Traadita seadmed, mis toetavad MIMO-režiimi. Mis on MIMO antenn? Mimo, mis võimaldab teil probleeme vältida

MIMO (Multiple Input Multiple Output, multi-channel input - multi-channel output) on meetod mitme raadioantenni koordineeritud kasutamiseks traadita võrgusides, mis on levinud tänapäevastes kodustes lairiba ruuterites ning LTE ja WiMAX mobiilsidevõrkudes.

Kuidas see töötab?

MIMO-tehnoloogiaga WiFi-ruuterid kasutavad samu võrguprotokolle nagu tavalised ühe lingiga ruuterid. Need pakuvad suuremat jõudlust, parandades traadita ühenduse kaudu andmete edastamise ja vastuvõtmise tõhusust. Eelkõige on klientide ja ruuteri vaheline võrguliiklus korraldatud eraldi paralleelselt edastatavateks voogudeks, mille järgnev taastab vastuvõttev seade.

MIMO-tehnoloogia võib suurendada edastusvõimsust, ulatust ja töökindlust, kui on suur oht, et teised traadita seadmed võivad tekitada häireid.

Rakendus Wi-Fi võrkudes

MIMO-tehnoloogia on standardis sisaldunud alates versioonist 802.11n. Selle kasutamine parandab võrguühenduste jõudlust ja kättesaadavust võrreldes tavaliste ruuteritega.

Antennide arv võib olla erinev. Näiteks MIMO 2x2 pakub kahte antenni ja kahte saatjat, mis on võimelised vastu võtma ja edastama kahel kanalil.

Selle tehnoloogia ärakasutamiseks ja selle eeliste realiseerimiseks peavad klientseade ja ruuter looma omavahel MIMO-ühenduse. Kasutatava varustuse dokumentatsioonis tuleks näidata, kas see seda funktsiooni toetab. Ei ole muud lihtsat viisi kontrollida, kas võrguühendus seda tehnoloogiat kasutab.

SU-MIMO ja MU-MIMO

Esimese põlvkonna tehnoloogia, mis võeti kasutusele 802.11n standardis, toetas ühe kasutaja (SU) meetodit. Võrreldes traditsiooniliste lahendustega, kus kõik ruuteri antennid peavad olema koordineeritud, et suhelda ühe kliendiseadmega, võimaldab SU-MIMO iga antenni jaotada erinevate seadmete vahel.

Mitme kasutaja (MU) MIMO tehnoloogia loodi kasutamiseks 802.11ac Wi-Fi võrkudes sagedusel 5 GHz. Kui eelmine standard nõudis ruuterite kliendiühenduste haldamist ükshaaval (ükshaaval), siis MU-MIMO antennid saavad paralleelselt suhelda mitme kliendiga. parandab ühenduse jõudlust. Isegi kui 802.11ac ruuteril on MIMO-tehnoloogia jaoks vajalik riistvaratugi, on ka muid piiranguid.

• toetab piiratud arvu üheaegseid kliendiühendusi (2-4) olenevalt antenni konfiguratsioonist;
• antenni koordineerimine toimub ainult ühes suunas - ruuterist kliendini.

MIMO ja Cellular

Tehnoloogiat kasutatakse erinevat tüüpi traadita võrkudes. See leiab üha enam rakendust mobiilsides (4G ja 5G) mitmel kujul:

• Võrk MIMO - koordineeritud signaaliedastus tugijaamade vahel;
• Massiivne MIMO - suure hulga (sadade) antennide kasutamine;
• millimeetrilained – ülikõrgete sagedusribade kasutamine, mille läbilaskevõime on suurem kui 3G ja 4G jaoks litsentsitud ribadel.

Mitme kasutajaga tehnoloogia

Et mõista, kuidas MU-MIMO töötab, peame vaatama, kuidas traditsiooniline traadita ruuter töötleb andmepakette. See teeb head tööd andmete saatmisel ja vastuvõtmisel, kuid ainult ühes suunas. Teisisõnu saab see korraga suhelda ainult ühe seadmega. Näiteks kui videot laaditakse alla, ei saa te samaaegselt konsooli võrguvideomängu voogesitada.

Kasutaja saab Wi-Fi võrgus käitada mitut seadet ja ruuter saadab neile väga kiiresti kordamööda andmeid. Samas saab see korraga juurde pääseda ainult ühele seadmele, mis on liiga väikese WiFi ribalaiuse puhul halva ühenduse kvaliteedi peamiseks põhjuseks.

Kuna see töötab, tõmbab see endale vähe tähelepanu. Siiski saab parandada ruuteri efektiivsust, mis edastab andmeid korraga mitmele seadmele. Samal ajal töötab see kiiremini ja pakub huvitavamaid võrgukonfiguratsioone. Seetõttu tekkisid sellised arengud nagu MU-MIMO, mis lõpuks kaasati kaasaegsetesse traadita ühenduse standarditesse. Need arendused võimaldavad täiustatud ruuteritel suhelda korraga mitme seadmega.

Lühiajalugu: SU vs MU

Ühe kasutaja ja mitme kasutaja MIMO on erinevad viisid, kuidas ruuterid suhtlevad mitme seadmega. Esimene on vanem. SU standard võimaldas andmete saatmist ja vastuvõtmist korraga mitme voo kaudu, olenevalt saadaolevast antennide arvust, millest igaüks võiks töötada erinevate seadmetega. SU lisati 2007. aasta värskendusse 802.11n ja seda on hakatud järk-järgult kasutusele võtma uutes tootesarjades.

