Belaidė įranga, palaikanti MIMO režimą. MIMO duomenų perdavimo technologija WIFI belaidžiuose tinkluose MIMO technologijos privalumai ir trūkumai

Esami mobiliojo ryšio tinklai naudojami ne tik skambinti ir siųsti žinutes. Dėl skaitmeninio perdavimo būdo duomenų perdavimas galimas ir naudojant esamus tinklus. Šios technologijos, priklausomai nuo išsivystymo lygio, yra žymimos 3G ir 4G. 4G technologiją palaiko LTE standartas. Duomenų perdavimo greitis priklauso nuo kai kurių tinklo ypatybių (nustatomas operatoriaus), teoriškai siekiantis iki 2 Mb/s 3G tinkle ir iki 1 Gb/s 4G tinkle. Visos šios technologijos veikia efektyviau, jei yra stiprus ir stabilus signalas. Šiems tikslams dauguma modemų numato išorinių antenų prijungimą.

Skydinė antena

Parduodant galite rasti įvairių antenų variantų, kurie pagerintų priėmimo kokybę. 3G skydinė antena yra labai populiari. Tokios antenos stiprinimas yra apie 12 dB dažnių diapazone 1900-2200 MHz. Šio tipo įrenginiai taip pat gali pagerinti 2G signalo kokybę – GPRS ir EDGE.

Kaip ir didžioji dauguma kitų pasyvių įrenginių, jis turi vienpusį kryptingumą, kuris kartu su gaunamo signalo padidėjimu sumažina trukdžių iš šonų ir galo lygį. Taigi net ir nestabilaus priėmimo sąlygomis galima pakelti signalo lygį iki priimtinų verčių, taip padidinant informacijos priėmimo ir perdavimo greitį.

Skydinių antenų taikymas darbui 4G tinkluose

Kadangi 4G tinklų veikimo diapazonas praktiškai sutampa su ankstesnės kartos diapazonu, naudojant šias antenas 3G 4G LTE tinkluose nėra jokių sunkumų. Bet kuriai technologijai antenų naudojimas leidžia priartinti duomenų perdavimo spartą prie didžiausių verčių.

Naujos technologijos, naudojant atskirus imtuvus ir siųstuvus toje pačioje dažnių juostoje, leido dar labiau padidinti duomenų priėmimo ir perdavimo greitį. Esamo 4G modemo dizainas apima MIMO technologijos naudojimą.

Neabejotinas skydinių antenų pranašumas yra jų maža kaina ir išskirtinis patikimumas. Konstrukcijoje praktiškai nėra nieko, kas galėtų sulūžti net nukritus iš didelio aukščio. Vienintelė silpnoji vieta – aukšto dažnio laidas, kuris gali nutrūkti ten, kur patenka į korpusą. Norint pratęsti prietaiso tarnavimo laiką, laidas turi būti tvirtai pritvirtintas.

MIMO technologija

Ryšio kanalo tarp imtuvo ir duomenų siųstuvo pralaidumui padidinti sukurtas signalų apdorojimo metodas, kai priėmimas ir siuntimas vykdomi skirtingomis antenomis.

Pastaba! Naudodami LTE MIMO antenas galite padidinti pralaidumą 20-30%, palyginti su darbu su paprasta antena.

Pagrindinis principas yra panaikinti jungtį tarp antenų.

Elektromagnetinės bangos gali turėti skirtingas kryptis, palyginti su žemės plokštuma. Tai vadinama poliarizacija. Dažniausiai naudojamos vertikaliai ir horizontaliai poliarizuotos antenos. Siekiant pašalinti abipusę įtaką, antenos viena nuo kitos skiriasi poliarizacija 90 laipsnių kampu. Siekiant užtikrinti, kad abiejų antenų žemės paviršiaus įtaka būtų vienoda, kiekvienos antenos poliarizacijos plokštumos pasislenka 45 laipsniais. žemės atžvilgiu. Taigi, jei vienos iš antenų poliarizacijos kampas yra 45 laipsniai, tada kitos, atitinkamai, turi 45 laipsnius. Vienas kito atžvilgiu poslinkis yra reikiamas 90 laipsnių.

Paveikslėlyje aiškiai parodyta, kaip antenos yra išdėstytos viena kitos ir žemės atžvilgiu.

Svarbu! Antenų poliarizacija turi būti tokia pati kaip bazinėje stotyje.

Jei 4G LTE technologijoms bazinėje stotyje pagal nutylėjimą galimas MIMO palaikymas, tai 3G atveju dėl daugybės įrenginių be MIMO operatoriai neskuba diegti naujų technologijų. Faktas yra tai, kad įrenginiai MIMO 3G tinkle veiks daug lėčiau.

Pats montuoja modemo antenas

Antenų montavimo taisyklės nesiskiria nuo įprastų. Pagrindinė sąlyga – kliūčių nebuvimas tarp kliento ir bazinių stočių. Augantis medis, šalia esančio pastato stogas arba, dar blogiau, elektros linija yra patikimi elektromagnetinių bangų skydai. Ir kuo didesnis signalo dažnis, tuo didesnį slopinimą sukels kliūtys, esančios radijo bangų kelyje.

Priklausomai nuo tvirtinimo tipo, antenos gali būti montuojamos ant pastato sienos arba tvirtinamos ant stiebo. Yra dviejų tipų antenosMIMO:

monoblokas;
tarpais.

Monoblokų viduje jau yra dvi konstrukcijos, sumontuotos su reikiama poliarizacija, o išdėstytos susideda iš dviejų antenų, kurias reikia montuoti atskirai, kiekviena jų turi būti nukreipta tiksliai į bazinę stotį.

Visi MIMO antenos montavimo savo rankomis niuansai yra aiškiai ir išsamiai aprašyti pridedamuose dokumentuose, tačiau geriau pirmiausia pasikonsultuoti su tiekėju arba pakviesti atstovą montuoti, sumokėjus ne itin didelę sumą, bet gaunant tam tikra garantija atliktiems darbams.

Kaip patiems pasidaryti anteną

Gaminant patiems esminių sunkumų nėra. Reikia darbo su metalu įgūdžių, gebėjimo laikyti lituoklį, noro ir tikslumo.

Būtina sąlyga yra griežtas visų be išimties sudedamųjų dalių geometrinių matmenų laikymasis. Aukšto dažnio prietaisų geometriniai matmenys turi būti išlaikyti milimetro tikslumu arba tiksliau. Bet koks nukrypimas lemia našumo pablogėjimą. Stiprinimas sumažės, o MIMO antenų jungtis padidės. Galiausiai užuot sustiprinęs signalą, jis susilpnės.

Deja, tikslūs geometriniai matmenys nėra plačiai prieinami. Išimties tvarka tinkle esančios medžiagos yra pagrįstos kai kurių gamyklinių projektų kartojimu, kurie ne visada nukopijuojami reikiamu tikslumu. Todėl nereikėtų dėti didelių vilčių į internete skelbiamas diagramas, aprašymus ir metodus.

Kita vertus, jei nereikia itin stipraus stiprinimo, tai savarankiškai pagaminta MIMO antena, atitinkanti nurodytus matmenis, vis tiek duos, nors ir nelabai, teigiamą efektą.

Medžiagų kaina yra maža, o laikas, reikalingas, jei turite įgūdžių, taip pat nėra per didelis. Be to, niekas netrukdo išbandyti kelių variantų ir pagal testo rezultatus pasirinkti priimtiną.

Norint savo rankomis pasigaminti 4G LTE MIMO anteną, reikia dviejų visiškai plokščių 0,2–0,5 mm storio cinkuoto plieno lakštų arba dar geriau – vienpusio folijos stiklo pluošto laminato. Vienas iš lakštų bus naudojamas reflektoriaus (atšvaito) gamybai, o kitas – aktyviųjų elementų gamybai. Kabelis, skirtas prijungti prie modemo, turi būti 50 omų varža (tai yra modemo įrangos standartas).

TV kabelio negalima naudoti dėl dviejų priežasčių:

75 omų varža sukels nesutapimą su modemo įėjimais;
didelis storis.

Taip pat būtina pasirinkti jungtis, kurios turi tiksliai atitikti modemo jungtis.

Svarbu! Jei naudojama folijos medžiaga, nurodytas atstumas tarp aktyviųjų elementų ir reflektoriaus turi būti matuojamas nuo folijos sluoksnio.

Be to, jums reikės nedidelio 1-1,2 mm storio varinės vielos gabalo.

Pagaminta konstrukcija turi būti dedama į plastikinį dėklą. Negalima naudoti metalo, nes tokiu būdu antena bus uždengta elektromagnetiniu ekranu ir neveiks.

Pastaba! Daugumoje brėžinių nurodytos ne MIMO, o skydinės antenos. Išoriškai jie skiriasi tuo, kad prie paprastos skydinės antenos tiekiamas vienas kabelis, o MIMO reikalingi du.

Sukūrę dvi skydines antenas, galite gauti „pasidaryk pats“ MIMO 4G antenos įvairovę.

