schématu MIMO (Multiple Input Multiple Output). V tomto případě je instalováno několik antén pro vysílání a příjem. Na rozdíl od výše uvedených schémat však toto schéma diverzity umožňuje nejen bojovat proti vícecestnému šíření signálu, ale také získat některé další výhody. Použitím více antén pro vysílání a příjem může být každému páru vysílacích/přijímacích antén přiřazena samostatná cesta pro vysílání informací. V tomto případě bude diverzitní příjem prováděn zbývajícími anténami a tato anténa bude zároveň sloužit jako přídavná anténa pro další přenosové cesty. V důsledku toho je teoreticky možné zvýšit rychlost přenosu dat tolikrát, kolikrát se použijí další antény. Významné omezení však představuje kvalita každé rádiové cesty.

Jak MIMO funguje

Jak je uvedeno výše, pro organizaci technologie MIMO je nutné nainstalovat několik antén na vysílací a přijímací straně. Obvykle je na vstupu a výstupu systému instalován stejný počet antén, protože v tomto případě je dosaženo maximální rychlosti přenosu dat. Pro zobrazení počtu antén při příjmu a vysílání se spolu s názvem technologie MIMO obvykle uvádí označení „AxB“, kde A je počet antén na vstupu systému a B je na výstupu. Systém v tomto případě znamená rádiové spojení.

Technologie MIMO vyžaduje ve srovnání s konvenčními systémy určité změny ve struktuře vysílače. Zvažme pouze jeden z možných, nejjednodušších způsobů organizace MIMO technologie. V první řadě je potřeba na vysílací straně dělič toku, který rozdělí data určená k přenosu do více nízkorychlostních dílčích toků, jejichž počet závisí na počtu antén. Například pro MIMO 4x4 a vstupní datovou rychlost 200 Mbit/s vytvoří dělič 4 toky po 50 Mbit/s. Dále musí být každý z těchto proudů vysílán prostřednictvím vlastní antény. Typicky jsou vysílací antény instalovány s určitým prostorovým oddělením, aby poskytovaly co nejvíce rušivých signálů, které vznikají v důsledku odrazů. V jednom z možných způsobů organizace MIMO technologie je signál přenášen z každé antény s jinou polarizací, což umožňuje jeho identifikaci při příjmu. V nejjednodušším případě se však ukáže, že každý z přenášených signálů je poznamenán samotným přenosovým médiem (časové zpoždění, útlum a další zkreslení).

Na přijímací straně přijímá signál z rádiového vzduchu několik antén. Kromě toho jsou antény na přijímací straně také instalovány s určitou prostorovou diverzitou, čímž je zajištěn diverzitní příjem, jak bylo diskutováno výše. Přijímané signály přicházejí do přijímačů, jejichž počet odpovídá počtu antén a přenosových cest. Navíc každý z přijímačů přijímá signály ze všech antén systému. Každá z těchto sčítaček extrahuje z celkového toku energii signálu pouze cesty, za kterou je odpovědná. Dělá to buď podle nějakého předem určeného atributu, který byl dodán každému ze signálů, nebo pomocí analýzy zpoždění, útlumu, fázového posunu, tzn. soubor deformací nebo „otisků prstů“ média šíření. V závislosti na provozním principu systému (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC) atd.) se vysílaný signál může po určité době opakovat, nebo může být přenášen s mírným zpožděním přes jiné antény.

Neobvyklým jevem, který se může vyskytnout v MIMO systému, je to, že rychlost přenosu dat MIMO systému může být snížena, když je mezi zdrojem signálu a přijímačem přímka. Je to způsobeno především snížením závažnosti zkreslení v okolním prostoru, které poznamenává každý ze signálů. V důsledku toho je obtížné oddělit signály na přijímací straně a začnou se navzájem ovlivňovat. Čím vyšší je kvalita rádiového spojení, tím menší užitek lze získat z MIMO.

MIMO pro více uživatelů (MU-MIMO)

Princip organizace rádiové komunikace diskutovaný výše se týká tzv. Single user MIMO (SU-MIMO), kde existuje pouze jeden vysílač a přijímač informací. Vysílač i přijímač mohou v tomto případě jasně koordinovat své akce a zároveň nedochází k žádnému překvapení, když se v éteru mohou objevit noví uživatelé. Toto schéma je docela vhodné pro malé systémy, například pro organizaci komunikace v domácí kanceláři mezi dvěma zařízeními. Většina systémů, jako jsou WI-FI, WIMAX, mobilní komunikační systémy jsou zase víceuživatelské, tzn. v nich je jediné centrum a několik vzdálených objektů, s každým z nich je nutné zorganizovat rádiové spojení. Vznikají tak dva problémy: na jedné straně musí základnová stanice vysílat signál mnoha účastníkům prostřednictvím stejného anténního systému (MIMO vysílání) a současně přijímat signál přes stejné antény od několika účastníků (MIMO MAC - Kanály s více přístupem).

V uplinkovém směru - z MS do BTS, uživatelé přenášejí své informace současně na stejné frekvenci. V tomto případě nastává problém pro základnovou stanici: je nutné oddělit signály od různých účastníků. Jedním z možných způsobů, jak s tímto problémem bojovat, je také metoda lineárního zpracování, která zahrnuje předběžné zakódování přenášeného signálu. Původní signál je podle této metody násoben maticí, která je složena z koeficientů odrážejících vliv rušení od ostatních účastníků. Matice je sestavena na základě aktuální situace v rádiu: počet účastníků, přenosové rychlosti atd. Signál je tedy před přenosem vystaven zkreslení inverzním ke zkreslení, se kterým se setká během rádiového přenosu.

V downlinku - směru z BTS do MS vysílá základnová stanice signály současně na stejném kanálu několika účastníkům najednou. To vede k tomu, že signál přenášený pro jednoho účastníka ovlivňuje příjem všech ostatních signálů, tzn. dochází k rušení. Možnými možnostmi, jak s tímto problémem bojovat, je použití chytré antény nebo použití technologie kódování špinavého papíru. Podívejme se blíže na technologii špinavého papíru. Princip jeho fungování je založen na analýze aktuálního stavu rozhlasového vysílání a počtu aktivních účastníků. Jediný (první) účastník přenáší svá data do základnové stanice bez kódování nebo změny svých dat, protože nedochází k žádnému rušení ze strany ostatních účastníků. Druhý účastník bude kódovat, tzn. změňte energii svého signálu tak, abyste nerušili ten první a nevystavovali svůj signál vlivu prvního. Následující předplatitelé přidaní do systému se budou také řídit tímto principem a budou vycházet z počtu aktivních účastníků a účinku signálů, které vysílají.

