Bezdrátové zařízení podporující režim MIMO. Technologie přenosu dat MIMO v bezdrátových sítích WIFI mimo výhody a nevýhody technologie

Stávající mobilní sítě se používají k více než pouhému volání a odesílání zpráv. Díky metodě digitálního přenosu je přenos dat možný i pomocí stávajících sítí. Tyto technologie jsou v závislosti na úrovni vývoje označovány jako 3G a 4G. Technologie 4G je podporována standardem LTE. Rychlost přenosu dat závisí na některých vlastnostech sítě (určených operátorem), teoreticky dosahuje až 2 Mb/s u 3G sítě a až 1 Gb/s u 4G sítě. Všechny tyto technologie fungují efektivněji, pokud existuje silný a stabilní signál. Pro tyto účely většina modemů umožňuje připojení externích antén.

Panelová anténa

V prodeji najdete různé možnosti antény pro zlepšení kvality příjmu. 3G panelová anténa je velmi oblíbená. Zisk takové antény je asi 12 dB ve frekvenčním rozsahu 1900-2200 MHz. Tento typ zařízení také dokáže zlepšit kvalitu signálu 2G – GPRS a EDGE.

Stejně jako naprostá většina ostatních pasivních zařízení má jednosměrnou směrovost, která spolu s nárůstem přijímaného signálu snižuje míru rušení ze stran a zezadu. I v podmínkách nestabilního příjmu je tedy možné zvýšit úroveň signálu na přijatelné hodnoty, čímž se zvýší rychlost příjmu a přenosu informací.

Aplikace panelových antén pro provoz v sítích 4G

Vzhledem k tomu, že provozní dosah sítí 4G se prakticky shoduje s dosahem předchozí generace, není použití těchto antén v sítích 3G 4G LTE žádné potíže. U kterékoli z technologií umožňuje použití antén přiblížit rychlost přenosu dat maximálním hodnotám.

Nová technologie využívající samostatné přijímače a vysílače ve stejném frekvenčním pásmu umožnila dále zvýšit rychlost příjmu a vysílání dat. Návrh stávajícího 4G modemu zahrnuje použití technologie MIMO.

Nespornou výhodou panelových antén je jejich nízká cena a mimořádná spolehlivost. V designu není prakticky nic, co by se mohlo rozbít i při pádu z velké výšky. Jediným slabým místem je vysokofrekvenční kabel, který se může zlomit v místě vstupu do pouzdra. Aby se prodloužila životnost zařízení, musí být kabel bezpečně upevněn.

Technologie MIMO

Pro zvýšení kapacity komunikačního kanálu mezi přijímačem a vysílačem dat byl vyvinut způsob zpracování signálu, kdy se příjem a vysílání provádí na různých anténách.

Poznámka! Použitím LTE MIMO antén můžete zvýšit propustnost o 20-30% ve srovnání s prací s jednoduchou anténou.

Základním principem je odstranění vazby mezi anténami.

Elektromagnetické vlny mohou mít různé směry vzhledem k rovině Země. Tomu se říká polarizace. Používají se hlavně vertikálně a horizontálně polarizované antény. Pro vyloučení vzájemného ovlivňování se antény od sebe liší polarizací o úhel 90 stupňů. Aby byl vliv zemského povrchu u obou antén stejný, jsou polarizační roviny každé posunuty o 45 stupňů. vzhledem k zemi. Pokud má tedy jedna z antén polarizační úhel 45 stupňů, pak druhá má podle toho 45 stupňů. Vzájemně je posunutí požadovaných 90 stupňů.

Obrázek jasně ukazuje, jak jsou antény rozmístěny vůči sobě navzájem a vůči zemi.

Důležité! Polarizace antén musí být stejná jako u základní stanice.

Pokud je pro 4G LTE technologie standardně dostupná podpora MIMO na základnové stanici, tak u 3G vzhledem k velkému počtu zařízení bez MIMO operátoři se zaváděním nových technologií nikam nespěchají. Faktem je, že zařízení budou v síti MIMO 3G pracovat mnohem pomaleji.