Kuid SU-MIMO-l olid lisaks antenninõuetele ka piirangud. Ehkki ühendatud võib olla mitu seadet, on neil ikkagi tegemist ruuteriga, mis suudab korraga hakkama saada ainult ühega. Andmeedastuskiirus on suurenenud ja häired on muutunud vähem probleemiks, kuid arenguruumi on veel palju.

MU-MIMO on standard, mis arenes välja SU-MIMO-st ja SDMA-st (Space Division Multiple Access). Tehnoloogia võimaldab tugijaamal suhelda mitme seadmega, kasutades igaühe jaoks eraldi voogu, nagu oleks neil kõigil oma ruuter.

MU-tugi lisati lõpuks 802.11ac standardi värskenduses aastal 2013. Pärast mitmeaastast arendustööd hakkasid tootjad seda funktsiooni oma toodetesse lisama.

MU-MIMO eelised

See on põnev tehnoloogia, kuna sellel on märgatav mõju igapäevasele WiFi-kasutusele, muutmata otseselt ribalaiust või muid olulisi traadita ühenduse parameetreid. Võrgud muutuvad palju tõhusamaks.

Et tagada stabiilne ühendus sülearvuti, telefoni, tahvelarvuti või arvutiga, ei nõua standard ruuteril mitme antenni olemasolu. Iga selline seade ei pruugi oma MIMO-kanalit teistega jagada. See on eriti märgatav videote voogesituse või muude keerukate ülesannete täitmisel. Interneti kiirused on subjektiivselt kiiremad ja ühendus töökindlam, kuigi tegelikkuses muutub võrgustumine targemaks. Samuti suureneb samaaegselt hooldatavate seadmete arv.

MU-MIMO piirangud

Mitme kasutaja mitme juurdepääsu tehnoloogial on ka mitmeid mainimist väärivaid piiranguid. Praegused standardid toetavad 4 seadet, kuid võimaldavad teil neid rohkem lisada ja nad peavad voogu jagama, mis toob tagasi SU-MIMO probleemid. Seda tehnoloogiat kasutatakse peamiselt allalinkides ja see on üleslingide osas piiratud. Lisaks peab MU-MIMO ruuteril olema rohkem seadme ja lingi olekuteavet kui varasemad standardid nõuavad. See muudab traadita võrkude haldamise ja tõrkeotsingu keerulisemaks.

MU-MIMO on ka suunatehnoloogia. See tähendab, et 2 kõrvuti asetsevat seadet ei saa korraga kasutada erinevaid kanaleid. Näiteks kui abikaasa vaatab telerist võrguülekannet ja tema naine on läheduses ja voogesitab oma Vitale Remote Play kaudu PS4 mängu, peavad nad ikkagi ribalaiust jagama. Ruuter suudab pakkuda ainult diskreetseid vooge seadmetele, mis asuvad eri suundades.

Massiivne MIMO

Liikudes viienda põlvkonna (5G) traadita võrkude poole, on nutitelefonide ja uute rakenduste kasv kaasa toonud nende vajaliku ribalaiuse 100-kordse kasvu võrreldes LTE-ga. Viimastel aastatel palju tähelepanu pälvinud uus Massive MIMO tehnoloogia on mõeldud telekommunikatsioonivõrkude efektiivsuse oluliseks tõstmiseks enneolematule tasemele. Arvestades olemasolevate ressursside nappust ja kõrget hinda, meelitab operaatoreid võimalus suurendada võimsust alla 6 GHz sagedusaladel.

Vaatamata märkimisväärsele edule pole Massive MIMO kaugeltki täiuslik. Tehnoloogiat uuritakse jätkuvalt aktiivselt nii akadeemilistes ringkondades kui ka tööstuses, kus insenerid püüavad saavutada teoreetilisi tulemusi äriliselt vastuvõetavate lahendustega.

Massiivne MIMO võib aidata lahendada kahte peamist probleemi – läbilaskevõime ja katvus. Mobiilsideoperaatorite jaoks on sagedusvahemik endiselt napp ja suhteliselt kulukas ressurss, kuid see on signaali edastamise kiiruse suurendamise võtmetingimus. Linnades sõltub tugijaamade vahekaugus pigem võimsusest kui katvusest, mis nõuab suure hulga tugijaamade kasutuselevõttu ja toob kaasa lisakulusid. Massiivne MIMO võimaldab suurendada olemasoleva võrgu võimsust. Piirkondades, kus tugijaamade kasutuselevõtt on katvusepõhine, võib tehnoloogia laiendada tugijaamade ulatust.

Kontseptsioon

Massiivne MIMO muudab põhjalikult senist praktikat, kasutades väga suurt hulka koherentselt ja adaptiivselt toimivaid 4G teenuseantenne (sadu või tuhandeid). See aitab suunata signaalienergia edastamist ja vastuvõtmist väiksematele ruumipiirkondadele, parandades oluliselt jõudlust ja energiatõhusust, eriti kui see on kombineeritud suure hulga kasutajaterminalide (kümnete või sadade) samaaegse ajakavaga. Meetod oli algselt ette nähtud aegjaotatud dupleks (TDD) edastamiseks, kuid seda võiks potentsiaalselt kasutada ka sagedusjaotusega dupleksrežiimis (PDD).

MIMO tehnoloogia: eelised ja puudused

Meetodi eelisteks on odavate väikese võimsusega komponentide laialdane kasutamine, vähenenud latentsusaeg, lihtsustatud juurdepääsukontrolli (MAC) kiht ning vastupidavus juhuslikele ja tahtlikele häiretele. Eeldatav läbilaskevõime sõltub levikeskkonnast, mis pakub klemmidele asümptootiliselt ortogonaalseid linke, ja katsed ei ole seni näidanud selles osas mingeid piiranguid.