Aplikace MIMO

V posledním desetiletí byla technologie MIMO jedním z nejdůležitějších způsobů, jak zvýšit propustnost a kapacitu bezdrátových komunikačních systémů. Podívejme se na některé příklady použití MIMO v různých komunikačních systémech.

Standard WiFi 802.11n je jedním z nejvýraznějších příkladů využití technologie MIMO. Podle ní umožňuje udržovat rychlost až 300 Mbit/s. Navíc předchozí standard 802.11g umožňoval pouze 50 Mbit/s. Kromě zvýšení rychlosti přenosu dat umožňuje nový standard díky MIMO také lepší kvalitu služeb v oblastech s nízkou silou signálu. 802.11n se používá nejen v bodových/vícebodových systémech (Point/Multipoint) – nejběžnější místo pro použití technologie WiFi k organizaci LAN (Local Area Network), ale také k organizaci bodových/bodových spojení, která se používají k organizaci páteřní komunikace. kanálů při několika rychlostech stovek Mbit/s a umožňuje přenos dat na desítky kilometrů (až 50 km).

Standard WiMAX má také dvě verze, které uživatelům zavádějí nové možnosti využívající technologii MIMO. První, 802.16e, poskytuje mobilní širokopásmové služby. Umožňuje přenášet informace rychlostí až 40 Mbit/s ve směru od základnové stanice k účastnickému zařízení. MIMO v 802.16e se však považuje za možnost a používá se v nejjednodušší konfiguraci - 2x2. V příštím vydání je 802.16m MIMO považováno za povinnou technologii s možnou konfigurací 4x4. V tomto případě lze WiMAX již klasifikovat jako mobilní komunikační systémy, konkrétně jejich čtvrtou generaci (kvůli vysoké rychlosti přenosu dat), protože má řadu vlastností vlastních celulárním sítím: roaming, předávání, hlasová připojení. V případě mobilního použití lze teoreticky dosáhnout rychlosti 100 Mbit/s. V pevné verzi může rychlost dosáhnout 1 Gbit/s.

Největší zájem je o použití technologie MIMO v celulárních komunikačních systémech. Tato technologie se používá již od třetí generace mobilních komunikačních systémů. Například ve standardu UMTS v Rel. 6 se používá ve spojení s technologií HSPA podporující rychlosti až 20 Mbit/s a v Rel. 7 – s HSPA+, kde rychlosti přenosu dat dosahují 40 Mbit/s. MIMO však zatím nenašlo široké uplatnění v systémech 3G.

Systémy, konkrétně LTE, také umožňují použití MIMO v konfiguracích až 8x8. To teoreticky umožňuje přenášet data ze základnové stanice k účastníkovi přes 300 Mbit/s. Dalším důležitým pozitivním bodem je stabilní kvalita spojení i na okraji buňky. V tomto případě bude i ve značné vzdálenosti od základnové stanice nebo při umístění ve vzdálené místnosti pozorován pouze mírný pokles rychlosti přenosu dat.

Technologie MIMO tak nachází uplatnění téměř ve všech systémech bezdrátového přenosu dat. Navíc jeho potenciál ještě není vyčerpán. Nové možnosti konfigurace antény jsou již vyvíjeny, až do 64x64 MIMO. To nám v budoucnu umožní dosáhnout ještě vyšších datových rychlostí, kapacity sítě a spektrální účinnosti.

MIMO (Multiple Input Multiple Output) je metoda koordinovaného použití více rádiových antén v bezdrátové síťové komunikaci, běžné v moderních domácích širokopásmových směrovačích a v celulárních sítích LTE a WiMAX.

Jak to funguje?

Wi-Fi routery s technologií MIMO používají stejné síťové protokoly jako běžné routery s jedním připojením. Poskytují vyšší výkon zlepšením efektivity přenosu a příjmu dat přes bezdrátové spojení. Zejména síťový provoz mezi klienty a routerem je organizován do samostatných proudů přenášených paralelně s jejich následným obnovením přijímajícím zařízením.

Technologie MIMO může zvýšit přenosovou kapacitu, dosah a spolehlivost, pokud existuje vysoké riziko rušení jiným bezdrátovým zařízením.

Aplikace v sítích Wi-Fi

Technologie MIMO je součástí standardu od 802.11n. Jeho použití zlepšuje výkon a dostupnost síťových připojení ve srovnání s běžnými routery.

Počet antén se může lišit. Například MIMO 2x2 poskytuje dvě antény a dva vysílače schopné přijímat a vysílat na dvou kanálech.

Aby bylo možné využít výhod této technologie a využít jejích výhod, musí klientské zařízení a router mezi sebou vytvořit MIMO spojení. V dokumentaci k použitému zařízení by mělo být uvedeno, zda tuto funkci podporuje. Neexistuje žádný jiný snadný způsob, jak zkontrolovat, zda síťové připojení používá tuto technologii.

SU-MIMO a MU-MIMO

První generace technologie, představená ve standardu 802.11n, podporovala metodu jednoho uživatele (SU). Ve srovnání s tradičními řešeními, kde musí být všechny antény na routeru koordinovány pro komunikaci s jediným klientským zařízením, SU-MIMO umožňuje distribuci každé antény mezi různá zařízení.

Technologie MIMO pro více uživatelů (MU) byla vytvořena pro použití v sítích Wi-Fi 802.11ac na frekvenci 5 GHz. Zatímco předchozí standard vyžadoval, aby routery spravovaly svá klientská připojení po jednom (po jednom), antény MU-MIMO mohou komunikovat s více klienty paralelně. zlepšuje výkon připojení. I když má router 802.11ac nezbytnou hardwarovou podporu pro technologii MIMO, existují další omezení:

podporuje omezený počet současných klientských připojení (2-4) v závislosti na konfiguraci antény;
koordinace antény je zajištěna pouze jedním směrem - od routeru ke klientovi.

MIMO a mobilní

Tato technologie se používá v různých typech bezdrátových sítí. Stále více nachází uplatnění v mobilních komunikacích (4G a 5G) v několika formách:

Network MIMO - koordinovaný přenos signálu mezi základnovými stanicemi;
Masivní MIMO - použití velkého počtu (stovek) antén;
milimetrové vlny - využití ultravysokých frekvenčních pásem, ve kterých je kapacita větší než v pásmech licencovaných pro 3G a 4G.