Instalace antén pro modem svépomocí

Pravidla pro instalaci antén se neliší od obvyklých. Hlavní podmínkou je absence překážek mezi klientem a základnovými stanicemi. Rostoucí strom, střecha nedaleké budovy nebo v horším případě elektrické vedení slouží jako spolehlivé štíty pro elektromagnetické vlny. A čím vyšší je frekvence signálu, tím větší bude útlum způsobený překážkami umístěnými v dráze rádiových vln.

V závislosti na typu upevnění mohou být antény instalovány na stěnu budovy nebo namontovány na stožár. Existují dva typy anténMIMO:

monoblok;
rozmístěny.

Monoblokové již obsahují dvě konstrukce uvnitř, instalované s potřebnou polarizací, a distanční se skládají ze dvou antén, které je potřeba namontovat samostatně, každá musí směřovat přesně na základnovou stanici.

Všechny nuance instalace antény MIMO vlastníma rukama jsou jasně a podrobně popsány v doprovodné dokumentaci, ale je lepší nejprve konzultovat s poskytovatelem nebo pozvat zástupce k instalaci, zaplatit ne příliš velkou částku, ale získat jistá záruka za provedenou práci.

Jak vyrobit anténu sami

Při vlastní výrobě nejsou žádné zásadní potíže. Potřebujete dovednosti v práci s kovem, schopnost držet páječku, touhu a přesnost.

Nezbytnou podmínkou je přesné dodržení geometrických rozměrů všech součástí bez výjimky. Geometrické rozměry vysokofrekvenčních zařízení musí být dodrženy s přesností na milimetr nebo přesněji. Jakákoli odchylka vede ke zhoršení výkonu. Zisk klesne a vazba mezi MIMO anténami se zvýší. V konečném důsledku místo posílení signálu dojde k jeho oslabení.

Bohužel přesné geometrické rozměry nejsou běžně dostupné. Materiály dostupné v síti jsou výjimečně založeny na opakování některých továrních návrhů, které nejsou vždy zkopírovány s požadovanou přesností. Proto byste neměli vkládat velké naděje do diagramů, popisů a metod zveřejněných na internetu.

Na druhou stranu, pokud není vyžadován extrémně silný zisk, pak MIMO anténa vyrobená nezávisle, v souladu se stanovenými rozměry, bude stále poskytovat, i když ne velký, pozitivní efekt.

Náklady na materiály jsou nízké a čas potřebný, pokud máte dovednosti, také není příliš vysoký. Navíc vás nikdo neobtěžuje vyzkoušet několik možností a vybrat si tu přijatelnou na základě výsledků testu.

Abyste si mohli vyrobit anténu 4G LTE MIMO vlastníma rukama, potřebujete dva absolutně ploché plechy z pozinkované oceli o tloušťce 0,2-0,5 mm, nebo ještě lépe, jednostrannou fólii ze sklolaminátu. Jeden z plechů bude použit pro výrobu reflektoru (reflektoru) a druhý pro výrobu aktivních prvků. Kabel pro připojení k modemu musí mít odpor 50 Ohmů (to je standard pro modemové vybavení).

TV kabel nelze použít ze dvou důvodů:

Odpor 75 ohmů způsobí nesoulad se vstupy modemu;
velká tloušťka.

Je také nutné vybrat konektory, které musí přesně odpovídat konektorům na modemu.

Důležité! Specifikovaná vzdálenost mezi aktivními prvky a reflektorem musí být měřena od vrstvy fólie, pokud je použit fóliový materiál.

Kromě toho budete potřebovat malý kousek měděného drátu o tloušťce 1-1,2 mm.

Vyrobená konstrukce musí být umístěna v plastovém pouzdře. Kov nelze použít, protože tímto způsobem bude anténa uzavřena v elektromagnetickém stínění a nebude fungovat.

Poznámka! Většina výkresů neodkazuje na MIMO antény, ale na panelové antény. Externě se liší tím, že jeden kabel je dodáván k jednoduché panelové anténě a dva jsou potřeba pro MIMO.

Vytvořením dvou panelových antén můžete získat diverzitní verzi DIY MIMO 4G antény.