Kuid koos paljude probleemide kõrvaldamisega ilmnevad uued, mis nõuavad kiiret lahendust. Näiteks peavad MIMO-süsteemid võimaldama mitmel odaval ja madala täpsusega komponendil tõhusalt koos töötada, koguda kanali olekuandmeid ja eraldada ressursse äsja ühendatud terminalidele. Samuti on vaja ära kasutada üleliigsete teenindusantennide pakutavaid täiendavaid vabadusastmeid, vähendada sisemist energiatarbimist üldise energiatõhususe saavutamiseks ja leida uusi kasutuselevõtu stsenaariume.

MIMO rakendustesse kaasatud 4G antennide kasvav arv nõuab tavaliselt iga tugijaama külastamist konfiguratsiooni ja juhtmestiku muutmiseks. LTE-võrkude esialgne kasutuselevõtt nõudis uute seadmete paigaldamist. See võimaldas toota algse LTE standardi 2x2 MIMO konfiguratsiooni. Täiendavaid muudatusi tugijaamades tehakse ainult äärmuslikel juhtudel ja kõrgema järgu juurutused sõltuvad töökeskkonnast. Teine probleem on see, et MIMO-operatsioon põhjustab täiesti erinevat võrgukäitumist kui varasemad süsteemid, mis tekitab teatud ajakava ebakindlust. Seetõttu kipuvad operaatorid esmalt kasutama muid arendusi, eriti kui neid saab juurutada tarkvarauuenduse kaudu.

Mitmekasutaja MIMO on 802.11ac standardi lahutamatu osa. Kuid siiani pole olnud ühtegi seadet, mis seda uut tüüpi mitme antenni tehnoloogiat toetaks. Eelmise põlvkonna 802.11ac WLAN-ruuterid määrati Wave 1 seadmeteks. Ainult Wave 2 puhul on kasutusele võetud mitme kasutaja MIMO (MU-MIMO) tehnoloogia ja see teine ​​seadmete laine juhib.

■ jah □ ei

Kuna mitme kasutajaga MIMO edastab signaali samaaegselt mitmele seadmele, laiendatakse edastusprotokolli vastavalt andmeploki päiste osas: ühe kliendi jaoks mitme ruumiliselt eraldatud voo edastamise asemel jaotab mitme kasutajaga MIMO edastuse igale kasutajale eraldi. samuti kodeering. Sagedusribade jaotus ja kodeerimine jäävad samaks.

Üks kasutaja Kui neli seadet jagavad sama WLAN-i, edastab 4x4:4 MIMO konfiguratsiooniga ruuter neli ruumiandmevoogu, kuid alati ainult samasse seadmesse. Seadmeid ja vidinaid hooldatakse vaheldumisi. Multi User Multi User MIMO toega ei moodustata WLAN-ruuteri ressurssidele juurdepääsu ootavate seadmete järjekordi. Sülearvuti, tahvelarvuti, telefon ja teler on varustatud andmetega üheaegselt.

WLAN-võrk on nagu tiheda liiklusega kiirtee: olenevalt kellaajast on selle liiklusega ühendatud lisaks personaal- ja sülearvutitele tahvelarvutid, nutitelefonid, telerid ja mängukonsoolid. Keskmises leibkonnas on WLAN-i kaudu internetti ühendatud üle viie seadme ja nende arv kasvab pidevalt. IEEE 802.11b põhistandardi raames pakutava kiirusega 11 Mbps nõuab veebis surfamine ja andmete allalaadimine palju kannatlikkust, kuna ruuterit saab korraga ühendada ainult ühe seadmega. Kui raadiosidet kasutavad korraga kolm seadet, siis iga klient saab vaid kolmandiku sideseansi kestusest ning kaks kolmandikku ajast kulub ootamisele. Kuigi uusimat IEEE 802.11ac standardit kasutavad WLAN-id pakuvad andmeedastuskiirust kuni 1 Gbps, kannatavad nad ka järjekorra tõttu kiiruse halvenemise all. Kuid järgmise põlvkonna seadmed (802.11ac Wave 2) lubavad mitme aktiivse seadmega raadiovõrkude jaoks suuremat jõudlust.

Uuenduste olemuse paremaks mõistmiseks tuleks esmalt meeles pidada, millised muutused on lähiminevikus WLAN-võrkudega toimunud. Üks tõhusamaid meetodeid andmeedastuskiiruste suurendamiseks, alustades IEEE 802.1In standardist, on MIMO (Multiple Input Multiple Output) tehnoloogia. See hõlmab mitme raadioantenni kasutamist andmevoogude paralleelseks edastamiseks. Kui näiteks WLAN-i kaudu edastatakse ühte videofaili ja kasutatakse kolme antenniga MIMO-ruuterit, siis ideaalis saadab iga saateseade (vastuvõtja kolme antenniga) kolmandiku failist.

Kulud suurenevad iga antenniga

IEEE 802.11n standardis ulatub iga üksiku voo maksimaalne andmeedastuskiirus koos teenuseteabega 150 Mbit/s. Nelja antenniga seadmed on seega võimelised edastama andmeid kiirusega kuni 600 Mbit/s. Praegune IEEE 802.11ac standard ulatub teoreetiliselt ligikaudu 6900 Mbps-ni. Lisaks laiadele raadiokanalitele ja täiustatud modulatsioonile näeb uus standard ette kuni kaheksa MIMO voo kasutamist.