Technologie pro více uživatelů

Abychom pochopili, jak MU-MIMO funguje, musíme se podívat na to, jak tradiční bezdrátový router zpracovává datové pakety. Odvádí dobrou práci při odesílání a přijímání dat, ale pouze v jednom směru. Jinými slovy, může komunikovat pouze s jedním zařízením současně. Pokud se například stahuje video, nemůžete současně streamovat online videohru do konzole.

Uživatel může provozovat více zařízení v síti Wi-Fi a router se velmi rychle střídá v odesílání bitů dat do nich. Může však přistupovat pouze k jednomu zařízení současně, což je hlavní důvod špatné kvality připojení, pokud je šířka pásma Wi-Fi příliš nízká.

Vzhledem k tomu, že to funguje, strhává na sebe malou pozornost. Efektivitu routeru, který přenáší data do více zařízení současně, však lze zlepšit. Zároveň bude pracovat rychleji a poskytne zajímavější síťové konfigurace. To je důvod, proč se objevil vývoj jako MU-MIMO a nakonec byl začleněn do moderních bezdrátových standardů. Tento vývoj umožňuje pokročilým směrovačům komunikovat s více zařízeními najednou.

Stručná historie: SU vs MU

MIMO pro jednoho uživatele a pro více uživatelů představují různé způsoby komunikace směrovačů s více zařízeními. První je starší. Standard SU umožňoval odesílat a přijímat data prostřednictvím několika streamů najednou, v závislosti na dostupném počtu antén, z nichž každá mohla pracovat s různými zařízeními. SU byl zahrnut do aktualizace 802.11n z roku 2007 a začal být postupně zaváděn do nových produktových řad.

SU-MIMO však mělo kromě požadavků na anténu i omezení. I když může být připojeno více zařízení, stále mají co do činění se směrovačem, který zvládne pouze jedno najednou. Rychlost přenosu dat se zvýšila a rušení se stalo menším problémem, ale stále existuje spousta prostoru pro zlepšení.

MU-MIMO je standard, který se vyvinul z SU-MIMO a SDMA (Space Division Multiple Access). Tato technologie umožňuje základnové stanici komunikovat s více zařízeními pomocí samostatného streamu pro každé z nich, jako by všechna měla svůj vlastní router.

Podpora MU byla nakonec přidána v aktualizaci standardu 802.11ac v roce 2013. Po několika letech vývoje začali výrobci zařazovat tuto funkci do svých produktů.

Výhody MU-MIMO

Jedná se o vzrušující technologii, protože má znatelný dopad na každodenní používání Wi-Fi bez přímé změny šířky pásma nebo jiných klíčových parametrů bezdrátového připojení. Sítě se stávají mnohem efektivnějšími.

Aby bylo zajištěno stabilní spojení s notebookem, telefonem, tabletem nebo počítačem, standard nevyžaduje, aby měl router více antén. Každé takové zařízení nesmí sdílet svůj MIMO kanál s ostatními. To je zvláště patrné při streamování videí nebo provádění jiných složitých úkolů. Rychlost internetu je subjektivně vyšší a připojení je spolehlivější, i když ve skutečnosti se síť stává chytřejší. Zvyšuje se také počet současně obsluhovaných zařízení.

Omezení MU-MIMO

Technologie vícenásobného přístupu pro více uživatelů má také řadu omezení, která stojí za zmínku. Současné standardy podporují 4 zařízení, ale umožňují vám přidat další a budou muset sdílet stream, což přináší problémy SU-MIMO. Tato technologie se používá hlavně v downlinkech a je omezená, pokud jde o uplinky. Kromě toho musí mít router MU-MIMO více informací o stavu zařízení a spojení, než vyžadovaly předchozí standardy. To ztěžuje správu bezdrátových sítí a odstraňování problémů.

MU-MIMO je také směrová technologie. To znamená, že 2 zařízení umístěná vedle sebe nemohou používat různé kanály současně. Pokud například manžel sleduje online stream v televizi a jeho žena je poblíž a streamuje hru PS4 do svého Vita přes Remote Play, budou muset sdílet šířku pásma. Směrovač může poskytovat diskrétní toky pouze zařízením, která jsou umístěna v různých směrech.

Masivní MIMO

Jak se posouváme k bezdrátovým sítím páté generace (5G), růst chytrých telefonů a nových aplikací vedl ke 100násobnému zvýšení jejich požadované šířky pásma ve srovnání s LTE. Nová technologie Massive MIMO, které se v posledních letech dostalo velké pozornosti, je navržena tak, aby výrazně zvýšila efektivitu telekomunikačních sítí na nebývalou úroveň. Vzhledem k nedostatku a vysoké ceně dostupných zdrojů láká operátory možnost zvýšit kapacitu ve frekvenčních pásmech pod 6 GHz.

I přes výrazný pokrok má Massive MIMO k dokonalosti daleko. Technologie je nadále aktivně zkoumána jak v akademické sféře, tak v průmyslu, kde se inženýři snaží dosáhnout teoretických výsledků s komerčně přijatelnými řešeními.

Masivní MIMO může pomoci vyřešit dva klíčové problémy – propustnost a pokrytí. Pro mobilní operátory zůstává frekvenční rozsah vzácným a relativně drahým zdrojem, ale je klíčovou podmínkou pro zvýšení přenosových rychlostí signálu. Ve městech se rozmístění základnových stanic řídí spíše kapacitou než pokrytím, což vyžaduje nasazení velkého počtu základnových stanic a přináší dodatečné náklady. Masivní MIMO umožňuje zvýšit kapacitu stávající sítě. V oblastech, kde je nasazení základnových stanic řízeno pokrytím, může technologie rozšířit rozsah základnových stanic.

Pojem

Masivní MIMO zásadně mění současnou praxi používáním velmi velkého počtu koherentně a adaptivně fungujících servisních antén 4G (stovky nebo tisíce). To pomáhá zaměřit přenos a příjem energie signálu do menších oblastí prostoru, což výrazně zlepšuje výkon a energetickou účinnost, zejména v kombinaci se současným plánováním velkého počtu uživatelských terminálů (desítky nebo stovky). Metoda byla původně zamýšlena pro přenos s časovým dělením (TDD), ale mohla by být potenciálně použita také v režimu frekvenčně děleného duplexu (PDD).