Abychom to shrnuli, můžeme říci, že vyrobit MIMO anténu vlastníma rukama není příliš obtížný úkol. S náležitou péčí je docela možné získat funkční zařízení a ušetřit nějaké peníze. Je poněkud jednodušší vyrobit si 3G anténu sami. V odlehlých oblastech, kde zatím není pokrytí LTE, to může být jediná možnost, jak zlepšit rychlost připojení.

Video

Technologie založená na standardu WiFi IEEE 802.11n.

Wi-Life poskytuje stručný přehled technologie WiFi IEEE 802.11n .
Rozšířené informace k našemu video publikace.

První generace zařízení podporujících standard WiFi 802.11n se objevil na trhu před několika lety. Technologie MIMO ( MIMO - vícenásobný vstup / vícenásobný výstup -vícenásobný vstup/vícenásobný výstup) je jádrem 802.11n. Jedná se o rádiový systém s více samostatnými přenosovými a přijímacími cestami. MIMO systémy jsou popsány pomocí počtu vysílačů a přijímačů. Standard WiFi 802.11n definuje sadu možných kombinací od 1x1 do 4x4.

V typickém případě nasazení Wi-Fi sítě v uzavřených prostorách, například v kanceláři, dílně, hangáru, nemocnici, se rádiový signál jen zřídka pohybuje po nejkratší cestě mezi vysílačem a přijímačem kvůli stěnám, dveřím a jiným překážkám. Většina takových prostředí má mnoho různých povrchů, které odrážejí rádiový signál (elektromagnetické vlny), jako zrcadlo odráží světlo. Po odrazu se vytvoří více kopií původního signálu WiFi. Když více kopií signálu WiFi cestuje po různých cestách od vysílače k přijímači, signál, který se vydá nejkratší cestou, bude první a další kopie (nebo odražená ozvěna signálu) dorazí o něco později kvůli delšímu cesty. Tomu se říká vícecestné šíření signálu (multipath). Podmínky pro vícenásobné šíření se neustále mění, protože... Wi-Fi zařízení se často pohybují (chytrý telefon s Wi-Fi v rukou uživatele), různé předměty se pohybují a vytvářejí rušení (lidé, auta atd.). Pokud signály přicházejí v různých časech a pod různými úhly, může to způsobit zkreslení a možný útlum signálu.

Je důležité si uvědomit, že WiFi 802.11 n s podporou MIMO a velký počet přijímačů může snížit vícecestné efekty a destruktivní rušení, ale v každém případě je lepší omezit vícecestné podmínky, kdekoli a kdykoli je to možné. Jedním z nejdůležitějších bodů je držet antény co nejdále od kovových předmětů (především všesměrové antény WiFi, které mají kruhový nebo všesměrový vyzařovací diagram).

Nezbytné jasně pochopit, že ne všichni klienti Wi-Fi a přístupové body WiFi jsou z hlediska MIMO stejné.
Existují klienti 1x1, 2x1, 3x3 atd. Například mobilní zařízení, jako jsou chytré telefony, nejčastěji podporují MIMO 1x 1, někdy 1x 2. Důvodem jsou dva klíčové problémy:
1. potřeba zajistit nízkou spotřebu energie a dlouhou životnost baterie,
2. potíže s uspořádáním několika antén s dostatečným rozestupem v malém balení.
Totéž platí pro ostatní mobilní zařízení: tablety, PDA atd.

Špičkové notebooky již poměrně často podporují MIMO až 3x3 (MacBook Pro atd.).

Pojďme Podívejme se na hlavní typy MIMO v sítích WiFi.
Podrobnosti o počtu vysílačů a přijímačů zatím vynecháme. Je důležité pochopit princip.

První typ: Rozmanitost při příjmu signálu na zařízení WiFi

Pokud jsou v přijímacím bodě alespoň dva spojené přijímače s anténní diverzitou,
pak je docela možné analyzovat všechny kopie na každém přijímači a vybrat ty nejlepší signály.
Dále lze s těmito signály provádět různé manipulace, ale nás zajímá především
možnost jejich kombinace pomocí technologie MRC (Maximum Ratio Combined). Technologie MRC bude podrobněji diskutována níže.