Apibendrinant galime pasakyti, kad MIMO antenos pasigaminimas savo rankomis nėra labai sudėtinga užduotis. Tinkamai prižiūrint, gana įmanoma įsigyti veikiantį įrenginį ir sutaupyti pinigų. Pačiam pasidaryti 3G anteną yra kiek lengviau. Atokiose vietovėse, kur dar nėra LTE aprėpties, tai gali būti vienintelė galimybė pagerinti ryšio greitį.

Vaizdo įrašas

Technologija, pagrįsta WiFi IEEE 802.11n standartu.

„Wi-Life“. pateikiama trumpa WiFi technologijos apžvalga IEEE 802.11n .
Išplėstinė informacija mūsų video leidiniai.

Pirmas kartos įrenginių, palaikančių WiFi 802.11n standartą pasirodė rinkoje prieš keletą metų. MIMO technologija ( MIMO – kelių įvesties / kelių išėjimų -kelių įvesties / kelių išėjimų) yra 802.11n branduolys. Tai radijo sistema su keliais atskirais perdavimo ir priėmimo keliais. MIMO sistemos aprašomos naudojant siųstuvų ir imtuvų skaičių. WiFi 802.11n standartas apibrėžia galimų derinių rinkinį nuo 1x1 iki 4x4.

Įprastu atveju, kai Wi-Fi tinklas yra įdiegtas patalpose, pavyzdžiui, biure, dirbtuvėse, angare, ligoninėje, radijo signalas retai keliauja trumpiausiu keliu tarp siųstuvo ir imtuvo dėl sienų, durų ir kitų kliūčių. Dauguma tokių aplinkų turi daug skirtingų paviršių, kurie atspindi radijo signalą (elektromagnetinę bangą), kaip veidrodis atspindi šviesą. Po atspindžio susidaro kelios originalaus WiFi signalo kopijos. Kai kelios WiFi signalo kopijos keliauja skirtingais keliais nuo siųstuvo iki imtuvo, trumpiausiu keliu einantis signalas bus pirmasis, o kitos kopijos (arba atspindėtas signalo aidas) ateis šiek tiek vėliau dėl ilgesnio laiko. takai. Tai vadinama kelių takų signalo sklidimu (daugiatakiu). Daugkartinio dauginimo sąlygos nuolat keičiasi, nes... Wi-Fi įrenginiai dažnai juda (išmanusis telefonas su Wi-Fi vartotojo rankose), įvairūs objektai, keldami trukdžius, juda (žmonės, automobiliai ir kt.). Jei signalai ateina skirtingu laiku ir skirtingais kampais, tai gali sukelti iškraipymus ir galimą signalo susilpnėjimą.

Svarbu atsiminti, kad WiFi 802.11 n su MIMO palaikymu ir daug imtuvų gali sumažinti kelių krypčių efektus ir destruktyvius trukdžius, tačiau bet kuriuo atveju geriau sumažinti kelių krypčių sąlygas, kur ir kada tik įmanoma. Vienas iš svarbiausių dalykų – antenas laikyti kuo toliau nuo metalinių objektų (pirmiausia WiFi omni antenų, kurios turi apskritą arba įvairiakryptį spinduliavimo modelį).

Būtinas aiškiai suprasti, kad ne visi „Wi-Fi“ klientai ir „WiFi“ prieigos taškai yra vienodi MIMO požiūriu.
Yra 1x1, 2x1, 3x3 ir tt klientai. Pavyzdžiui, mobilieji įrenginiai, tokie kaip išmanieji telefonai, dažniausiai palaiko MIMO 1x 1, kartais 1x 2. Taip yra dėl dviejų pagrindinių problemų:
1. poreikis užtikrinti mažas energijos sąnaudas ir ilgą baterijos veikimo laiką,
2. Sunkumai sumontuojant kelias antenas su pakankamais atstumais mažoje pakuotėje.
Tas pats galioja ir kitiems mobiliesiems įrenginiams: planšetiniams kompiuteriams, delniniams kompiuteriams ir kt.

Aukštos klasės nešiojamieji kompiuteriai gana dažnai jau palaiko MIMO iki 3x3 („MacBook Pro“ ir kt.).

tegul Pažvelkime į pagrindinius tipus MIMO WiFi tinkluose.
Kol kas nepateiksime informacijos apie siųstuvų ir imtuvų skaičių. Svarbu suprasti principą.

Pirmasis tipas: Įvairovė priimant signalą WiFi įrenginyje

Jei priėmimo taške yra bent du sujungti imtuvai su antenos įvairove,
tada visiškai įmanoma išanalizuoti visas kopijas kiekviename imtuve ir parinkti geriausius signalus.
Be to, su šiais signalais galima atlikti įvairias manipuliacijas, tačiau mus visų pirma domina
galimybė juos derinti naudojant MRC (Maximum Ratio Combined) technologiją. MRC technologija bus išsamiau aptarta toliau.

Antrasis tipas: Įvairovė siunčiant signalą į WiFi įrenginį

Jei siuntimo taške yra bent du prijungti WiFi siųstuvai su išdėstytomis antenomis, tada atsiranda galimybė siųsti identiškų signalų grupę, kad padidėtų informacijos kopijų skaičius, padidėtų perdavimo patikimumas ir sumažėtų poreikis pakartotinai siųsti duomenis radijo kanalą praradus.

Trečias tipas: Erdvinis signalų tankinimas WiFi įrenginyje
(signalo sujungimas)

Jei siuntimo taške ir priėmimo taške yra bent du prijungti WiFi siųstuvai su atskirtomis antenomis, tada atsiranda galimybė skirtingais signalais siųsti skirtingos informacijos rinkinį, kad būtų sudaryta galimybė tokius informacijos srautus virtualiai sujungti į vieną. duomenų perdavimo kanalas, kurio bendras pralaidumas priklauso nuo atskirų srautų, iš kurių jis susideda, suma. Tai vadinama erdviniu multipleksavimu. Tačiau čia nepaprastai svarbu užtikrinti galimybę kokybiškai atskirti visus šaltinio signalus, o tam reikia didelio SNR - signalo / triukšmo santykis.

MRC technologija (maksimalus santykis kartu ) naudojamas daugelyje šiuolaikinių prieigos taškų Bevielis internetas įmonių klasė.
M.R.C. skirtas padidinti signalo lygį kryptimi nuo Bevielis internetas klientui prie WiFi 802.11 prieigos taško.
Darbo algoritmas M.R.C. apima visų tiesioginių ir atspindėtų signalų rinkimą keliose antenose ir imtuvuose daugiakrypčio sklidimo metu. Kitas yra specialus procesorius ( DSP ) parenka geriausią signalą iš kiekvieno imtuvo ir atlieka derinį. Tiesą sakant, matematinis apdorojimas įgyvendina virtualų fazės poslinkį, kad sukurtų teigiamus trikdžius, kai pridedami signalai. Taigi gautas bendras signalas turi žymiai geresnes charakteristikas nei visų pradinių.

M.R.C. leidžia užtikrinti žymiai geresnes mažos galios mobiliųjų įrenginių veikimo sąlygas standartiniame tinkle Bevielis internetas .

„WiFi 802.11n“ sistemose Daugiatakio sklidimo pranašumai naudojami norint vienu metu perduoti kelis radijo signalus. Kiekvienas iš šių signalų, vadinamas " erdviniai srautai“, siunčiama iš atskiros antenos naudojant atskirą siųstuvą. Kadangi tarp antenų yra tam tikras atstumas, kiekvienas signalas į imtuvą patenka šiek tiek skirtingu keliu. Šis efektas vadinamas " erdvinė įvairovė“ Imtuve taip pat yra sumontuotos kelios antenos su savo atskirais radijo moduliais, kurios savarankiškai dekoduoja įeinančius signalus, o kiekvienas signalas derinamas su signalais iš kitų priimančių radijo modulių. Dėl to vienu metu gaunami keli duomenų srautai. Tai užtikrina žymiai didesnį pralaidumą nei ankstesnės 802.11 WiFi sistemos, bet taip pat reikia 802.11n palaikančio kliento.

Dabar įsigilinkime į šią temą:
WiFi įrenginiuose su MIMO galima padalyti visą gaunamos informacijos srautą į kelis skirtingus duomenų srautus naudojant erdvinį multipleksavimą tolesniam jų siuntimui. Skirtingiems srautams tuo pačiu dažnio kanalu siųsti naudojami keli siųstuvai ir antenos. Vienas iš būdų tai įsivaizduoti yra tai, kad kai kurios tekstinės frazės gali būti perduodamos taip, kad pirmasis žodis būtų siunčiamas per vieną siųstuvą, antrasis per kitą siųstuvą ir pan.
Natūralu, kad priimančioji pusė turi palaikyti tą pačią funkciją (MIMO), kad būtų galima visiškai izoliuoti įvairius signalus, juos surinkti ir sujungti naudojant erdvinį multipleksavimą. Taip gauname galimybę atkurti pirminį informacijos srautą. Pateikta technologija leidžia padalyti didelį duomenų srautą į mažesnių srautų rinkinį ir perduoti juos atskirai vienas nuo kito. Apskritai tai leidžia efektyviau išnaudoti radijo aplinką ir konkrečiai „Wi-Fi“ skirtus dažnius.