Kuid ainuüksi antennide arvu suurendamine ei taga andmeedastuse mitmekordset kiirendust. Vastupidi, nelja antenniga suureneb oluliselt teenindusandmete hulk ning kallineb ka raadiosignaalide kokkupõrgete tuvastamise protsess. Et rohkemate antennide kasutamine oleks kasulik, täiustatakse MIMO-tehnoloogiat jätkuvalt. Eristamise huvides on õigem nimetada vana MIMO ühe kasutaja MIMO (Single User MIMO). Kuigi see tagab mitme ruumilise voo samaaegse edastamise, nagu varem mainitud, kuid alati ainult ühele aadressile. See puudus on nüüd mitme kasutaja MIMO abil kõrvaldatud. Selle tehnoloogia abil saavad WLAN-ruuterid signaali samaaegselt edastada neljale kliendile. Kaheksa antenniga seade võiks näiteks kasutada nelja sülearvuti toiteks ja paralleelselt kasutada kahte teist – tahvelarvutit ja nutitelefoni.

MIMO – täpne suunasignaal

Selleks, et ruuter edastaks WLAN-i pakette korraga erinevatele klientidele, vajab ta teavet klientide asukoha kohta. Selleks saadetakse ennekõike testpakette igas suunas. Kliendid vastavad neile pakettidele ja tugijaam salvestab signaali tugevuse andmed. Beamforming tehnoloogia on MU MIMO üks olulisemaid abivahendeid. Kuigi seda juba toetab standard IEEE 802.11n, on seda IEEE 802.11ac täiustatud. Selle olemus seisneb raadiosignaali klientidele saatmise optimaalse suuna määramises. Tugijaam määrab iga raadiosignaali jaoks spetsiaalselt saateantenni optimaalse suuna. Mitme kasutaja režiimi puhul on optimaalse signaalitee leidmine eriti oluline, sest vaid ühe kliendi asukoha muutmine võib muuta kõiki edastusteed ja häirida kogu WLAN võrgu läbilaskevõimet. Seetõttu analüüsitakse kanalit iga 10 ms järel.

Võrdluseks, ühe kasutaja MIMO analüüsib ainult iga 100 ms järel. Mitme kasutajaga MIMO saab korraga teenindada nelja klienti, kusjuures iga klient saab paralleelselt kuni neli andmevoogu, kokku 16 voogu. See mitme kasutajaga MIMO nõuab uusi WLAN-ruutereid, kuna vajadus arvutusvõimsuse järele suureneb.

Üks suuremaid probleeme mitme kasutajaga MIMO puhul on häired klientide vahel. Kuigi sageli mõõdetakse kanalite ülekoormust, ei piisa sellest. Vajadusel eelistatakse mõnda raami, teistest, vastupidi, peetakse kinni. Selleks kasutab 802.11ac erinevaid järjekordi, mis töötlevad olenevalt andmepaketi tüübist erineva kiirusega, eelistades näiteks videopakette.

Me elame digirevolutsiooni ajastul, kallis anonüümne. Enne kui jõuame mõne uue tehnoloogiaga harjuda, pakutakse meile juba igalt poolt veelgi uuemat ja arenenumat. Ja samal ajal kui me vaevleme mõtetes, kas see tehnoloogia aitab meil tõesti kiiremat internetti hankida või hakatakse meid jälle lihtsalt raha otsima, arendavad disainerid praegu veelgi uuemat tehnoloogiat, mida hakatakse meile pakkuma praeguse tehnoloogia asemel. sõna otseses mõttes 2 aastat. See kehtib ka MIMO antennitehnoloogia kohta.

Mis tüüpi tehnoloogia on MIMO? Mitu sisendit Mitu väljundit – mitme sisendiga mitu väljundit. Esiteks on MIMO tehnoloogia terviklik lahendus ja puudutab enamat kui ainult antenne. Selle fakti paremaks mõistmiseks tasub teha väike ekskursioon mobiilside arengu ajalukku. Arendajate ees seisab ülesanne edastada ajaühikus suurem hulk infot, s.t. kiirust suurendada. Analoogiliselt veevarustusega - tarnige kasutajale suurem kogus vett ajaühiku kohta. Seda saame teha "toru läbimõõdu" suurendamisega või analoogia põhjal sidesagedusriba laiendamisega. Algselt oli GSM-standard kohandatud kõneliikluse jaoks ja selle kanali laius oli 0,2 MHz. Sellest piisas täiesti. Lisaks on probleem mitme kasutaja juurdepääsu tagamisel. Seda saab lahendada, jagades abonendid sageduse (FDMA) või aja järgi (TDMA). GSM kasutab mõlemat meetodit samaaegselt. Selle tulemusena on meil tasakaal võrgu maksimaalse võimaliku abonentide arvu ja kõneliikluse minimaalse võimaliku ribalaiuse vahel. Mobiilse interneti arenedes on sellest miinimumsagedusest saanud takistusriba kiiruse suurendamisel. Kaks GSM-platvormil põhinevat tehnoloogiat – GPRS ja EDGE – on saavutanud maksimaalse kiiruse 384 kBit/s. Kiiruse edasiseks suurendamiseks oli vaja laiendada Interneti-liikluse ribalaiust, kasutades samal ajal võimalusel GSM-infrastruktuuri. Selle tulemusena töötati välja UMTS-standard. Peamine erinevus on siin sagedusriba kohene laiendamine 5 MHz-ni ja mitme kasutaja juurdepääsu tagamiseks - CDMA koodipääsutehnoloogia kasutamine, mille puhul mitu abonenti tegutsevad samaaegselt samal sageduskanalil. Seda tehnoloogiat nimetati W-CDMA-ks, rõhutades, et see töötab lairiba. Seda süsteemi nimetati kolmanda põlvkonna süsteemiks - 3G, kuid samal ajal on see GSM-i lisand. Nii saime laia 5 MHz “toru”, mis võimaldas meil esialgu kiirust tõsta 2 Mbit/s-ni.