Druhý typ: Rozmanitost při odesílání signálu do zařízení WiFi

Pokud jsou v odesílacím bodě alespoň dva připojené WiFi vysílače s oddělenými anténami, pak je možné posílat skupinu identických signálů, aby se zvýšil počet kopií informací, zvýšila spolehlivost přenosu a snížila se potřeba znovu posílat data v rádiový kanál v případě ztráty.

Třetí typ: Prostorové multiplexování signálů na WiFi zařízení
(kombinace signálů)

Pokud jsou na odesílacím a přijímacím místě alespoň dva připojené WiFi vysílače s oddělenými anténami, pak je možné posílat sadu různých informací přes různé signály, aby se vytvořila možnost virtuálně kombinovat takové informační toky do jednoho. datový přenosový kanál, jehož celková propustnost se blíží součtu jednotlivých toků, z nichž se skládá. Toto se nazývá prostorový multiplex. Zde je ale nesmírně důležité zajistit možnost kvalitního oddělení všech zdrojových signálů, což vyžaduje velký SNR - poměr signál/šum.

Technologie MRC (maximální poměr dohromady ) se používá v mnoha moderních přístupových bodech Wi-Fi firemní třída.
M.R.C. zaměřené na zvýšení úrovně signálu ve směru od Wi-Fi klienta k přístupovému bodu WiFi 802.11.
Pracovní algoritmus M.R.C. zahrnuje sběr všech přímých a odražených signálů na několika anténách a přijímačích během vícecestného šíření. Další je speciální procesor ( DSP ) vybere nejlepší signál z každého přijímače a provede kombinaci. Ve skutečnosti matematické zpracování implementuje virtuální fázový posun k vytvoření pozitivní interference s přidávanými signály. Výsledný celkový signál má tedy výrazně lepší vlastnosti než všechny původní.

M.R.C. umožňuje poskytovat výrazně lepší provozní podmínky pro mobilní zařízení s nízkou spotřebou ve standardní síti Wi-Fi .

Na systémech WiFi 802.11n Výhody vícecestného šíření se využívají k přenosu více rádiových signálů současně. Každý z těchto signálů, tzv. prostorové toky“, je vysílán ze samostatné antény pomocí samostatného vysílače. Protože mezi anténami je určitá vzdálenost, každý signál sleduje mírně odlišnou cestu k přijímači. Tento efekt se nazývá " prostorová rozmanitost" Přijímač je dále vybaven několika anténami s vlastními samostatnými rádiovými moduly, které nezávisle dekódují příchozí signály a každý signál je kombinován se signály z jiných přijímacích rádiových modulů. Výsledkem je příjem několika datových toků současně. To poskytuje výrazně vyšší propustnost než předchozí 802.11 WiFi systémy, ale také vyžaduje klienta s podporou 802.11n.

Nyní se pojďme ponořit trochu hlouběji do tohoto tématu:
V zařízeních WiFi s MIMO je možné rozdělit celý příchozí informační tok do několika různých datových toků pomocí prostorového multiplexování pro jejich následné odeslání. K odesílání různých toků na stejném frekvenčním kanálu se používá více vysílačů a antén. Jedním ze způsobů, jak si to představit, je přenos nějaké textové fráze tak, že první slovo je odesláno přes jeden vysílač, druhé přes jiný vysílač atd.
Přijímací strana musí přirozeně podporovat stejnou funkcionalitu (MIMO), aby plně izolovala různé signály, znovu je sestavila a spojila pomocí opět prostorového multiplexování. Získáme tak možnost obnovit původní tok informací. Prezentovaná technologie umožňuje rozdělit velký datový tok na sadu menších toků a přenášet je odděleně od sebe. Obecně to umožňuje efektivněji využívat rádiové prostředí a konkrétně frekvence přidělené pro Wi-Fi.