Technologie MIMO: výhody a nevýhody

Výhodou metody je široké použití levných součástek s nízkou spotřebou, snížená latence, vrstva zjednodušeného řízení přístupu (MAC) a odolnost proti náhodnému a záměrnému rušení. Očekávaná propustnost závisí na propagačním médiu poskytujícím asymptoticky ortogonální spojení s terminály a experimenty dosud neodhalily v tomto ohledu žádná omezení.

Spolu s odstraněním mnoha problémů se však objevují nové, které vyžadují urgentní řešení. MIMO systémy například potřebují umožnit, aby více levných komponentů s nízkou věrností spolupracovalo efektivně, shromažďovaly data o stavu kanálu a přidělovaly zdroje nově připojeným terminálům. Je také potřeba využít další stupně volnosti poskytované redundantními servisními anténami, snížit vnitřní spotřebu energie pro dosažení celkové energetické účinnosti a nalézt nové scénáře nasazení.

Rostoucí počet 4G antén zapojených do implementací MIMO obvykle vyžaduje návštěvy každé základnové stanice za účelem změny konfigurace a zapojení. Prvotní nasazení sítí LTE si vyžádalo instalaci nového zařízení. To umožnilo vyrobit konfiguraci 2x2 MIMO původního standardu LTE. Další změny základnových stanic se provádějí pouze v extrémních případech a implementace vyšších řádů závisí na operačním prostředí. Dalším problémem je, že provoz MIMO má za následek zcela odlišné chování sítě než předchozí systémy, což vytváří určitou nejistotu plánování. Operátoři proto mají tendenci nejprve používat jiné vývojové prvky, zejména pokud je lze nasadit prostřednictvím aktualizace softwaru.

Multiuser MIMO je nedílnou součástí standardu 802.11ac. Doposud však neexistovala žádná zařízení, která by tento nový typ technologie více antén podporovala. Předchozí generace WLAN routerů 802.11ac byla označena jako zařízení Wave 1. Pouze s Wave 2 je představena technologie Multi-User MIMO (MU-MIMO) a tato druhá vlna zařízení je vedena.

standard WLAN	802.11b	802,11 g/a	802.11n	802.11ac	802.11ax*
Rychlost přenosu dat na stream, Mbit/s	11	54	150	866	ne méně než 3500
Frekvenční rozsah, GHz	2,4	2,4/5	2,4 a 5	5	mezi 1 a 6
Šířka kanálu, MHz	20	20/20	20 a 40	20, 40, 80 nebo 160	dosud neurčeno
Anténní technologie		Jeden vstup Jeden výstup (jeden vstup - jeden výstup)	MIMO: Vícenásobný vstup Vícenásobný výstup		MIMO/MU-MIMO (MIMO pro více uživatelů)
Maximální počet prostorový	1	1	4	8	dosud neurčeno
Podpora technologie Beamforming	□	□	■	■	■

■ ano □ ne

Protože MIMO pro více uživatelů přenáší signál do více zařízení současně, je přenosový protokol odpovídajícím způsobem rozšířen, pokud jde o záhlaví datových bloků: namísto přenosu více prostorově oddělených toků pro jednoho klienta distribuuje MIMO pro více uživatelů přenos každému uživateli zvlášť, jako stejně jako kódování. Přidělení frekvenčního pásma a kódování zůstávají stejné.

Jeden uživatel Pokud čtyři zařízení sdílejí stejnou WLAN, router s konfigurací 4x4:4 MIMO přenáší čtyři toky prostorových dat, ale vždy pouze do stejného zařízení. Servis zařízení a gadgetů se provádí střídavě. Více uživatelů Díky podpoře víceuživatelského MIMO se netvoří fronty zařízení čekajících na přístup ke zdrojům routeru WLAN. Notebook, tablet, telefon a TV jsou poskytovány daty současně.

Síť WLAN je jako rušná dálnice: v závislosti na denní době jsou k tomuto provozu připojeny kromě počítačů a notebooků také tablety, smartphony, televizory a herní konzole. Průměrná domácnost má více než pět zařízení připojených k internetu přes WLAN a jejich počet neustále roste. S rychlostmi 11 Mb/s, které jsou poskytovány v rámci základního standardu IEEE 802.11b, vyžaduje surfování na webu a stahování dat hodně trpělivosti, protože router lze připojit vždy pouze k jednomu zařízení. Pokud rádiovou komunikaci využívají tři zařízení najednou, pak každý klient obdrží pouze třetinu doby trvání komunikační relace a dvě třetiny času stráví čekáním. Přestože WLAN využívající nejnovější standard IEEE 802.11ac poskytují rychlost přenosu dat až 1 Gb/s, trpí také snížením rychlosti v důsledku řazení do fronty. Ale další generace zařízení (802.11ac Wave 2) slibuje vyšší výkon pro rádiové sítě s více aktivními zařízeními.

Abyste lépe porozuměli podstatě inovací, měli byste si nejprve připomenout, jaké změny nastaly u sítí WLAN v nedávné minulosti. Jednou z nejúčinnějších technik pro zvýšení rychlosti přenosu dat, počínaje standardem IEEE 802.1In, je technologie MIMO (Multiple Input Multiple Output). Zahrnuje použití několika rádiových antén pro paralelní přenos datových toků. Pokud je například přes WLAN přenášen jeden videosoubor a je použit MIMO router se třemi anténami, každé vysílací zařízení bude v ideálním případě (se třemi anténami u přijímače) odesílat třetinu souboru.

Náklady se zvyšují s každou anténou

Ve standardu IEEE 802.11n dosahuje maximální rychlost přenosu dat pro každý jednotlivý tok společně s informacemi o službě 150 Mbit/s. Zařízení se čtyřmi anténami jsou tak schopna přenášet data rychlostí až 600 Mbit/s. Současný standard IEEE 802.11ac teoreticky dosahuje přibližně 6900 Mbps. Kromě širokých rádiových kanálů a vylepšené modulace umožňuje nový standard použití až osmi MIMO streamů.

Ale pouhé zvýšení počtu antén nezaručuje mnohonásobné zrychlení přenosu dat. Naopak se čtyřmi anténami se objem servisních dat velmi zvyšuje a proces detekce kolizí rádiového signálu se také prodražuje. Aby se použití více antén vyplatilo, technologie MIMO se neustále zlepšuje. Pro rozlišení je správnější nazývat staré MIMO jednouživatelské MIMO (Single User MIMO). Poskytuje sice současný přenos více prostorových toků, jak již bylo zmíněno dříve, ale vždy pouze na jednu adresu. Tato nevýhoda je nyní odstraněna pomocí MIMO pro více uživatelů. Pomocí této technologie mohou routery WLAN současně přenášet signál čtyřem klientům. Zařízení s osmi anténami by mohlo například používat čtyři k napájení notebooku a paralelně používat další dvě – tablet a smartphone.