Kuidas muidu saame kiirust suurendada, kui meil pole võimalust “toru läbimõõtu” veelgi suurendada? Saame voolu paralleelselt mitmeks osaks, saata iga osa läbi eraldi väikese toru ja seejärel ühendada need eraldi voolud vastuvõtuotsas üheks laiaks vooluks. Lisaks sõltub kiirus kanalis esinevate vigade tõenäosusest. Seda tõenäosust redundantse kodeerimise, veaparanduse ja raadiosignaali moduleerimise täiustatud meetodite kasutamisega vähendades saame ka kiirust suurendada. Kõiki neid arendusi (koos "toru" laiendamisega, suurendades kandjate arvu kanali kohta) kasutati järjekindlalt UMTS-standardi edasisel täiustamisel ja nimetati HSPA-ks. See ei asenda W-CDMA-d, vaid selle põhiplatvormi pehme ja kõva versiooniuuendus.

Rahvusvaheline konsortsium 3GPP töötab välja 3G standardeid. Tabelis on kokku võetud selle standardi erinevate väljaannete mõned funktsioonid:

4G LTE tehnoloogia on lisaks 3G võrkudega tagasiühilduvusele, mis võimaldas tal WiMAXi üle domineerida, tulevikus saavutada veelgi suuremaid kiirusi, kuni 1 Gbit/s ja rohkem. Siin kasutatakse digitaalse voo edastamiseks õhuliidesesse veelgi arenenumaid tehnoloogiaid, näiteks OFDM modulatsiooni, mis integreerub väga hästi MIMO tehnoloogiaga.

Mis on siis MIMO? Voogu paralleelses mitmesse kanalisse, saate neid saata erinevatel viisidel läbi mitme antenni "üle õhu" ja vastu võtta samade sõltumatute antennidega vastuvõtupoolel. Nii saame mitu sõltumatut "toru" üle õhuliidese sõiduradasid laiendamata. See on peamine idee MIMO. Kui raadiolained levivad raadiokanalis, täheldatakse selektiivset tuhmumist. See on eriti märgatav tihedates linnapiirkondades, kui abonent on liikvel või kärje teeninduspiirkonna servas. Iga ruumilise "toru" pleekimine ei toimu üheaegselt. Seega, kui edastame sama informatsiooni kahe MIMO kanali kaudu väikese viivitusega, olles eelnevalt sellele spetsiaalse koodi peale pannud (Alamuoti meetod, maagiline ruutkoodi superpositsioon), saame kaotatud sümbolid vastuvõtval poolel taastada, mis on samaväärne signaali-signaali suhte parandamine.müra kuni 10-12 dB. Selle tulemusena suurendab see tehnoloogia taas kiirust. Tegelikult on see ammu tuntud mitmekesisuse vastuvõtt (Rx Diversity), mis on orgaaniliselt MIMO-tehnoloogiasse sisse ehitatud.

Lõppkokkuvõttes peame mõistma, et MIMO-d tuleb toetada nii baasil kui ka meie modemil. Tavaliselt on 4G-s MIMO kanalite arv kahekordne - 2, 4, 8 (Wi-Fi süsteemides on levinud kolme kanaliga 3x3 süsteem) ja on soovitatav, et nende arv langeks kokku nii baasil kui ka modemil. . Seetõttu määratakse selle fakti parandamiseks MIMO vastuvõtu∗edastuskanalitega - 2x2 MIMO, 4x4 MIMO jne. Siiani tegeleme peamiselt 2x2 MIMO-ga.

Milliseid antenne kasutatakse MIMO-tehnoloogias? Need on tavalised antennid, neid peab lihtsalt olema kaks (2x2 MIMO jaoks). Kanalite eraldamiseks kasutatakse ortogonaalset, nn X-polarisatsiooni. Sel juhul nihutatakse iga antenni polarisatsiooni vertikaali suhtes 45° ja üksteise suhtes 90°. See polarisatsiooninurk seab mõlemad kanalid võrdsetele tingimustele, kuna antennide horisontaalse/vertikaalse orientatsiooni korral saaks üks kanalitest maapinna mõjul paratamatult suurema sumbumise. Samas võimaldab 90° polarisatsiooninihe antennide vahel kanaleid üksteisest lahti siduda vähemalt 18-20 dB võrra.

MIMO jaoks vajame teie ja mina kahe antennisisendiga ja kahe katuseantenniga modemit. Siiski jääb küsimus, kas seda tehnoloogiat tugijaamas toetatakse. 4G LTE ja WiMAX standardites on selline tugi saadaval nii abonendiseadmete küljel kui ka baasil. 3G-võrgus pole kõik nii lihtne. Võrgus töötab juba tuhandeid seadmeid, mis ei toeta MIMO-d, mille puhul selle tehnoloogia kasutuselevõtul on vastupidine efekt – võrgu läbilaskevõime väheneb. Seetõttu ei kiirusta operaatorid veel MIMO universaalset rakendamist 3G-võrkudes. Selleks, et baas võimaldaks tellijatele suurt kiirust, peab sellel endal olema hea transport, s.t. sinna tuleb ühendada “paks toru”, soovitavalt valguskiud, mis samuti alati nii ei ole. Seetõttu on 3G võrkudes MIMO tehnoloogia praegu lapsekingades ja arendusjärgus, seda testivad nii operaatorid kui ka kasutajad ning viimane ei ole alati edukas. Seetõttu peaksite MIMO-antennidele tuginema ainult 4G-võrkudes. Kärje teeninduspiirkonna servas saab kasutada suure võimendusega antenne, näiteks peegelantenne, mille jaoks on MIMO-toitel juba kaubanduslikult saadaval

Wi-Fi-võrkudes on MIMO-tehnoloogia fikseeritud IEEE 802.11n ja IEEE 802.11ac standardites ning seda toetavad juba paljud seadmed. Kuigi me näeme 2x2 MIMO tehnoloogia jõudmist 3G-4G võrkudesse, ei istu arendajad paigal. Juba töötatakse välja 64x64 MIMO tehnoloogiaid koos adaptiivse kiirgusmustriga nutikate antennidega. Need. kui liigume diivanilt tugitooli või läheme kööki, märkab meie tahvelarvuti seda ja keerab sisseehitatud antenni kiirgusmustri soovitud suunas. Kas kellelgi on seda saiti sel ajal vaja?