„WiFi 802.11n“ technologija taip pat apibrėžia, kaip MIMO gali būti naudojamas siekiant pagerinti imtuvo SNR naudojant perdavimo pluošto formavimą. Taikant šią techniką galima valdyti signalų siuntimo iš kiekvienos antenos procesą taip, kad imtuve pagerėtų gaunamo signalo parametrai. Kitaip tariant, ne tik siunčiami keli duomenų srautai, bet ir keli siųstuvai gali būti naudojami norint pasiekti didesnį SNR priėmimo taške ir dėl to didesnį duomenų perdavimo spartą klientui.
Reikia atkreipti dėmesį į šiuos dalykus:
1. „Wi-Fi 802.11n“ standarte apibrėžta perdavimo spindulio formavimo procedūra reikalauja bendradarbiauti su imtuvu (tiesą sakant, su kliento įrenginiu), kad gautumėte grįžtamąjį ryšį apie signalo būseną imtuve. Čia būtinas šios funkcijos palaikymas abiejose kanalo pusėse – tiek siųstuve, tiek imtuve.
2. Dėl šios procedūros sudėtingumo perdavimo pluošto formavimas nebuvo palaikomas pirmosios kartos 802.11n lustuose tiek terminalo, tiek prieigos taško pusėje. Šiuo metu dauguma esamų klientų įrenginių lustų taip pat nepalaiko šios funkcijos.
3. Yra tinklų tiesimo sprendimai Bevielis internetas , kurios leidžia visiškai valdyti spinduliavimo modelį prieigos taškuose, negaunant grįžtamojo ryšio iš kliento įrenginių.

Siūlome gauti pranešimus, kai svetainėje pasirodo nauji teminiai straipsniai ar nauja medžiaga.

Prisijunk prie mūsų grupės

27.08.2015

Tikrai daugelis jau girdėjo apie technologiją MIMO, pastaraisiais metais dažnai būna pilna reklaminių brošiūrų ir plakatų, ypač kompiuterių parduotuvėse ir žurnaluose. Bet kas yra MIMO (MIMO) ir su kuo jis valgomas? Pažiūrėkime atidžiau.

MIMO technologija

MIMO (Multiple Input Multiple Output; multiple inputs, multiple outputs) – erdvinio signalo kodavimo būdas, leidžiantis padidinti kanalo pralaidumą, kai duomenims perduoti naudojamos dvi ar daugiau antenų, o priėmimui – tiek pat antenų. Siuntimo ir priėmimo antenos yra išdėstytos taip, kad būtų minimali abipusė gretimų antenų įtaka viena kitai. MIMO technologija naudojama Wi-Fi, WiMAX, LTE bevieliuose ryšiuose, siekiant padidinti pajėgumą ir efektyviau naudoti dažnių juostos plotį. Tiesą sakant, MIMO leidžia perduoti daugiau duomenų viename dažnių diapazone ir tam tikrame dažnių koridoriuje, t.y. padidinti greitį. Tai pasiekiama naudojant kelias siuntimo ir priėmimo antenas.

MIMO istorija

MIMO technologija gali būti laikoma gana naujausia plėtra. Jos istorija prasideda 1984 m., kai buvo įregistruotas pirmasis šios technologijos naudojimo patentas. Įmonėje vyko pirminė plėtra ir tyrimai „Bell Laboratories“., o įmonė 1996 m Airgo tinklai Buvo išleistas pirmasis MIMO mikroschemų rinkinys, vadinamas Tikras MIMO. Didžiausias MIMO technologijos vystymasis įvyko XXI amžiaus pradžioje, kai sparčiai pradėjo vystytis belaidžiai „Wi-Fi“ tinklai ir 3G koriniai tinklai. O dabar MIMO technologija plačiai naudojama 4G LTE ir Wi-Fi 802.11b/g/ac tinkluose.

Ką suteikia MIMO technologija?

Galutiniam vartotojui MIMO žymiai padidina duomenų perdavimo greitį. Priklausomai nuo įrangos konfigūracijos ir naudojamų antenų skaičiaus, greitį galite padidinti dvigubai, trigubai arba iki aštuonių kartų. Paprastai belaidžiuose tinkluose naudojamas tiek pat siuntimo ir priėmimo antenų, ir tai rašoma, pavyzdžiui, 2x2 arba 3x3. Tie. jei matome MIMO 2x2 įrašą, tai reiškia, kad dvi antenos siunčia signalą ir dvi priima. Pavyzdžiui, „Wi-Fi“ standarte vienas 20 MHz pločio kanalas užtikrina 866 Mbps pralaidumą, o 8x8 MIMO konfigūracija sujungia 8 kanalus, o didžiausias greitis yra apie 7 Gbps. Tas pats pasakytina ir apie LTE MIMO – galimas greičio padidėjimas kelis kartus. Norėdami visiškai naudoti MIMO LTE tinkluose, jums reikia , nes Paprastai įmontuotos antenos yra nepakankamai išdėstytos ir suteikia mažai efekto. Ir, žinoma, turi būti MIMO palaikymas iš bazinės stoties.

LTE antena su MIMO palaikymu perduoda ir priima signalus horizontalioje ir vertikalioje plokštumose. Tai vadinama poliarizacija. Išskirtinis MIMO antenų bruožas yra dviejų antenų jungčių buvimas ir atitinkamai dviejų laidų naudojimas norint prisijungti prie modemo / maršrutizatoriaus.

Nepaisant to, kad daugelis ir ne be reikalo sako, kad MIMO antena, skirta 4G LTE tinklams, iš tikrųjų yra dvi antenos vienoje, neturėtumėte galvoti, kad naudojant tokią anteną, greitis padvigubės. Taip gali būti tik teoriškai, tačiau praktiškai skirtumas tarp įprastos ir MIMO antenos 4G LTE tinkle neviršija 20-25%. Tačiau šiuo atveju svarbesnis bus stabilus signalas, kurį gali suteikti MIMO antena.

„WiFi“ yra belaidžių tinklų prekės ženklas, pagrįstas IEEE 802.11 standartu. Kasdieniame gyvenime belaidžio tinklo vartotojai vartoja terminą „WiFi technologija“, reiškiantį ne prekės pavadinimą, o IEEE 802.11 standartą.

„WiFi“ technologija leidžia įdiegti tinklą netiesiant kabelių, taip sumažinant tinklo diegimo išlaidas. Vietos, kuriose kabelio negalima nutiesti, pavyzdžiui, lauke ir istorinę vertę turinčiuose pastatuose, gali būti aptarnaujamos belaidžiais tinklais.
Priešingai populiariam įsitikinimui, kad „WiFi“ yra „kenksmingas“, „WiFi“ įrenginių spinduliuotė duomenų perdavimo metu yra dviem dydžiais (100 kartų) mažesnė nei mobiliojo telefono.

MIMO – (angliškai: Multiple Input Multiple Output) – duomenų perdavimo technologija, pagrįsta erdviniu multipleksavimu, siekiant vienu kanalu vienu metu perduoti kelis informacijos srautus, taip pat kelių krypčių atspindžiu, užtikrinančiu kiekvieno bito perdavimą. informaciją atitinkamam gavėjui su maža trukdžių ir duomenų praradimo tikimybe.

Pralaidumo didinimo problemos sprendimas

Intensyviai plėtojant kai kurias aukštąsias technologijas, kitoms keliami reikalavimai. Šis principas tiesiogiai veikia ryšių sistemas. Viena iš aktualiausių šiuolaikinių ryšių sistemų problemų yra būtinybė padidinti pralaidumą ir duomenų perdavimo greitį. Yra du tradiciniai pajėgumo didinimo būdai: dažnių juostos išplėtimas ir spinduliuojamos galios didinimas.
Tačiau dėl biologinio ir elektromagnetinio suderinamumo reikalavimų yra taikomi apribojimai didinti spinduliuojamą galią ir išplėsti dažnių juostą. Esant tokiems apribojimams, pralaidumo ir duomenų perdavimo greičio trūkumo problema verčia ieškoti naujų efektyvių būdų jai išspręsti. Vienas iš efektyviausių būdų yra adaptyvių antenų matricų su silpnai koreliuotais antenos elementais naudojimas. Šiuo principu paremta MIMO technologija. Ryšio sistemos, kuriose naudojama ši technologija, vadinamos MIMO sistemomis (Multiple Input Multiple Output).