Technologie WiFi 802.11n také definuje, jak lze MIMO použít ke zlepšení SNR v přijímači pomocí přenosového paprsku. Touto technikou je možné řídit proces odesílání signálů z každé antény tak, aby se zlepšily parametry přijímaného signálu na přijímači. Jinými slovy, kromě odesílání více datových toků lze použít více vysílačů pro dosažení vyššího SNR v přijímacím bodě a v důsledku toho vyšší datové rychlosti u klienta.
Je třeba poznamenat následující věci:
1. Postup formování vysílacího paprsku definovaný ve standardu Wi-Fi 802.11n vyžaduje spolupráci s přijímačem (ve skutečnosti s klientským zařízením) pro příjem zpětné vazby o stavu signálu v přijímači. Zde je nutné mít podporu pro tuto funkcionalitu na obou stranách kanálu - jak na vysílači, tak na přijímači.
2. Vzhledem ke složitosti tohoto postupu nebylo u první generace čipů 802.11n podporováno vysílání beamforming jak na straně terminálu, tak na straně přístupového bodu. Tuto funkcionalitu v současnosti nepodporuje ani většina stávajících čipů pro klientská zařízení.
3. Existují řešení pro budování sítí Wi-Fi , které umožňují plně ovládat vyzařovací diagram na přístupových bodech bez nutnosti přijímat zpětnou vazbu od klientských zařízení.

Chcete-li dostávat oznámení, když jsou vydány nové tematické články nebo se na webu objeví nové materiály, nabízíme.

Přidejte se k naší skupině

27.08.2015

O technologii už jistě mnozí slyšeli MIMO, v posledních letech je často plná reklamních brožur a plakátů, zejména v počítačových prodejnách a časopisech. Ale co je MIMO (MIMO) a čím se jí? Pojďme se na to blíže podívat.

Technologie MIMO

MIMO (Multiple Input Multiple Output; více vstupů, více výstupů) je metoda prostorového kódování signálu, která umožňuje zvětšit šířku pásma kanálu, kdy se pro přenos dat používají dvě nebo více antén a pro příjem stejný počet antén. Vysílací a přijímací anténa jsou rozmístěny tak, aby bylo dosaženo minimálního vzájemného ovlivňování mezi sousedními anténami. Technologie MIMO se používá v bezdrátové komunikaci Wi-Fi, WiMAX, LTE pro zvýšení kapacity a efektivnější využití frekvenčního pásma. MIMO ve skutečnosti umožňuje přenášet více dat v jednom frekvenčním rozsahu a daném frekvenčním koridoru, tzn. zvýšit rychlost. Toho je dosaženo použitím několika vysílacích a přijímacích antén.

Historie MIMO

Technologie MIMO lze považovat za poměrně nedávný vývoj. Jeho historie začíná v roce 1984, kdy byl zaregistrován první patent na použití této technologie. Počáteční vývoj a výzkum probíhal ve firmě Bellovy laboratoře, a v roce 1996 spol Airgo Networks První čipová sada MIMO byla vydána tzv Skutečné MIMO. Technologie MIMO zaznamenala největší rozvoj na začátku 21. století, kdy se začaly rychlým tempem rozvíjet bezdrátové sítě Wi-Fi a mobilní sítě 3G. A nyní je technologie MIMO široce používána v sítích 4G LTE a Wi-Fi 802.11b/g/ac.

Co poskytuje technologie MIMO?

Pro koncového uživatele poskytuje MIMO výrazné zvýšení rychlosti přenosu dat. V závislosti na konfiguraci zařízení a počtu použitých antén můžete získat dvojnásobné, trojnásobné nebo až osminásobné zvýšení rychlosti. Bezdrátové sítě obvykle používají stejný počet vysílacích a přijímacích antén, což je zapsáno například jako 2x2 nebo 3x3. Tito. pokud vidíme záznam MIMO 2x2, znamená to, že dvě antény vysílají signál a dvě přijímají. Například ve standardu Wi-Fi jeden 20 MHz široký kanál poskytuje propustnost 866 Mbps, zatímco konfigurace 8x8 MIMO kombinuje 8 kanálů, což dává maximální rychlost asi 7 Gbps. Totéž platí pro LTE MIMO - potenciální zvýšení rychlosti několikanásobně. Chcete-li plně využívat MIMO v sítích LTE, potřebujete , protože Vestavěné antény zpravidla nejsou dostatečně rozmístěny a poskytují malý účinek. A samozřejmě nesmí chybět podpora MIMO ze základnové stanice.