MIMO – přesný směrový signál

Aby router předával WLAN pakety současně různým klientům, potřebuje informace o tom, kde se klienti nacházejí. K tomu se nejprve odesílají testovací pakety všemi směry. Klienti na tyto pakety reagují a základnová stanice ukládá data o síle signálu. Technologie Beamforming je jednou z nejdůležitějších pomůcek MU MIMO. Přestože je již podporován standardem IEEE 802.11n, byl vylepšen ve standardu IEEE 802.11ac. Jeho podstatou je stanovení optimálního směru vysílání rádiového signálu ke klientům. Základnová stanice specificky nastavuje optimální směrovost vysílací antény pro každý rádiový signál. Pro víceuživatelský režim je nalezení optimální signálové cesty obzvláště důležité, protože změna umístění pouze jednoho klienta může změnit všechny přenosové cesty a narušit propustnost celé WLAN sítě. Proto je kanál analyzován každých 10 ms.

Pro srovnání, MIMO pro jednoho uživatele analyzuje pouze každých 100 ms. Multi-user MIMO může obsluhovat čtyři klienty současně, přičemž každý klient přijímá až čtyři datové toky paralelně, celkem tedy 16 toků. Toto víceuživatelské MIMO vyžaduje nové směrovače WLAN, protože se zvyšuje potřeba výpočetního výkonu.

Jedním z největších problémů MIMO pro více uživatelů je interference mezi klienty. Ačkoli se často měří přetížení kanálu, není to dostatečné. V případě potřeby jsou některé rámce upřednostněny, zatímco jiné jsou naopak dodržovány. K tomu používá 802.11ac různé fronty, které zpracovávají různou rychlostí v závislosti na typu datového paketu, přičemž upřednostňují například video pakety.

Žijeme v době digitální revoluce, milý anonyme. Než si stihneme zvyknout na nějakou novou technologii, už se nám nabízí ze všech stran ještě novější a vyspělejší. A zatímco se zmítáme v myšlenkách, zda nám tato technologie skutečně pomůže k rychlejšímu internetu, nebo jsme opět jen ošizeni o peníze, návrháři v této době vyvíjejí ještě novější technologii, která nám bude nabídnuta místo té současné v doslova 2 roky. To platí i pro anténní technologii MIMO.

Jaký druh technologie je MIMO? Multiple Input Multiple Output - vícenásobný vstup vícenásobný výstup. Za prvé, technologie MIMO je komplexní řešení a týká se nejen antén. Pro lepší pochopení této skutečnosti stojí za to udělat si krátký exkurz do historie vývoje mobilních komunikací. Vývojáři stojí před úkolem přenést větší množství informací za jednotku času, tzn. zvýšit rychlost. Analogicky k zásobování vodou - dodat uživateli větší objem vody za jednotku času. Toho lze dosáhnout zvětšením „průměru potrubí“ nebo analogicky rozšířením komunikačního frekvenčního pásma. Zpočátku byl standard GSM přizpůsoben pro hlasový provoz a měl šířku kanálu 0,2 MHz. To bylo docela dost. Kromě toho je zde problém poskytování víceuživatelského přístupu. Lze to vyřešit rozdělením účastníků podle frekvence (FDMA) nebo podle času (TDMA). GSM využívá obě metody současně. Výsledkem je, že máme rovnováhu mezi maximálním možným počtem účastníků v síti a minimální možnou šířkou pásma pro hlasový provoz. S rozvojem mobilního internetu se toto minimální pásmo stalo překážkou pro zvyšování rychlosti. Dvě technologie založené na platformě GSM – GPRS a EDGE – dosáhly maximální rychlosti 384 kBit/s. Pro další zvýšení rychlosti bylo nutné rozšířit šířku pásma pro internetový provoz při současném využití infrastruktury GSM, pokud to bylo možné. V důsledku toho byl vyvinut standard UMTS. Hlavním rozdílem je zde okamžité rozšíření pásma na 5 MHz a zajištění víceuživatelského přístupu - použití technologie přístupu s kódem CDMA, kdy na stejném frekvenčním kanálu současně operuje několik účastníků. Tato technologie se nazývala W-CDMA, což zdůrazňovalo, že funguje v širokém pásmu. Tento systém byl nazýván systémem třetí generace - 3G, ale zároveň je doplňkem GSM. Získali jsme tedy širokou „rouru“ 5 MHz, která nám umožnila zpočátku zvýšit rychlost na 2 Mbit/s.

Jak jinak můžeme zvýšit rychlost, když nemáme možnost dále zvětšovat „průměr trubky“? Můžeme paralelně rozdělit tok do několika částí, každou část poslat samostatnou malou trubkou a pak tyto samostatné toky na přijímacím konci spojit do jednoho širokého toku. Kromě toho rychlost závisí na pravděpodobnosti chyb v kanálu. Snížením této pravděpodobnosti pomocí redundantního kódování, dopředné opravy chyb a použití pokročilejších metod modulace rádiového signálu můžeme také zvýšit rychlost. Všechny tyto novinky (spolu s rozšířením „potrubí“ zvýšením počtu přenašečů na kanál) byly důsledně využívány při dalším zlepšování standardu UMTS a byly nazývány HSPA. Nejedná se o náhradu W-CDMA, ale o soft+hard upgrade této hlavní platformy.

Mezinárodní konsorcium 3GPP vyvíjí standardy pro 3G. Tabulka shrnuje některé vlastnosti různých verzí tohoto standardu:

Rychlost 3G HSPA a klíčové technologické vlastnosti
Vydání 3GPP	Technologie	Rychlost stahování (MBPS)	Rychlost uplinku (MBPS)
Rel 6	HSPA	14.4	5.7
Rel 7	HSPA+ 5 MHz, 2x2 MIMO downlink	28	11
Rel 8	DC-HSPA+ 2x5 MHz, 2x2 MIMO downlink	42	11
Rel 9	DC-HSPA+ 2x5 MHz, 2x2 MIMO downlink, Uplink 2x5 MHz	84	23
Rel 10	MC-HSPA+ 4x5 MHz, 2x2 MIMO downlink, Uplink 2x5 MHz	168	23
Rel 11	MC-HSPA+ 8x5 MHz 2x2/4x4 MIMO downlink, 2x5 MHz 2x2 MIMO uplink	336 - 672	70

Technologie 4G LTE, kromě toho, že je zpětně kompatibilní se sítěmi 3G, což jí umožnilo převážit nad WiMAX, je schopna v budoucnu dosahovat ještě vyšších rychlostí, až 1 Gbit/s a vyšší. Zde se pro přenos digitálního streamu do vzdušného rozhraní používají ještě pokročilejší technologie, například modulace OFDM, která se velmi dobře integruje s technologií MIMO.