WiFi 802.11n standartas yra vienas ryškiausių MIMO technologijos panaudojimo pavyzdžių. Pagal ją tai leidžia išlaikyti iki 300 Mbit/s greitį. Be to, ankstesnis 802.11g standartas leido tik 50 Mbit/s. Naujasis standartas ne tik padidina duomenų perdavimo spartą, bet ir suteikia geresnę paslaugų kokybę srityse, kuriose signalo stiprumas yra mažas dėl MIMO. 802.11n naudojamas ne tik taškinėse / kelių taškų sistemose (Point / Multipoint) - labiausiai paplitusi niša, skirta naudoti WiFi technologiją LAN (vietiniam tinklui) organizuoti, bet ir taško / taško ryšiams, naudojamiems pagrindiniam ryšiui organizuoti. kanalus keliais šimtais Mbit/s greičiu ir leidžiančius perduoti duomenis per dešimtis kilometrų (iki 50 km).

„WiMAX“ standartas taip pat turi du leidimus, kurie suteikia naujų galimybių vartotojams naudojant MIMO technologiją. Pirmasis, 802.16e, teikia mobiliojo plačiajuosčio ryšio paslaugas. Tai leidžia perduoti informaciją iki 40 Mbit/s greičiu kryptimi nuo bazinės stoties iki vartotojo įrangos. Tačiau MIMO 802.16e yra laikomas pasirinkimu ir naudojamas paprasčiausioje konfigūracijoje - 2x2. Kitame leidime 802.16m MIMO laikoma privaloma technologija, galima 4x4 konfigūracija. Šiuo atveju WiMAX jau galima priskirti korinio ryšio sistemoms, būtent jų ketvirtajai kartai (dėl didelio duomenų perdavimo greičio), nes turi keletą savybių, būdingų koriniams tinklams: tarptinklinis ryšys, perdavimas, balso ryšiai. Mobiliojo naudojimo atveju teoriškai galima pasiekti 100 Mbit/s greitį. Fiksuotoje versijoje greitis gali siekti 1 Gbit/s.

Didžiausią susidomėjimą kelia MIMO technologijos naudojimas korinio ryšio sistemose. Ši technologija buvo naudojama nuo trečiosios korinio ryšio sistemų kartos. Pavyzdžiui, UMTS standarte Rel. 6 jis naudojamas kartu su HSPA technologija, palaikančia greitį iki 20 Mbit/s, ir Rel. 7 – su HSPA+, kur duomenų perdavimo sparta siekia 40 Mbit/s. Tačiau MIMO dar nebuvo plačiai naudojamas 3G sistemose.

Sistemos, būtent LTE, taip pat numato MIMO naudojimą iki 8x8 konfigūracijų. Tai teoriškai leidžia perduoti duomenis iš bazinės stoties abonentui daugiau nei 300 Mbit/s greičiu. Kitas svarbus teigiamas dalykas yra stabili ryšio kokybė net ir ląstelės krašte. Tokiu atveju, net esant dideliam atstumui nuo bazinės stoties arba esant atokioje patalpoje, bus stebimas tik nedidelis duomenų perdavimo spartos sumažėjimas.

Mes gyvename skaitmeninės revoliucijos eroje, mielas anonimai. Dar nespėjus priprasti prie naujų technologijų, mums jau iš visų pusių siūloma dar naujesnė ir pažangesnė. Ir kol mes kankinamės mintyse apie tai, ar ši technologija tikrai padės mums gauti greitesnį internetą, ar vėl esame apgaudinėjami dėl pinigų, dizaineriai šiuo metu kuria dar naujesnę technologiją, kuri mums bus pasiūlyta vietoj dabartinės. tiesiogine prasme 2 metai. Tai taip pat taikoma MIMO antenos technologijai.

Kokia technologija yra MIMO? Multiple Input Multiple Output – kelių įvesties kelių išėjimų. Visų pirma, MIMO technologija yra visapusiškas sprendimas ir susijęs ne tik su antenomis. Norint geriau suprasti šį faktą, verta trumpai pasižvalgyti po mobiliojo ryšio raidos istoriją. Kūrėjai susiduria su užduotimi per laiko vienetą perduoti didesnį informacijos kiekį, t.y. padidinti greitį. Pagal analogiją su vandens tiekimu - tiekti vartotojui didesnį vandens kiekį per laiko vienetą. Tai galime padaryti padidindami „vamzdžio skersmenį“ arba, pagal analogiją, išplėsdami ryšio dažnių juostą. Iš pradžių GSM standartas buvo pritaikytas balso srautui ir turėjo 0,2 MHz kanalo plotį. To visiškai pakako. Be to, yra daugelio vartotojų prieigos suteikimo problema. Ją galima išspręsti padalijus abonentus pagal dažnį (FDMA) arba laiką (TDMA). GSM sistemoje abu metodai naudojami vienu metu. Dėl to turime balansą tarp didžiausio galimo abonentų skaičiaus tinkle ir mažiausio galimo balso srauto pralaidumo. Tobulėjant mobiliajam internetui, ši minimali dažnių juosta tapo kliūčių ruožu didinant greitį. Dvi GSM platformos pagrindu sukurtos technologijos – GPRS ir EDGE – pasiekė maksimalų 384 kBit/s greitį. Norint dar labiau padidinti greitį, reikėjo išplėsti interneto srauto pralaidumą, tuo pačiu metu naudojant GSM infrastruktūrą, jei įmanoma. Dėl to buvo sukurtas UMTS standartas. Pagrindinis skirtumas čia yra juostos išplėtimas iš karto iki 5 MHz, o norint užtikrinti kelių vartotojų prieigą – CDMA kodo prieigos technologijos panaudojimas, kai keli abonentai vienu metu veikia tame pačiame dažnio kanale. Ši technologija buvo pavadinta W-CDMA, pabrėžiant, kad ji veikia plačiu dažniu. Ši sistema buvo vadinama trečios kartos sistema – 3G, tačiau kartu tai yra GSM priedas. Taigi, gavome platų 5 MHz „vamzdelį“, kuris leido iš pradžių padidinti greitį iki 2 Mbit/s.

Kaip dar galime padidinti greitį, jei neturime galimybės toliau didinti „vamzdžio skersmens“? Mes galime sulygiuoti srautą į kelias dalis, pasiųsti kiekvieną dalį per atskirą mažą vamzdį ir tada sujungti šiuos atskirus srautus priėmimo gale į vieną platų srautą. Be to, greitis priklauso nuo klaidų tikimybės kanale. Sumažinus šią tikimybę per perteklinį kodavimą, išankstinių klaidų taisymą ir pažangesnius radijo signalo moduliavimo metodus, taip pat galime padidinti greitį. Visi šie pokyčiai (kartu su „vamzdžio“ išplėtimu didinant nešėjų skaičių viename kanale) buvo nuosekliai naudojami toliau tobulinant UMTS standartą ir buvo vadinami HSPA. Tai nėra W-CDMA pakaitalas, o šios pagrindinės platformos „soft+hard“ atnaujinimas.

Tarptautinis konsorciumas 3GPP kuria 3G standartus. Lentelėje apibendrinamos kai kurios skirtingų šio standarto leidimų funkcijos:

3G HSPA greitis ir pagrindinės technologinės savybės
3GPP leidimas	Technologijos	Siuntimo greitis (MBPS)	Uplink greitis (MBPS)
Rel 6	HSPA	14.4	5.7
Rel 7	HSPA+ 5 MHz, 2x2 MIMO žemyninis ryšys	28	11
Rel 8	DC-HSPA+ 2x5 MHz, 2x2 MIMO žemyninis ryšys	42	11
Rel 9	DC-HSPA+ 2x5 MHz, 2x2 MIMO žemyn, 2x5 MHz aukštyn	84	23
Rel 10	MC-HSPA+ 4x5 MHz, 2x2 MIMO žemyn, 2x5 MHz aukštyn	168	23
Rel 11	MC-HSPA+ 8x5 MHz 2x2 / 4x4 MIMO žemyn, 2x5 MHz 2x2 MIMO uplink	336 - 672	70

4G LTE technologija, be to, kad yra suderinama su 3G tinklais, kuri leido jai dominuoti prieš WiMAX, ateityje gali pasiekti dar didesnį greitį – iki 1 Gbit/s ir didesnį. Čia skaitmeninio srauto perkėlimui į oro sąsają naudojamos dar pažangesnės technologijos, pavyzdžiui, OFDM moduliacija, kuri labai gerai integruojasi su MIMO technologija.

Taigi, kas yra MIMO? Lygiagretus srautą į kelis kanalus galite siųsti įvairiais būdais per kelias antenas „per orą“, o priimti su tomis pačiomis nepriklausomomis antenomis priėmimo pusėje. Tokiu būdu gauname kelis nepriklausomus „vamzdžius“ per oro sąsają neplečiant eismo juostų. Tai yra pagrindinė mintis MIMO. Kai radijo bangos sklinda radijo kanale, stebimas selektyvus blukimas. Tai ypač pastebima tankiose miesto vietose, jei abonentas yra kelyje arba yra mobiliojo ryšio zonos pakraštyje. Išblukimas kiekviename erdviniame „vamzde“ nevyksta vienu metu. Todėl jei tą pačią informaciją perduodame dviem MIMO kanalais su nedideliu uždelsimu, prieš tai uždėję ant jo specialų kodą (Alamuoti metodas, magija kvadratinio kodo superpozicija), galime atkurti prarastus simbolius priimančiojoje pusėje, kas prilygsta pagerinti signalo ir signalo santykį iki 10-12 dB. Dėl to ši technologija vėl padidina greitį. Tiesą sakant, tai yra seniai žinomas įvairovės priėmimas (Rx Diversity), kuris yra organiškai integruotas į MIMO technologiją.