Arvestades uute MU-MIMO tehnoloogiat toetavate juhtmeta seadmete väljalaskmist, eriti UniFi AC HD (UAP-AC-HD) väljundiga, on vaja selgitada, mis see on ja miks vana riistvara seda tehnoloogiat ei toeta. .

Mis on 802.11ac?

802.11ac standard on traadita tehnoloogia ümberkujundamine, mis asendas eelmise põlvkonna 802.11n standardi kujul.

802.11n tulek, nagu varem eeldati, pidi võimaldama ettevõtetel seda tehnoloogiat laialdaselt kasutada alternatiivina tavapärasele juhtmega ühendusele kohtvõrgus (LAN) töötamiseks.

802.11ac on juhtmeta tehnoloogiate arendamise edasine etapp. Teoreetiliselt võib uus standard pakkuda andmeedastuskiirust kuni 6,9 Gbit/s 5 GHz sagedusalas. See on 11,5 korda suurem kui 802.11n andmeedastusulatus.

Uus standard on saadaval kahes versioonis: Wave 1 ja Wave 2. Allpool näete kehtivate standardite võrdlustabelit.

Mis vahe on lainel 1 ja lainel 2?

802.11ac Wave 1 tooted on olnud turul saadaval umbes 2013. aasta keskpaigast. Standardi uus redaktsioon põhineb standardi eelmisel versioonil, kuid sisaldab mõningaid väga olulisi muudatusi, nimelt:

• Suurenenud jõudlus 1,3 Gbitilt 2,34 Gbitile;
• Lisatud mitme kasutaja MIMO (MU-MIMO) tugi;
• Lubatud on laiad kanalid 160 MHz;
• Neljas ruumiline voog (Spatial Stream) suurema jõudluse ja stabiilsuse tagamiseks;
• Rohkem kanaleid 5 GHz sagedusalas;

Mida Wave 2 täiustused tegeliku kasutaja jaoks täpselt teevad?

Suurenenud läbilaskevõime avaldab positiivset mõju rakendustele, mis on tundlikud võrgu ribalaiuse ja latentsuse suhtes. See on eelkõige voogedastuskõne ja videosisu edastamine, samuti võrgutiheduse suurendamine ja klientide arvu suurendamine.

MU-MIMO pakub tohutuid võimalusi asjade interneti (IoT) arendamiseks, kui üks kasutaja saab ühendada mitu seadet korraga.

MU-MIMO tehnoloogia võimaldab mitut samaaegset allavoolu, pakkudes samaaegset teenust mitmele seadmele, mis parandab üldist võrgu jõudlust. MU-MIMO avaldab positiivset mõju ka latentsusele, võimaldades kiiremaid ühendusi ja kiiremat üldist kliendikogemust. Lisaks võimaldavad tehnoloogia funktsioonid ühendada võrku veelgi suurema arvu samaaegseid kliente kui standardi eelmises versioonis.

Kanali laiuse 160 MHz kasutamine eeldab teatud tingimuste täitmist (väike võimsus, madal müratase jne), kuid kanal võib suure andmemahu edastamisel jõudlust tohutult suurendada. Võrdluseks võib tuua, et 802.11n suudab pakkuda kanali kiirust kuni 450 Mbps, uuem 802.11ac Wave 1 kuni 1,3 Gbps, samas kui 802.11ac Wave 2 160 MHz kanaliga võib pakkuda kanali kiirust umbes 2,3 Gbps.

Standardi eelmises põlvkonnas oli lubatud kasutada 3 transiiveri antenni, uus redaktsioon lisab 4. voo. See muudatus suurendab ühenduse ulatust ja stabiilsust.

Kogu maailmas kasutatakse 5 GHz sagedusalas 37 kanalit. Mõnes riigis on kanalite arv piiratud, teistes mitte. 802.11ac Wave 2 võimaldab kasutada rohkem kanaleid, mis suurendab samaaegsete seadmete arvu ühes kohas. Lisaks on laiade 160 MHz kanalite jaoks vaja rohkem kanaleid.

Kas 802.11ac Wave 2-s on uusi kanalikiirusi?

Uus standard pärib esimese väljalaskega kasutusele võetud standardid. Nagu varemgi, sõltub kiirus voogude arvust ja kanali laiusest. Maksimaalne modulatsioon jäi muutumatuks - 256 QAM.

Kui varem nõudis kanali kiirus 866,6 Mbit 2 voogu ja kanali laius 80 MHz, siis nüüd saab selle kanali kiiruse saavutada ainult ühe voo abil, suurendades samal ajal kanali kiirust kahe võrra - 80 MHz-lt 160 MHz-le.

Nagu näha, pole põhimõttelisi muudatusi toimunud. Seoses 160 MHz kanalite toega on kasvanud ka maksimaalsed kanalite kiirused - kuni 2600 Mbit.

Praktikas on tegelik kiirus ligikaudu 65% kanali kiirusest (PHY Rate).