Co je tedy MIMO? Paralelizací toku do několika kanálů je můžete vysílat různými způsoby přes několik antén „vzduchem“ a přijímat je stejnými nezávislými anténami na přijímací straně. Tímto způsobem získáme několik nezávislých „potrubí“ přes vzduchové rozhraní bez rozšiřování jízdních pruhů. To je hlavní myšlenka MIMO. Když se rádiové vlny šíří v rádiovém kanálu, je pozorováno selektivní slábnutí. To je zvláště patrné v hustých městských oblastech, pokud je účastník na cestách nebo na okraji obslužné oblasti buňky. Vyblednutí v každé prostorové „potrubí“ nenastává současně. Pokud tedy přenášíme stejnou informaci přes dva MIMO kanály s malým zpožděním, když jsme na ně předtím superponovali speciální kód (metoda Alamuoti, superpozice magického čtvercového kódu), můžeme obnovit ztracené symboly na přijímací straně, což je ekvivalent zlepšení poměru signálu k signálu.šum až 10-12 dB. Ve výsledku tato technologie opět vede ke zvýšení rychlosti. Ve skutečnosti se jedná o dlouho známý příjem rozmanitosti (Rx Diversity) organicky zabudovaný do technologie MIMO.

Nakonec musíme pochopit, že MIMO musí být podporováno jak na základně, tak na našem modemu. Obvykle ve 4G je počet MIMO kanálů násobkem dvou - 2, 4, 8 (ve Wi-Fi systémech se rozšířil tříkanálový systém 3x3) a doporučuje se, aby se jejich počet shodoval jak na základně, tak na modemu. . Abychom tuto skutečnost napravili, je MIMO určeno s příjmovými∗ přenosovými kanály - 2x2 MIMO, 4x4 MIMO atd. Zatím se aktuálně zabýváme primárně 2x2 MIMO.

Jaké antény se používají v technologii MIMO? Jsou to obyčejné antény, stačí, aby byly dvě (pro 2x2 MIMO). K oddělení kanálů se používá ortogonální, tzv. X-polarizace. V tomto případě je polarizace každé antény vzhledem k vertikále posunuta o 45 ° a vůči sobě navzájem - 90 °. Tento polarizační úhel staví oba kanály na stejné podmínky, protože při horizontální/vertikální orientaci antén by jeden z kanálů nevyhnutelně obdržel větší útlum v důsledku vlivu zemského povrchu. Současně 90° polarizační posun mezi anténami umožňuje oddělit kanály od sebe minimálně o 18-20 dB.

Pro MIMO budeme potřebovat modem se dvěma anténními vstupy a dvěma anténami na střeše. Otázkou však zůstává, zda je tato technologie na základnové stanici podporována. Ve standardech 4G LTE a WiMAX je taková podpora dostupná jak na straně předplatitelských zařízení, tak na základně. V 3G síti není vše tak jednoduché. V síti již fungují tisíce zařízení, která nepodporují MIMO, u kterých má zavedení této technologie opačný efekt – snižuje se propustnost sítě. Operátoři proto zatím s univerzální implementací MIMO do 3G sítí nespěchají. Aby základna poskytovala předplatitelům vysokou rychlost, musí mít sama dobrou přepravu, tzn. k němu musí být připojena „tlustá trubka“, nejlépe optické vlákno, což také není vždy případ. V 3G sítích je tedy technologie MIMO v současné době v plenkách a vývoji, testují ji operátoři i uživatelé a ne vždy se to daří. Na MIMO antény byste se proto měli spoléhat pouze ve 4G sítích. Na okraji obslužné oblasti buňky lze použít antény s vysokým ziskem, jako jsou zrcadlové antény, pro které jsou již komerčně dostupné zdroje MIMO

V sítích Wi-Fi je technologie MIMO pevná ve standardech IEEE 802.11n a IEEE 802.11ac a je již podporována mnoha zařízeními. Zatímco jsme svědky příchodu technologie 2x2 MIMO do sítí 3G-4G, vývojáři nesedí. Technologie 64x64 MIMO s chytrými anténami s adaptivním vyzařovacím diagramem jsou již vyvíjeny. Tito. pokud se přesuneme z pohovky do křesla nebo půjdeme do kuchyně, náš tablet si toho všimne a natočí vyzařovací diagram vestavěné antény požadovaným směrem. Bude v té době někdo potřebovat tyto stránky?

S ohledem na uvedení nových bezdrátových zařízení podporujících technologii MU-MIMO, zejména s výstupem UniFi AC HD (UAP-AC-HD), je potřeba objasnit, co to je a proč starý hardware tuto technologii nepodporuje. .

Co je 802.11ac?

Standard 802.11ac je transformací bezdrátové technologie, která nahradila předchozí generaci v podobě standardu 802.11n.

Nástup 802.11n, jak se dříve předpokládalo, měl podnikům umožnit široké využití této technologie jako alternativy ke konvenčnímu kabelovému připojení pro práci v rámci lokální sítě (LAN).

802.11ac je další etapou ve vývoji bezdrátových technologií. Teoreticky může nový standard poskytnout rychlost přenosu dat až 6,9 Gbit/s v pásmu 5 GHz. To je 11,5krát více než rozsah přenosu dat 802.11n.

Nový standard je dostupný ve dvou verzích: Wave 1 a Wave 2. Níže vidíte srovnávací tabulku současných standardů.

Jaký je rozdíl mezi Wave 1 a Wave 2?

Produkty 802.11ac Wave 1 jsou na trhu dostupné přibližně od poloviny roku 2013. Nová revize normy vychází z předchozí verze normy, avšak s některými velmi významnými změnami, a to:

Zvýšený výkon z 1,3 Gbit na 2,34 Gbit;
Přidána podpora pro Multi User MIMO (MU-MIMO);
Jsou povoleny široké kanály 160 MHz;
Čtvrtý prostorový proud (Spatial Stream) pro vyšší výkon a stabilitu;
Více kanálů v pásmu 5 GHz;

Co přesně dělá vylepšení Wave 2 pro skutečného uživatele?