Galiausiai turime suprasti, kad MIMO turi būti palaikoma tiek bazėje, tiek mūsų modeme. Paprastai 4G MIMO kanalų skaičius yra dviejų kartotinis - 2, 4, 8 (Wi-Fi sistemose paplito trijų kanalų 3x3 sistema) ir rekomenduojama, kad jų skaičius sutaptų tiek pagrinde, tiek modeme. . Todėl, norint ištaisyti šį faktą, MIMO nustatomas su priėmimo∗perdavimo kanalais - 2x2 MIMO, 4x4 MIMO ir kt. Kol kas šiuo metu daugiausia susiduriame su 2x2 MIMO.

Kokios antenos naudojamos MIMO technologijoje? Tai įprastos antenos, tereikia jų būti dviejų (2x2 MIMO). Kanalams atskirti naudojama stačiakampė, vadinamoji X poliarizacija. Tokiu atveju kiekvienos antenos poliarizacija vertikalios atžvilgiu pasislenka 45°, o viena kitos atžvilgiu - 90°. Dėl šio poliarizacijos kampo abu kanalai yra vienodi, nes esant horizontaliai / vertikaliai antenų orientacijai, vienas iš kanalų neišvengiamai gautų didesnį slopinimą dėl žemės paviršiaus įtakos. Tuo pačiu metu 90° poliarizacijos poslinkis tarp antenų leidžia atskirti kanalus vienas nuo kito bent 18-20 dB.

MIMO jums ir man reikės modemo su dviem antenos įėjimais ir dviem antenomis ant stogo. Tačiau lieka klausimas, ar ši technologija palaikoma bazinėje stotyje. 4G LTE ir WiMAX standartuose toks palaikymas galimas tiek abonento įrenginių šone, tiek bazėje. 3G tinkle ne viskas taip paprasta. Tinkle jau veikia tūkstančiai įrenginių, kurie nepalaiko MIMO, kuriems šios technologijos įdiegimas duoda priešingą efektą – sumažėja tinklo pralaidumas. Todėl operatoriai kol kas neskuba visuotinai diegti MIMO 3G tinkluose. Kad bazė teiktų didelį greitį abonentams, ji pati turi turėti gerą transportą, t.y. prie jo turi būti prijungtas „storas vamzdis“, geriausia šviesolaidis, kas taip pat ne visada. Todėl 3G tinkluose MIMO technologija šiuo metu yra pradiniame etape ir yra išbandoma tiek operatorių, tiek vartotojų, o pastaroji ne visada sėkminga. Todėl MIMO antenomis turėtumėte pasikliauti tik 4G tinkluose. Ląstelės aptarnavimo zonos pakraštyje gali būti naudojamos didelio stiprumo antenos, pvz., veidrodinės antenos, kurioms MIMO tiekimas jau yra prekyboje.

„Wi-Fi“ tinkluose MIMO technologija yra fiksuota IEEE 802.11n ir IEEE 802.11ac standartuose ir jau palaikoma daugelyje įrenginių. Nors matome 2x2 MIMO technologijos atėjimą į 3G-4G tinklus, kūrėjai nesėdi vietoje. Jau kuriamos 64x64 MIMO technologijos su išmaniosiomis antenomis su adaptyviu spinduliavimo modeliu. Tie. jei pereisime nuo sofos ant fotelio ar eisime į virtuvę, mūsų planšetinis kompiuteris tai pastebės ir pasuks įmontuotos antenos spinduliavimo modelį norima kryptimi. Ar kam nors prireiks šios svetainės tuo metu?

MIMO(Multiple Input Multiple Output – multiple input multiple output) – belaidžio ryšio sistemose (WIFI, korinio ryšio tinkluose) naudojama technologija, galinti ženkliai pagerinti sistemos spektrinį efektyvumą, maksimalią duomenų perdavimo spartą ir tinklo pajėgumą. Pagrindinis būdas pasiekti pirmiau minėtus privalumus yra duomenų perdavimas iš šaltinio į paskirties vietą per kelis radijo ryšius, iš kur ši technologija gavo savo pavadinimą. Panagrinėkime šios problemos pagrindą ir nustatykime pagrindines priežastis, paskatinusias plačiai naudoti MIMO technologiją.

Didelės spartos jungčių, užtikrinančių aukštą paslaugų kokybę (QoS) ir aukštą atsparumą gedimams, poreikis kasmet auga. Tai labai palengvina tokių paslaugų atsiradimas kaip VoIP (), VoD () ir kt. Tačiau dauguma belaidžių technologijų neleidžia teikti abonentams aukštos kokybės paslaugų aprėpties pakraštyje. Korinio ryšio ir kitose belaidžio ryšio sistemose ryšio kokybė, taip pat turimas duomenų perdavimo greitis, sparčiai mažėja didėjant atstumui nuo (BTS). Tuo pačiu metu mažėja ir paslaugų kokybė, o tai galiausiai lemia tai, kad neįmanoma teikti aukštos kokybės paslaugų realiuoju laiku visoje tinklo radijo aprėpties zonoje. Norėdami išspręsti šią problemą, galite pabandyti kuo tankiau įrengti bazines stotis ir organizuoti vidinę aprėptį visose vietose, kuriose signalo lygis yra žemas. Tačiau tai pareikalaus didelių finansinių išlaidų, dėl kurių galiausiai padidės paslaugos kaina ir sumažės konkurencingumas. Taigi šiai problemai išspręsti reikalinga originali naujovė, kuri, esant galimybei, naudoja esamą dažnių diapazoną ir nereikalauja naujų tinklo įrenginių statybos.

Radijo bangų sklidimo ypatumai

Norint suprasti MIMO technologijos veikimo principus, būtina atsižvelgti į bendruosius kosmose. Įvairių belaidžių radijo sistemų skleidžiamos bangos, kurių diapazonas viršija 100 MHz, daugeliu atžvilgių elgiasi kaip šviesos spinduliai. Kai radijo bangos sklidimo metu susiduria su bet kokiu paviršiumi, priklausomai nuo kliūties medžiagos ir dydžio, dalis energijos sugeriama, dalis praeina, o likusi dalis atsispindi. Sugertos, atspindėtos ir perduodamos energijos dalių santykį įtakoja daugelis išorinių veiksnių, įskaitant signalo dažnį. Be to, atspindima ir perduodama signalo energija gali pakeisti jo tolesnio sklidimo kryptį, o pats signalas suskaidomas į kelias bangas.

Signalas, sklindantis pagal minėtus dėsnius nuo šaltinio iki gavėjo, susidūrus su daugybe kliūčių, yra padalintas į daugybę bangų, kurių tik dalis pasiekia imtuvą. Kiekviena iš imtuvą pasiekiančių bangų sudaro vadinamąjį signalo sklidimo kelią. Be to, dėl to, kad skirtingos bangos atsispindi nuo skirtingo skaičiaus kliūčių ir nukeliauja skirtingus atstumus, skirtingi keliai turi skirtingus kelius.

Tankioje miesto aplinkoje dėl daugybės kliūčių, tokių kaip pastatai, medžiai, automobiliai ir pan., labai dažnai susidaro situacija, kai nėra tiesioginio matomumo tarp MS ir bazinės stoties antenų (BTS). Šiuo atveju vienintelė galimybė signalui pasiekti imtuvą yra per atspindėtas bangas. Tačiau, kaip minėta pirmiau, pakartotinai atsispindėjęs signalas nebeturi pradinės energijos ir gali atvykti pavėluotai. Ypatingų sunkumų sukuria ir tai, kad objektai ne visada stovi vietoje ir laikui bėgant situacija gali labai pasikeisti. Tai iškelia problemą – vieną reikšmingiausių belaidžio ryšio sistemų problemų.

Daugiatakis sklidimas – problema ar privalumas?

Kovojant su kelių kelių signalų sklidimu, naudojami keli skirtingi sprendimai. Viena iš labiausiai paplitusių technologijų yra Receive Diversity - . Jo esmė slypi tame, kad signalui priimti naudojama ne viena, o kelios antenos (dažniausiai dvi, rečiau keturios), esančios viena nuo kitos nutolusios. Taigi gavėjas turi ne vieną, o dvi perduodamo signalo kopijas, kurios atkeliavo skirtingais būdais. Tai leidžia surinkti daugiau energijos iš pradinio signalo, nes vienos antenos gautų bangų gali nepriimti kita ir atvirkščiai. Be to, signalai, patenkantys į vieną anteną, gali būti faziškai į kitą. Šis radijo sąsajos dizainas gali būti vadinamas vieno įėjimo keliu išėjimu (SIMO), priešingai nei standartinis vienos įvesties vienos išvesties (SISO) dizainas. Galima naudoti ir atvirkštinį metodą: kai perdavimui naudojamos kelios antenos, o priėmimui – viena. Tai taip pat padidina bendrą imtuvo gauto pradinio signalo energiją. Ši grandinė vadinama kelių įėjimų vienu išėjimu (MISO). Abiejose schemose (SIMO ir MISO) bazinės stoties pusėje sumontuotos kelios antenos, nes Sunku įdiegti antenų įvairovę mobiliajame įrenginyje pakankamai dideliu atstumu nepadidinant pačios galinės įrangos dydžio.