Kasutades 1 voogu, 256 QAM modulatsiooni ja 160 MHz kanalit, saate saavutada reaalse kiiruse umbes 560 Mbit/s. Vastavalt sellele annavad 2 voogu vahetuskiiruseks ~1100 Mbit/s, 3 voogu – 1,1-1,6 Gbit/s.

Milliseid ribasid ja kanaleid 802.11ac Wave2 kasutab?

Praktikas töötavad Waves 1 ja Waves 2 eranditult 5 GHz sagedusalas. Sagedusvahemik sõltub piirkondlikest piirangutest, reeglina kasutatakse vahemikku 5,15-5,35 GHz ja 5,47-5,85 GHz.

USA-s on 5 GHz traadita võrkude jaoks eraldatud sagedusala 580 MHz.

802.11ac, nagu varemgi, saab kasutada kanaleid sagedustel 20 ja 40 MHz, samas kui hea jõudluse saab saavutada ainult 80 MHz või 160 MHz abil.

Kuna praktikas ei ole alati võimalik kasutada pidevat 160 MHz sagedusala, näeb standard ette 80+80 MHz režiimi, mis jagab 160 MHz sagedusala 2 erinevaks ribaks. Kõik see lisab rohkem paindlikkust.

Pange tähele, et 802.11ac standardkanalid on 20/40/80 MHz.

Miks on 802.11ac kaks lainet?

IEEE rakendab standardeid tehnoloogia arenedes lainetena. See lähenemisviis võimaldab tööstusel uusi tooteid viivitamatult välja anda, ootamata konkreetse funktsiooni valmimist.

Esimene 802.11ac laine andis võrreldes 802.11n-ga olulise parenduse ja pani aluse edasisele arengule.

Millal peaksime ootama 802.11ac Wave 2 toetavaid tooteid?

Esialgsete analüütikute prognooside kohaselt pidid esimesed tarbijaklassi tooted müügile jõudma 2015. aasta keskel. Kõrgema taseme ettevõtete ja operaatorite lahendused tulevad tavaliselt välja 3-6-kuulise hilinemisega, nagu see oli standardi esimese lainega.

Mõlemad klassid, nii tarbija- kui ka kommertsklassid, avaldatakse tavaliselt enne, kui WFA (Wi-Fi Alliance) hakkab sertifikaate väljastama (2016. aasta teine ​​pool).

2017. aasta veebruari seisuga ei ole 802.11ac W2 toetavate seadmete arv nii suur, kui tahaksime. Eriti Mikrotikist ja Ubiquitist.

Kas Wave 2 seadmed erinevad Wave 1-st oluliselt?

Uue standardi puhul jätkub eelmiste aastate üldine trend - nutitelefone ja sülearvuteid toodetakse 1-2 vooga, 3 voogu on mõeldud nõudlikumaks tööks. Standardi täieliku funktsionaalsuse juurutamisel kõigis seadmetes pole praktilist mõtet.

Kas Wave 1 seadmed ühilduvad Wave 2-ga?

Esimene laine võimaldab 3 voogu ja kanalit kuni 80 MHz; selle osa jaoks on kliendiseadmed ja pääsupunktid täielikult ühilduvad.

Teise põlvkonna funktsioonide (160 MHz, MU-MIMO, 4 voogu) rakendamiseks peavad nii klientseade kui ka pääsupunkt toetama uut standardit.

Järgmise põlvkonna pääsupunktid ühilduvad 802.11ac Wave 1, 802.11n ja 802.11a klientseadmetega.

Seega ei ole võimalik kasutada teise põlvkonna adapteri lisavõimalusi esimese põlvkonna punktiga ja vastupidi.

Mis on MU-MIMO ja mida see teeb?

MU-MIMO on lühend sõnadest "multiuser multiple input, multiple output". Tegelikult on see teise laine üks peamisi uuendusi.

Et MU-MIMO töötaks, peavad klient ja AP seda toetama.

Lühidalt, pääsupunkt võib saata andmeid korraga mitmele seadmele, samas kui varasemad standardid lubasid andmeid saata korraga ainult ühele kliendile.

Tegelikult on tavaline MIMO SU-MIMO, st. SingleUser, ühe kasutaja MIMO.

Vaatame näidet. Seal on 3 vooga punkt (3 ruumilist voogu / 3SS) ja sellega on ühendatud 4 klienti: 1 klient 3SS toega, 3 klienti 1SS toega.

Pöörduspunkt jaotab aja kõigi klientide vahel võrdselt. Esimese kliendiga töötades kasutab punkt 100% oma võimalusi, kuna klient toetab ka 3SS-i (MIMO 3x3).

Ülejäänud 75% ajast töötab punkt kolme kliendiga, millest igaüks kasutab ainult ühte lõime (1 SS) kolmest saadaolevast. Samal ajal kasutab pääsupunkt vaid 33% oma võimalustest. Mida rohkem selliseid kliente, seda väiksem on efektiivsus.

Konkreetses näites on kanali keskmine kiirus 650 Mbit:

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

Praktikas tähendab see keskmist kiirust umbes 420 Mbit, võimalikust 845 Mbitist.

Vaatame nüüd näidet MU-MIMO kasutamisest. Meil on punkt, mis toetab standardi teist põlvkonda, kasutades MIMO 3x3, kanali kiirus jääb muutumatuks - 1300 Mbit kanali laiuse korral 80 MHz. Need. Samal ajal saavad kliendid, nagu varemgi, kasutada mitte rohkem kui 3 kanalit.