Anténa LTE s podporou MIMO vysílá a přijímá signály v horizontální a vertikální rovině. Tomu se říká polarizace. Charakteristickým rysem MIMO antén je přítomnost dvou anténních konektorů, a tedy použití dvou vodičů pro připojení k modemu/routeru.

Navzdory skutečnosti, že mnozí a ne bezdůvodně říkají, že MIMO anténa pro sítě 4G LTE jsou ve skutečnosti dvě antény v jedné, neměli byste si myslet, že použití takové antény zdvojnásobí rychlost. Může tomu tak být pouze teoreticky, ale v praxi rozdíl mezi konvenční a MIMO anténou v 4G LTE síti nepřesahuje 20-25%. Důležitější však v tomto případě bude stabilní signál, který může MIMO anténa poskytnout.

WiFi je ochranná známka pro bezdrátové sítě založené na standardu IEEE 802.11. V každodenním životě uživatelé bezdrátových sítí používají termín „technologie WiFi“, což neznamená název značky, ale standard IEEE 802.11.

Technologie WiFi umožňuje nasadit síť bez pokládání kabelů, čímž snižuje náklady na nasazení sítě. Díky bezdrátové síti lze obsluhovat oblasti, kde nelze položit kabel, například venku a v budovách s historickou hodnotou.
Na rozdíl od všeobecného přesvědčení, že WiFi je „škodlivé“, vyzařování z WiFi zařízení během přenosu dat je o dva řády (100krát) menší než u mobilního telefonu.

MIMO - (anglicky: Multiple Input Multiple Output) - technologie přenosu dat založená na využití prostorového multiplexování za účelem současného přenosu několika informačních toků jedním kanálem a také vícecestného odrazu, který zajišťuje dodání každého bitu informace příslušnému příjemci s nízkou pravděpodobností rušení a ztráty dat.

Řešení problému zvýšení propustnosti

S intenzivním rozvojem některých špičkových technologií rostou požadavky na jiné. Tento princip přímo ovlivňuje komunikační systémy. Jedním z nejpalčivějších problémů moderních komunikačních systémů je potřeba zvýšit propustnost a rychlost přenosu dat. Existují dva tradiční způsoby zvýšení kapacity: rozšíření frekvenčního pásma a zvýšení vyzařovaného výkonu.
Ale kvůli požadavkům na biologickou a elektromagnetickou kompatibilitu jsou kladena omezení na zvyšování vyzařovaného výkonu a rozšiřování frekvenčního pásma. S takovými omezeními nás problém nedostatečné šířky pásma a rychlosti přenosu dat nutí hledat nové účinné metody, jak jej vyřešit. Jednou z nejúčinnějších metod je použití adaptivních anténních polí se slabě korelovanými anténními prvky. Technologie MIMO je založena na tomto principu. Komunikační systémy využívající tuto technologii se nazývají systémy MIMO (Multiple Input Multiple Output).

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 uživatelskému 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.

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?

MIMO(Multiple Input Multiple Output - multiple input multiple output) je technologie používaná v bezdrátových komunikačních systémech (WIFI, celulární 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 služeb jako VoIP (), VoD () atd. Většina bezdrátových technologií však neumožňuje poskytovat účastníkům vysoce kvalitní služby na okraji oblasti pokrytí. V celulárních a jiných bezdrátových komunikačních systémech kvalita připojení, stejně jako dostupná rychlost přenosu dat, rychle klesá se vzdáleností od (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 technologie MIMO, je nutné zvážit ty obecné 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 cesty různé dráhy.

V hustém městském prostředí díky velkému množství překážek jako jsou budovy, stromy, auta atd. velmi často nastává situace, kdy není přímá viditelnost mezi 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. To vyvolává problém - jeden z nejvýznamnějších problémů v systémech bezdrátové komunikace.

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 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 předběžný přenos 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 - ve směru z BTS do MS, vysílá základnová stanice současně signály 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 nebo aplikace 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 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: hlasová spojení. 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 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. 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 nebyl 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.

WiFi je ochranná známka pro bezdrátové sítě založené na standardu IEEE 802.11. V každodenním životě uživatelé bezdrátových sítí používají termín „technologie WiFi“, což znamená neobchodní...

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.