Dėl tolesnių samprotavimų pasiekiame kelių įvesties kelių išėjimų (MIMO) schemą. Šiuo atveju perdavimui ir priėmimui įrengiamos kelios antenos. Tačiau, skirtingai nuo aukščiau pateiktų schemų, ši įvairovės schema leidžia ne tik kovoti su daugiatakiu signalo sklidimu, bet ir gauti tam tikrų papildomų privalumų. Perdavimui ir priėmimui naudojant kelias antenas, kiekvienai siuntimo/priėmimo antenų porai gali būti priskirtas atskiras informacijos perdavimo kelias. Tokiu atveju įvairovės priėmimą atliks likusios antenos, o ši antena tarnaus ir kaip papildoma antena kitiems perdavimo takams. Dėl to teoriškai duomenų perdavimo spartą galima padidinti tiek kartų, kiek naudojamos papildomos antenos. Tačiau didelį apribojimą nustato kiekvieno radijo kelio kokybė.

Kaip veikia MIMO

Kaip minėta aukščiau, norint organizuoti MIMO technologiją, reikia įdiegti kelias antenas perdavimo ir priėmimo pusėse. Paprastai sistemos įėjime ir išėjime įrengiamas vienodas antenų skaičius, nes šiuo atveju pasiekiama didžiausia duomenų perdavimo sparta. Norint parodyti antenų skaičių priėmimo ir perdavimo metu, kartu su MIMO technologijos pavadinimu, paprastai minimas pavadinimas „AxB“, kur A yra antenų skaičius sistemos įėjime, o B yra išėjime. Šiuo atveju sistema reiškia radijo ryšį.

MIMO technologija reikalauja tam tikrų siųstuvo struktūros pakeitimų, palyginti su įprastomis sistemomis. Panagrinėkime tik vieną iš galimų, paprasčiausių būdų organizuoti MIMO technologiją. Visų pirma, siuntimo pusėje reikalingas srauto daliklis, kuris perdavimui skirtus duomenis padalins į keletą mažos spartos subsrovių, kurių skaičius priklauso nuo antenų skaičiaus. Pavyzdžiui, MIMO 4x4 ir 200 Mbit/s įvesties duomenų sparta skirstytuvas sukurs 4 srautus po 50 Mbit/s. Tada kiekvienas iš šių srautų turi būti perduodamas per savo anteną. Paprastai perdavimo antenos įrengiamos su tam tikru erdviniu atskyrimu, kad būtų galima pateikti kuo daugiau klaidingų signalų, atsirandančių dėl atspindžių. Vienu iš galimų MIMO technologijos organizavimo būdų signalas perduodamas iš kiekvienos antenos su skirtinga poliarizacija, kuri leidžia jį atpažinti gavus. Tačiau paprasčiausiu atveju kiekvienas iš siunčiamų signalų pasirodo pažymėtas pačios perdavimo terpės (laiko delsa ir kiti iškraipymai).

Priėmimo pusėje kelios antenos priima signalą iš radijo eterio. Be to, priėmimo pusėje esančios antenos taip pat yra sumontuotos su tam tikra erdvine įvairove, taip užtikrinant įvairovę, apie kurią buvo kalbama anksčiau. Gauti signalai patenka į imtuvus, kurių skaičius atitinka antenų ir perdavimo kelių skaičių. Be to, kiekvienas imtuvas priima signalus iš visų sistemos antenų. Kiekvienas iš šių sumatorių iš viso srauto išskiria tik to kelio, už kurį jis atsakingas, signalo energiją. Jis tai daro arba pagal tam tikrą iš anksto nustatytą atributą, kuris buvo tiekiamas kiekvienam iš signalų, arba analizuodamas delsą, slopinimą, fazės poslinkį, t.y. sklidimo terpės iškraipymų rinkinys arba „piršto antspaudas“. Priklausomai nuo sistemos veikimo principo (Bell Laboratories Layered Space-Time – BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC) ir kt.), perduotas signalas gali būti kartojamas po tam tikro laiko arba perduodamas su nedideliu uždelsimu per kitus kanalus. antenos.

Neįprastas reiškinys, kuris gali atsirasti MIMO sistemoje, yra tai, kad MIMO sistemos duomenų perdavimo sparta gali būti sumažinta, kai tarp signalo šaltinio ir imtuvo yra matomumo linija. Taip yra visų pirma dėl to, kad supančios erdvės iškraipymų, kurie žymi kiekvieną signalą, stiprumo sumažėjimas. Dėl to tampa sunku atskirti signalus priėmimo gale ir jie pradeda daryti įtaką vienas kitam. Taigi, kuo aukštesnė radijo ryšio kokybė, tuo mažiau naudos galima gauti iš MIMO.

Kelių naudotojų MIMO (MU-MIMO)

Aukščiau aptartas radijo ryšio organizavimo principas reiškia vadinamąjį vieno vartotojo MIMO (SU-MIMO), kuriame yra tik vienas informacijos siųstuvas ir imtuvas. Tokiu atveju tiek siųstuvas, tiek imtuvas gali aiškiai koordinuoti savo veiksmus, o tuo pačiu nėra netikėtumo faktoriaus, kai eteryje gali atsirasti naujų vartotojų. Ši schema gana tinka mažoms sistemoms, pavyzdžiui, organizuojant ryšį namų biure tarp dviejų įrenginių. Savo ruožtu dauguma sistemų, tokių kaip WI-FI, WIMAX, korinio ryšio sistemos yra kelių vartotojų, t.y. juose yra vienas centras ir keli nuotoliniai objektai, su kiekvienu iš jų būtina organizuoti radijo ryšį. Taigi iškyla dvi problemos: viena vertus, bazinė stotis turi perduoti signalą daugeliui abonentų per tą pačią antenų sistemą (MIMO transliacija), ir tuo pačiu metu priimti signalą per tas pačias antenas iš kelių abonentų (MIMO MAC - Keli prieigos kanalai).

Uplink kryptimi – iš MS į BTS, vartotojai tuo pačiu dažniu perduoda savo informaciją vienu metu. Tokiu atveju bazinei stočiai iškyla sunkumų: reikia atskirti signalus iš skirtingų abonentų. Vienas iš galimų būdų kovoti su šia problema taip pat yra linijinis apdorojimo metodas, kuris apima išankstinį perduodamo signalo perdavimą. Pradinis signalas pagal šį metodą dauginamas iš matricos, kurią sudaro koeficientai, atspindintys kitų abonentų trukdžių efektą. Matrica sudaroma atsižvelgiant į dabartinę radijo situaciją: abonentų skaičių, perdavimo greitį ir kt. Taigi prieš perdavimą signalas yra iškraipomas, atvirkščiai, nei jis susidurs radijo perdavimo metu.

Žemyn - kryptimi nuo BTS iki MS, bazinė stotis vienu metu tuo pačiu kanalu perduoda signalus keliems abonentams vienu metu. Tai veda prie to, kad vienam abonentui perduodamas signalas turi įtakos visų kitų signalų priėmimui, t.y. atsiranda trukdžių. Galimi būdai kovoti su šia problema yra nešvaraus popieriaus kodavimo technologijos naudojimas arba taikymas. Pažvelkime atidžiau į nešvaraus popieriaus technologiją. Jo veikimo principas pagrįstas esamos radijo bangų būklės ir aktyvių abonentų skaičiaus analize. Vienintelis (pirmasis) abonentas perduoda savo duomenis į bazinę stotį nekoduodamas ir nekeisdamas savo duomenų, nes nėra kitų abonentų trukdžių. Antrasis abonentas užkoduos, t.y. pakeiskite savo signalo energiją, kad netrukdytumėte pirmajam ir kad jūsų signalas nebūtų paveiktas pirmojo. Vėlesni prie sistemos prisijungę abonentai taip pat laikysis šio principo ir bus grindžiami aktyvių abonentų skaičiumi bei jų perduodamų signalų poveikiu.

MIMO taikymas

Pastarąjį dešimtmetį MIMO technologija buvo vienas iš aktualiausių būdų padidinti belaidžio ryšio sistemų pralaidumą ir pajėgumą. Pažvelkime į keletą MIMO naudojimo įvairiose ryšių sistemose pavyzdžių.