Zvýšená propustnost má pozitivní dopad na aplikace, které jsou citlivé na šířku pásma a latenci v rámci sítě. Jedná se především o přenos streamovaného hlasového a video obsahu, dále o zvyšování hustoty sítě a zvyšování počtu klientů.

MU-MIMO poskytuje obrovské příležitosti pro rozvoj internetu věcí (IoT), kdy jeden uživatel může připojit několik zařízení současně.

Technologie MU-MIMO umožňuje více současných downstreamů a poskytuje simultánní služby více zařízením, což zlepšuje celkový výkon sítě. MU-MIMO má také pozitivní dopad na latenci, což umožňuje rychlejší připojení a rychlejší celkovou zkušenost klienta. Vlastnosti technologie navíc umožňují připojit k síti ještě větší počet simultánních klientů než v předchozí verzi standardu.

Použití šířky kanálu 160 MHz vyžaduje splnění určitých podmínek (nízký výkon, nízký šum atd.), ale kanál může poskytnout ohromné zvýšení výkonu při přenosu velkého množství dat. Pro srovnání, 802.11n může poskytovat kanálovou rychlost až 450 Mbps, novější 802.11ac Wave 1 může poskytnout až 1,3 Gbps, zatímco 802.11ac Wave 2 s kanálem 160 MHz může poskytnout rychlost kanálu asi 2,3 Gbps.

V předchozí generaci standardu bylo povoleno použití 3 antén transceiveru, nová revize přidává 4. stream. Tato změna zvyšuje dosah a stabilitu spojení.

V pásmu 5 GHz je celosvětově využíváno 37 kanálů. V některých zemích je počet kanálů omezen, v jiných nikoli. 802.11ac Wave 2 umožňuje použití více kanálů, což zvýší počet souběžných zařízení na jednom místě. Navíc je potřeba více kanálů pro široké 160 MHz kanály.

Existují nové rychlosti kanálu v 802.11ac Wave 2?

Nový standard přebírá standardy zavedené v prvním vydání. Stejně jako dříve závisí rychlost na počtu proudů a šířce kanálu. Maximální modulace zůstala nezměněna – 256 QAM.

Pokud dříve rychlost kanálu 866,6 Mbit vyžadovala 2 toky a šířku kanálu 80 MHz, nyní lze této rychlosti kanálu dosáhnout pouze pomocí jednoho toku, přičemž rychlost kanálu se zvýší o dva – z 80 na 160 MHz.

Jak je vidět, k žádným zásadním změnám nedošlo. V souvislosti s podporou 160 MHz kanálů se zvýšily i maximální přenosové rychlosti - až na 2600 Mbit.

V praxi je skutečná rychlost přibližně 65 % rychlosti kanálu (PHY Rate).

Pomocí 1 streamu, modulace 256 QAM a kanálu 160 MHz můžete dosáhnout skutečné rychlosti asi 560 Mbit/s. V souladu s tím 2 streamy zajistí rychlost výměny ~1100 Mbit/s, 3 streamy – 1,1-1,6 Gbit/s.

Jaká pásma a kanály používá 802.11ac Wave2?

V praxi Waves 1 a Waves 2 pracují výhradně v pásmu 5 GHz. Frekvenční rozsah závisí na regionálních omezeních, zpravidla se používá rozsah 5,15-5,35 GHz a 5,47-5,85 GHz.

V USA je pro bezdrátové sítě 5 GHz přiděleno pásmo 580 MHz.

802.11ac, stejně jako dříve, může používat kanály na 20 a 40 MHz, přičemž zároveň lze dosáhnout dobrého výkonu pouze při použití 80 MHz nebo 160 MHz.

Protože v praxi není vždy možné použít souvislé pásmo 160 MHz, standard počítá s režimem 80+80 MHz, který rozdělí pásmo 160 MHz na 2 různá pásma. To vše přidává větší flexibilitu.

Vezměte prosím na vědomí, že standardní kanály pro 802.11ac jsou 20/40/80 MHz.

Proč existují dvě vlny 802.11ac?

IEEE implementuje standardy ve vlnách s pokrokem technologie. Tento přístup umožňuje průmyslu okamžitě vydávat nové produkty bez čekání na dokončení konkrétní funkce.

První vlna 802.11ac přinesla výrazné zlepšení oproti 802.11n a položila základ pro další vývoj.

Kdy bychom měli očekávat produkty podporující 802.11ac Wave 2?

Podle původních předpovědí analytiků se očekávalo, že první spotřebitelské produkty se budou prodávat v polovině roku 2015. Podniková a operátorská řešení vyšší úrovně obvykle vycházejí se zpožděním 3-6 měsíců, stejně jako tomu bylo u první vlny standardu.

Obě třídy, spotřebitelská i komerční, jsou obvykle vydány dříve, než WFA (Wi-Fi Alliance) začne poskytovat certifikaci (druhá polovina roku 2016).

Od února 2017 není počet zařízení podporujících 802.11ac W2 tak velký, jak bychom si přáli. Zejména z Mikrotiku a Ubiquitu.

Budou se zařízení Wave 2 výrazně lišit od Wave 1?

V případě nového standardu pokračuje obecný trend minulých let - smartphony a notebooky se vyrábějí s 1-2 streamy, 3 streamy jsou určeny pro náročnější úkoly. Implementace plné funkčnosti standardu na všechna zařízení nemá praktický smysl.

Je zařízení Wave 1 kompatibilní s Wave 2?

První vlna umožňuje 3 streamy a kanály až do 80 MHz, pro tuto část jsou klientská zařízení a přístupové body plně kompatibilní.

Pro implementaci funkcí druhé generace (160 MHz, MU-MIMO, 4 streamy) musí klientské zařízení i přístupový bod podporovat nový standard.

Přístupové body nové generace jsou kompatibilní s klientskými zařízeními 802.11ac Wave 1, 802.11n a 802.11a.

Nebude tak možné využít dodatečné schopnosti adaptéru druhé generace s bodem první generace a naopak.

Co je MU-MIMO a k čemu slouží?

MU-MIMO je zkratka pro "multiuser multiple input, multiple output". Ve skutečnosti jde o jednu z klíčových inovací druhé vlny.

Aby MU-MIMO fungovalo, musí jej podporovat klient a AP.

Stručně řečeno, přístupový bod může odesílat data na více zařízení současně, zatímco předchozí standardy umožňovaly odesílání dat pouze jednomu klientovi najednou.