Klientide koguarv on nüüd 7 ja pääsupunkt on jaganud need kolme rühma:

1. üks 3SS klient;
2. kolm 1SS klienti;
3. üks 2SS klient + üks 1SS;
4. üks 3SS klient;

Tulemuseks on AP võimaluste 100% rakendamine. Esimese grupi klient kasutab kõiki 3 voogu, teise grupi kliendid ühte kanalit ja nii edasi. Kanali keskmine kiirus on 1300 Mbit. Nagu näete, oli toodang kahekordne.

Kas Point MU-MIMO ühildub vanemate klientidega?

Kahjuks ei! MU-MIMO ei ühildu protokolli esimese versiooniga, st. Selle tehnoloogia toimimiseks peavad teie kliendiseadmed toetama teist versiooni.

Erinevused MU-MIMO ja SU-MIMO vahel

SU-MIMO-s edastab pääsupunkt andmeid korraga ainult ühele kliendile. MU-MIMO abil saab pääsupunkt edastada andmeid korraga mitmele kliendile.

Mitut klienti toetab MU-MIMO korraga?

Standard näeb ette kuni 4 seadme samaaegse teenindamise. Lõimede maksimaalne arv võib olla kuni 8.

Sõltuvalt seadme konfiguratsioonist on võimalikud mitmesugused valikud, näiteks:

• 1+1: kaks klienti, mõlemal üks lõime;
• 4+4: kaks klienti, millest igaüks kasutab 4 lõime;
• 2+2+2+2: neli klienti, igaüks 2 lõime;
• 1+1+1: kolm klienti ühes voos;
• 2+1, 1+1+1+1, 1+2+3, 2+3+3 ja muud kombinatsioonid.

Kõik sõltub riistvara konfiguratsioonist; tavaliselt kasutavad seadmed 3 voogu, seega saab punkt korraga teenindada kuni 3 klienti.

Samuti on võimalik kasutada 4 antenni MIMO 3x3 konfiguratsioonis. Neljas antenn on antud juhul täiendav, lisavoogu see ei rakenda. Sel juhul on võimalik samaaegselt teenindada 1+1+1, 2+1 või 3SS, aga mitte 4.

Kas MU-MIMO-d toetatakse ainult allalingi jaoks?

Jah, standard pakub tuge ainult allalingi MU-MIMO-le, st. punkt saab korraga edastada andmeid mitmele kliendile. Kuid punkt ei saa samal ajal "kuulata".

Uplink MU-MIMO juurutamist peeti lühikese aja jooksul võimatuks, seega lisatakse see funktsionaalsus alles 802.11ax standardis, mis on plaanitud välja anda aastatel 2019-2020.

Mitut voogu MU-MIMO toetab?

Nagu eespool mainitud, saab MU-MIMO töötada mis tahes arvu voogudega, kuid mitte rohkem kui 4 vooga kliendi kohta.

Kvaliteetse mitme kasutaja edastuse jaoks soovitab standard kasutada rohkem antenne ja rohkem vooge. Ideaalis peaks MIMO 4x4 jaoks olema 4 antenni vastuvõtmiseks ja sama arv saatmiseks.

Kas uue standardi jaoks on vaja kasutada spetsiaalseid antenne?

Antennide disain jääb samaks. Nagu varemgi, saate 802.11a/n/ac jaoks kasutada mis tahes ühilduvaid antenne, mis on mõeldud kasutamiseks sagedusalas 5 GHz.

Teisele väljalasele lisati ka Beamforming, mis see on?

Beamforming tehnoloogia võimaldab muuta kiirgusmustrit, kohandades seda konkreetsele kliendile. Töötamise ajal analüüsib punkt kliendi signaali ja optimeerib selle kiirgust. Kiirmoodusprotsessi ajal võib kasutada täiendavat antenni.

Kas 802.11ac Wave 2 AP suudab toime tulla 1 Gbps liiklusega?

Võimalik, et uue põlvkonna pääsupunktid suudavad sellist liiklusvoogu toime tulla. Tegelik läbilaskevõime sõltub mitmest tegurist, alustades toetatud voogude arvust, sideulatusest, takistuste olemasolust ja lõpetades häirete olemasoluga, pöörduspunkti ja kliendimooduli kvaliteedist.

Milliseid sagedusvahemikke laines 802.11ac kasutatakse?

Töösageduse valik sõltub ainult piirkondlikest õigusaktidest. Kanalite ja sageduste loend muutub pidevalt, allpool on andmed USA (FCC) ja Euroopa kohta, 2015. aasta jaanuari seisuga.

Euroopas on lubatud kasutada kanalilaiust üle 40 MHz, seega uue standardi osas muudatusi ei ole, selle kohta kehtivad kõik samad reeglid, mis eelmise standardi puhul.

Võrgutehnoloogiate veebikursus

Soovitan Dmitri Skoromnovi kursust "". Kursus ei ole seotud ühegi tootja varustusega. See annab põhiteadmised, mis peaksid olema igal süsteemiadministraatoril. Kahjuks pole paljudel isegi 5-aastase staažiga administraatoritel sageli isegi pooltki neist teadmistest. Kursusel käsitletakse lihtsas keeles palju erinevaid teemasid. Näiteks: OSI mudel, kapseldamine, põrke- ja levidomeenid, loopback, QoS, VPN, NAT, DNS, Wi-Fi ja paljud muud teemad.

Eraldi märgin ära IP-aadressi teema. See kirjeldab lihtsas keeles, kuidas teha teisendusi kümnendarvusüsteemist kahendsüsteemi ja vastupidi, arvutusi IP-aadressi ja maski järgi: võrguaadressid, leviaadressid, võrgu hostide arv, alamvõrk ja muud IP-aadressiga seotud teemad.

Kursusel on kaks versiooni: tasuline ja tasuta.