„WiMAX“ standartas taip pat turi du leidimus, kurie suteikia naujų galimybių vartotojams naudojant MIMO technologiją. Pirmasis, 802.16e, teikia mobiliojo plačiajuosčio ryšio prieigos paslaugas. Tai leidžia perduoti informaciją iki 40 Mbit/s greičiu kryptimi nuo bazinės stoties iki abonentinės įrangos. Tačiau MIMO 802.16e yra laikomas pasirinkimu ir naudojamas paprasčiausioje konfigūracijoje - 2x2. Kitame leidime 802.16m MIMO laikoma privaloma technologija, galima 4x4 konfigūracija. Šiuo atveju WiMAX jau galima priskirti korinio ryšio sistemoms, būtent jų ketvirtajai kartai (dėl didelio duomenų perdavimo greičio), nes turi daugybę korinio ryšio tinklams būdingų savybių: balso ryšius. Mobiliojo naudojimo atveju teoriškai galima pasiekti 100 Mbit/s spartą. Fiksuotoje versijoje greitis gali siekti 1 Gbit/s.

Didžiausią susidomėjimą kelia MIMO technologijos naudojimas korinio ryšio sistemose. Ši technologija buvo naudojama nuo trečiosios korinio ryšio sistemų kartos. Pavyzdžiui, standarte Rel. 6 jis naudojamas kartu su HSPA technologija, palaikančia greitį iki 20 Mbit/s, ir Rel. 7 – su HSPA+, kur duomenų perdavimo sparta siekia 40 Mbit/s. Tačiau MIMO dar nebuvo plačiai naudojamas 3G sistemose.

Sistemos, būtent LTE, taip pat numato MIMO naudojimą iki 8x8 konfigūracijų. Tai teoriškai leidžia perduoti duomenis iš bazinės stoties abonentui daugiau nei 300 Mbit/s greičiu. Kitas svarbus teigiamas momentas yra stabili ryšio kokybė net prie krašto. Tokiu atveju, net esant dideliam atstumui nuo bazinės stoties arba esant atokioje patalpoje, bus stebimas tik nedidelis duomenų perdavimo spartos sumažėjimas.

Taigi MIMO technologija pritaikoma beveik visose belaidžio duomenų perdavimo sistemose. Be to, jo potencialas nėra išnaudotas. Jau kuriamos naujos antenos konfigūracijos galimybės iki 64x64 MIMO. Tai leis ateityje pasiekti dar didesnį duomenų perdavimo spartą, tinklo pajėgumą ir spektrinį efektyvumą.

Atsižvelgiant į naujų belaidžių įrenginių, palaikančių MU-MIMO technologiją, ypač su UniFi AC HD (UAP-AC-HD) išvestį, išleidimą, reikia išsiaiškinti, kas tai yra ir kodėl sena aparatinė įranga nepalaiko šios technologijos. .

Kas yra 802.11ac?

802.11ac standartas yra belaidžio ryšio technologijos transformacija, kuri pakeitė ankstesnę kartą 802.11n standarto forma.

802.11n atsiradimas, kaip buvo manoma anksčiau, turėjo leisti įmonėms plačiai naudoti šią technologiją kaip alternatyvą įprastiniam laidiniam ryšiui dirbant vietiniame tinkle (LAN).

802.11ac yra tolesnis belaidžių technologijų kūrimo etapas. Teoriškai naujasis standartas gali užtikrinti iki 6,9 Gbit/s duomenų perdavimo spartą 5 GHz dažnių juostoje. Tai yra 11,5 karto daugiau nei 802.11n duomenų perdavimo apimtis.

Naujasis standartas yra dviejų laidų: Wave 1 ir Wave 2. Žemiau galite pamatyti esamų standartų palyginimo lentelę.

Kuo skiriasi 1 banga ir 2 banga?

802.11ac Wave 1 produktai buvo parduodami rinkoje maždaug nuo 2013 m. vidurio. Naujoji standarto peržiūra yra pagrįsta ankstesne standarto versija, tačiau su kai kuriais labai reikšmingais pakeitimais, būtent:

Padidintas našumas nuo 1,3 Gbit iki 2,34 Gbit;
Pridėtas kelių vartotojų MIMO (MU-MIMO) palaikymas;
Leidžiami platūs 160 MHz kanalai;
Ketvirtasis erdvinis srautas (Spatial Stream), užtikrinantis didesnį našumą ir stabilumą;
Daugiau kanalų 5 GHz juostoje;

Ką tiksliai „Wave 2“ patobulinimai daro tikram vartotojui?

Padidėjęs pralaidumas turi teigiamą poveikį programoms, kurios yra jautrios tinklo pralaidumui ir delsai. Tai visų pirma yra srautinio balso ir vaizdo turinio perdavimas, taip pat tinklo tankio ir klientų skaičiaus didinimas.

MU-MIMO suteikia milžiniškas galimybes plėtoti daiktų internetą (IoT), kai vienas vartotojas gali vienu metu prijungti kelis įrenginius.

MU-MIMO technologija leidžia vienu metu keliauti pasroviui, vienu metu teikti paslaugas keliems įrenginiams, o tai pagerina bendrą tinklo našumą. MU-MIMO taip pat turi teigiamą poveikį delsai, todėl užtikrina greitesnį ryšį ir greitesnę bendrą klientų patirtį. Be to, technologijos ypatybės leidžia prie tinklo prijungti dar didesnį skaičių vienu metu veikiančių klientų nei ankstesnėje standarto versijoje.

Naudojant 160 MHz kanalo plotį, reikia atitikti tam tikras sąlygas (maža galia, mažas triukšmas ir pan.), tačiau kanalas gali labai padidinti našumą perduodant didelius duomenų kiekius. Palyginimui, 802.11n gali užtikrinti iki 450 Mbps kanalo greitį, naujesnė 802.11ac Wave 1 gali užtikrinti iki 1,3 Gbps, o 802.11ac Wave 2 su 160 MHz kanalu gali užtikrinti apie 2,3 Gbps kanalo greitį.

Ankstesnės kartos standarte buvo leista naudoti 3 siųstuvų-imtuvų antenas, nauja versija prideda 4 srautą. Šis pakeitimas padidina ryšio diapazoną ir stabilumą.

Visame pasaulyje 5 GHz dažnių juostoje yra 37 kanalai. Kai kuriose šalyse kanalų skaičius yra ribotas, kitose – ne. 802.11ac Wave 2 leidžia naudoti daugiau kanalų, o tai padidins vienu metu veikiančių įrenginių skaičių vienoje vietoje. Be to, platiems 160 MHz kanalams reikia daugiau kanalų.

Ar 802.11ac Wave 2 yra naujų kanalų greičių?

Naujasis standartas paveldi standartus, pristatytus pirmoje laidoje. Kaip ir anksčiau, greitis priklauso nuo srautų skaičiaus ir kanalo pločio. Maksimali moduliacija išliko nepakitusi – 256 QAM.

Jei anksčiau 866,6 Mbit kanalo greičiui reikėjo 2 srautų ir 80 MHz kanalo pločio, tai dabar tokį kanalo greitį galima pasiekti naudojant tik vieną srautą, o kanalo greitį padidinus dviem – nuo 80 iki 160 MHz.

Kaip matote, esminių pokyčių nebuvo. Ryšium su 160 MHz kanalų palaikymu, taip pat padidėjo maksimalus kanalų greitis - iki 2600 Mbit.

Praktiškai tikrasis greitis yra maždaug 65% kanalo greičio (PHY Rate).

Naudodami 1 srautą, 256 QAM moduliaciją ir 160 MHz kanalą, galite pasiekti realų greitį apie 560 Mbit/s. Atitinkamai, 2 srautai užtikrins ~1100 Mbit/s mainų greitį, 3 srautai – 1,1-1,6 Gbit/s.

Kokias juostas ir kanalus naudoja 802.11ac Wave2?

Praktiškai „Waves 1“ ir „Waves 2“ veikia tik 5 GHz dažnių juostoje. Dažnių diapazonas priklauso nuo regioninių apribojimų, paprastai naudojamas 5,15–5,35 GHz ir 5,47–5,85 GHz diapazonas.

JAV 5 GHz belaidžiams tinklams skirta 580 MHz juosta.

802.11ac, kaip ir anksčiau, gali naudoti 20 ir 40 MHz kanalus, o tuo pačiu metu geras našumas gali būti pasiektas naudojant tik 80 MHz arba 160 MHz.

Kadangi praktikoje ne visada įmanoma naudoti nuolatinę 160 MHz juostą, standartas numato 80+80 MHz režimą, kuris 160 MHz juostą padalins į 2 skirtingas juostas. Visa tai suteikia daugiau lankstumo.

Atminkite, kad standartiniai 802.11ac kanalai yra 20/40/80 MHz.

Kodėl yra dvi 802.11ac bangos?

IEEE diegia standartus bangomis, kai technologijos tobulėja. Šis metodas leidžia pramonei nedelsiant išleisti naujus produktus, nelaukiant, kol bus užbaigta konkreti funkcija.