Ve skutečnosti je běžné MIMO SU-MIMO, tzn. SingleUser, MIMO pro jednoho uživatele.

Podívejme se na příklad. Je zde bod se 3 toky (3 Prostorové toky / 3SS) a jsou k němu připojeni 4 klienti: 1 klient s podporou 3SS, 3 klienti s podporou 1SS.

Přístupový bod rozděluje čas rovnoměrně mezi všechny klienty. Při práci s prvním klientem bod využívá 100 % svých možností, protože klient podporuje i 3SS (MIMO 3x3).

Zbývajících 75 % času bod pracuje se třemi klienty, z nichž každý používá pouze 1 vlákno (1SS) ze 3 dostupných. Přístupový bod přitom využívá pouze 33 % svých možností. Čím více takových klientů, tím menší efektivita.

V konkrétním příkladu bude průměrná rychlost kanálu 650 Mbit:

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

V praxi to bude znamenat průměrnou rychlost asi 420 Mbit z možných 845 Mbit.

Nyní se podívejme na příklad pomocí MU-MIMO. Máme bod, který podporuje druhou generaci standardu, pomocí MIMO 3x3 zůstane rychlost kanálu nezměněna - 1300 Mbit pro šířku kanálu 80 MHz. Tito. Zároveň klienti, stejně jako dříve, nemohou používat více než 3 kanály.

Celkový počet klientů je nyní 7 a přístupový bod je rozdělil do 3 skupin:

jeden 3SS klient;
tři klienti 1SS;
jeden 2SS klient + jeden 1SS;
jeden 3SS klient;

Výsledkem je 100% implementace schopností AP. Klient z první skupiny používá všechny 3 toky, klienti z druhé skupiny používají jeden kanál a tak dále. Průměrná rychlost kanálu bude 1300 Mbit. Jak vidíte, výstup byl dvojnásobný.

Je Point MU-MIMO kompatibilní se staršími klienty?

Bohužel ne! MU-MIMO není kompatibilní s první verzí protokolu, tzn. Aby tato technologie fungovala, vaše klientská zařízení musí podporovat druhou verzi.

Rozdíly mezi MU-MIMO a SU-MIMO

V SU-MIMO přenáší přístupový bod data vždy pouze jednomu klientovi. S MU-MIMO může přístupový bod přenášet data více klientům najednou.

Kolik klientů je současně podporováno v MU-MIMO?

Standard umožňuje současný servis až 4 zařízení. Celkový maximální počet vláken může být až 8.

V závislosti na konfiguraci zařízení je možná široká škála možností, například:

1+1: dva klienti, každý s jedním vláknem;
4+4: dva klienti, každý používá 4 vlákna;
2+2+2+2: čtyři klienti, každý po 2 vláknech;
1+1+1: tři klienti na jednom streamu;
2+1, 1+1+1+1, 1+2+3, 2+3+3 a další kombinace.

Vše závisí na hardwarové konfiguraci, zařízení obvykle používají 3 streamy, proto bude bod schopen obsluhovat až 3 klienty současně.

Je také možné použít 4 antény v konfiguraci MIMO 3x3. Čtvrtá anténa je v tomto případě přídavná, neimplementuje další stream. V tomto případě bude možné současně obsluhovat 1+1+1, 2+1 nebo 3SS, ale ne 4.

Je MU-MIMO podporováno pouze pro stahování?

Ano, standard poskytuje pouze podporu pro Downlink MU-MIMO, tzn. bod může současně přenášet data několika klientům. Pointa však nemůže zároveň „naslouchat“.

Implementace Uplink MU-MIMO byla v krátké době považována za nemožnou, takže tato funkcionalita bude přidána pouze ve standardu 802.11ax, jehož vydání je naplánováno na roky 2019-2020.

Kolik streamů je podporováno v MU-MIMO?

Jak bylo uvedeno výše, MU-MIMO může pracovat s libovolným počtem streamů, ale ne více než 4 na klienta.

Pro kvalitní víceuživatelský přenos norma doporučuje přítomnost více antén a více streamů. V ideálním případě by pro MIMO 4x4 měly být 4 antény pro příjem a stejný počet pro vysílání.

Je potřeba použít speciální antény pro nový standard?

Konstrukce antén zůstává stejná. Stejně jako dříve můžete použít jakékoli kompatibilní antény určené pro použití v pásmu 5 GHz pro 802.11a/n/ac.

Druhá verze také přidala Beamforming, co to je?

Technologie Beamforming umožňuje změnit vyzařovací diagram a přizpůsobit jej konkrétnímu klientovi. Bod za provozu analyzuje signál od klienta a optimalizuje jeho vyzařování. Během procesu tvarování paprsku lze použít další anténu.

Zvládne 802.11ac Wave 2 AP provoz 1 Gb/s?

Potenciálně jsou přístupové body nové generace schopny zvládnout takový tok provozu. Skutečná propustnost závisí na řadě faktorů, od počtu podporovaných streamů, komunikačního dosahu, přítomnosti překážek až po přítomnost rušení, kvalitě přístupového bodu a klientského modulu.

Jaké frekvenční rozsahy se používají v 802.11ac Wave?

Volba provozní frekvence závisí výhradně na regionální legislativě. Seznam kanálů a frekvencí se neustále mění, níže jsou údaje pro USA (FCC) a Evropu k lednu 2015.

V Evropě je povoleno použití šířky kanálu větší než 40 MHz, takže v rámci nového standardu nedochází k žádným změnám, platí pro něj všechna stejná pravidla jako pro předchozí standard.

Online kurz síťových technologií

Doporučuji kurz Dmitrije Skoromnova "". Kurz není vázán na vybavení žádného výrobce. Poskytuje základní znalosti, které by měl mít každý správce systému. Bohužel mnoho administrátorů i s 5letou praxí často nemá ani polovinu těchto znalostí. Kurz pokrývá mnoho různých témat jednoduchým jazykem. Například: OSI model, zapouzdření, kolize a broadcast domény, loopback, QoS, VPN, NAT, DNS, Wi-Fi a mnoho dalších témat.

Samostatně poznamenám téma IP adresování. Jednoduchým jazykem popisuje, jak provádět převody z desítkové číselné soustavy do dvojkové soustavy a naopak, výpočty podle IP adresy a masky: síťové adresy, broadcast adresy, počet síťových hostitelů, podsítě a další témata související s IP adresováním.

Kurz má dvě verze: placenou a zdarma.