Pirmoji 802.11ac banga gerokai patobulino 802.11n ir padėjo pagrindą tolesnei plėtrai.

Kada turėtume tikėtis produktų, palaikančių 802.11ac Wave 2?

Remiantis pirminėmis analitikų prognozėmis, pirmieji vartotojams skirti produktai turėtų pasirodyti 2015 m. viduryje. Aukštesnio lygio įmonių ir operatorių sprendimai paprastai pasirodo su 3–6 mėnesių vėlavimu, kaip ir su pirmąja standarto banga.

Abi klasės, vartotojų ir komercinės, paprastai išleidžiamos prieš WFA (Wi-Fi Alliance) sertifikavimo pradžią (2016 m. antroje pusėje).

2017 m. vasario mėn. įrenginių, palaikančių 802.11ac W2, skaičius nėra toks didelis, kaip norėtume. Ypač iš Mikrotik ir Ubiquit.

Ar „Wave 2“ įrenginiai labai skirsis nuo „Wave 1“?

Naujojo standarto atveju tęsiasi bendra ankstesnių metų tendencija – išmanieji telefonai ir nešiojamieji kompiuteriai gaminami 1-2 srautais, 3 srautai skirti sudėtingesnėms užduotims atlikti. Nėra praktinės prasmės diegti visas standarto funkcijas visuose įrenginiuose.

Ar „Wave 1“ įranga suderinama su „Wave 2“?

Pirmoji banga leidžia 3 srautus ir kanalus iki 80 MHz, kliento įrenginiai ir prieigos taškai yra visiškai suderinami.

Norint įgyvendinti antros kartos funkcijas (160 MHz, MU-MIMO, 4 srautai), tiek kliento įrenginys, tiek prieigos taškas turi palaikyti naują standartą.

Naujos kartos prieigos taškai yra suderinami su 802.11ac Wave 1, 802.11n ir 802.11a klientų įrenginiais.

Taigi nebus galima naudotis papildomomis antros kartos adapterio galimybėmis su pirmosios kartos tašku ir atvirkščiai.

Kas yra MU-MIMO ir ką jis daro?

MU-MIMO yra „daugelio vartotojų kelių įvesties, kelių išėjimų“ trumpinys. Tiesą sakant, tai yra viena iš pagrindinių antrosios bangos naujovių.

Kad MU-MIMO veiktų, klientas ir AP turi jį palaikyti.

Trumpai tariant, prieigos taškas gali siųsti duomenis į kelis įrenginius vienu metu, o ankstesni standartai leido duomenis siųsti tik vienam klientui vienu metu.

Tiesą sakant, įprastas MIMO yra SU-MIMO, t.y. SingleUser, vieno vartotojo MIMO.

Pažiūrėkime į pavyzdį. Yra taškas su 3 srautais (3 erdviniai srautai / 3SS) ir prie jo prijungti 4 klientai: 1 klientas su 3SS palaikymu, 3 klientai su 1SS palaikymu.

Prieigos taškas visiems klientams paskirsto laiką vienodai. Dirbant su pirmuoju klientu, taškas išnaudoja 100% savo galimybių, nes klientas palaiko ir 3SS (MIMO 3x3).

Likę 75 % laiko taškas veikia su trimis klientais, kurių kiekvienas naudoja tik 1 giją (1SS) iš 3 galimų. Tuo pačiu metu prieigos taškas naudoja tik 33% savo galimybių. Kuo daugiau tokių klientų, tuo mažesnis efektyvumas.

Konkrečiame pavyzdyje vidutinis kanalo greitis bus 650 Mbit:

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

Praktiškai tai reikš apie 420 Mbit vidutinį greitį iš galimų 845 Mbit.

Dabar pažvelkime į pavyzdį naudojant MU-MIMO. Turime tašką, kuris palaiko antrosios kartos standartą, naudojant MIMO 3x3, kanalo greitis išliks nepakitęs - 1300 Mbit, kai kanalo plotis 80 MHz. Tie. Tuo pačiu metu klientai, kaip ir anksčiau, gali naudotis ne daugiau kaip 3 kanalais.

Bendras klientų skaičius dabar yra 7, o prieigos taškas suskirstė juos į 3 grupes:

vienas 3SS klientas;
trys 1SS klientai;
vienas 2SS klientas + vienas 1SS;
vienas 3SS klientas;

Dėl to gauname 100% AP galimybių įgyvendinimą. Pirmosios grupės klientas naudoja visus 3 srautus, kitos grupės klientai – vieną kanalą ir pan. Vidutinė kanalo sparta bus 1300 Mbit. Kaip matote, produkcija išaugo dvigubai.

Ar Point MU-MIMO suderinamas su senesniais klientais?

Deja, ne! MU-MIMO nesuderinamas su pirmąja protokolo versija, t.y. Kad ši technologija veiktų, jūsų kliento įrenginiai turi palaikyti antrąją versiją.

MU-MIMO ir SU-MIMO skirtumai

SU-MIMO prieigos taškas vienu metu perduoda duomenis tik vienam klientui. Naudojant MU-MIMO, prieigos taškas gali perduoti duomenis keliems klientams vienu metu.

Kiek klientų vienu metu palaikoma MU-MIMO?

Standartas numato vienu metu aptarnauti iki 4 įrenginių. Bendras maksimalus gijų skaičius gali būti iki 8.

Priklausomai nuo įrangos konfigūracijos, galimos įvairios parinktys, pavyzdžiui:

1+1: du klientai, kiekvienas turi vieną giją;
4+4: du klientai, kurių kiekvienas naudoja 4 gijas;
2+2+2+2: keturi klientai, po 2 gijas;
1+1+1: trys klientai viename sraute;
2+1, 1+1+1+1, 1+2+3, 2+3+3 ir kiti deriniai.

Viskas priklauso nuo aparatinės įrangos konfigūracijos, dažniausiai įrenginiai naudoja 3 srautus, todėl taškas vienu metu gali aptarnauti iki 3 klientų.

Taip pat MIMO 3x3 konfigūracijoje galima naudoti 4 antenas. Ketvirtoji antena šiuo atveju yra papildoma, ji neįgyvendina papildomo srauto.

Ar MU-MIMO palaikoma tik „Downlink“?

Taip, standartas palaiko tik Downlink MU-MIMO, t.y. punktas vienu metu gali perduoti duomenis keliems klientams. Tačiau esmė negali tuo pačiu metu „klausytis“.

„Uplink MU-MIMO“ diegimas buvo laikomas neįmanomu per trumpą laiką, todėl ši funkcija bus įtraukta tik į 802.11ax standartą, kurį planuojama išleisti 2019–2020 m.

Kiek srautų palaikoma MU-MIMO?

Kaip minėta aukščiau, MU-MIMO gali dirbti su bet kokiu srautų skaičiumi, bet ne daugiau kaip 4 vienam klientui.

Aukštos kokybės kelių vartotojų perdavimui standarte rekomenduojama naudoti daugiau antenų ir daugiau srautų. Idealiu atveju MIMO 4x4 turėtų būti 4 priėmimo ir tiek pat siuntimo antenos.

Ar naujam standartui reikia naudoti specialias antenas?

Antenų konstrukcija išlieka ta pati. Kaip ir anksčiau, galite naudoti bet kokias suderinamas antenas, skirtas naudoti 5 GHz juostoje 802.11a/n/ac.

Antrasis leidimas taip pat pridėjo Beamforming, kas tai yra?

Beamforming technologija leidžia keisti spinduliavimo modelį, pritaikant jį konkrečiam klientui. Veikimo metu taškas analizuoja kliento signalą ir optimizuoja jo spinduliavimą. Spindulio formavimo proceso metu gali būti naudojama papildoma antena.

Ar 802.11ac Wave 2 AP gali valdyti 1 Gbps srautą?

Potencialiai naujos kartos prieigos taškai gali valdyti tokį srautą. Faktinis pralaidumas priklauso nuo daugelio veiksnių, pradedant palaikomų srautų skaičiaus, ryšio diapazono, kliūčių buvimo ir baigiant trukdžių buvimu, prieigos taško ir kliento modulio kokybe.

Kokie dažnių diapazonai naudojami 802.11ac bangoje?

Veikimo dažnio pasirinkimas priklauso tik nuo regioninių teisės aktų. Kanalų ir dažnių sąrašas nuolat keičiasi, žemiau pateikiami JAV (FCC) ir Europos duomenys 2015 m. sausio mėn.

Europoje leidžiama naudoti didesnį nei 40 MHz kanalo plotį, todėl naujojo standarto atžvilgiu jam taikomos tos pačios taisyklės kaip ir ankstesniam standartui.

Internetinis tinklo technologijų kursas

Rekomenduoju Dmitrijaus Skoromnovo kursą "". Kursas nėra susietas su jokio gamintojo įranga. Tai suteikia pagrindinių žinių, kurias turėtų turėti kiekvienas sistemos administratorius. Deja, daugelis administratorių, net ir turėdami 5 metų patirtį, dažnai neturi nė pusės šių žinių. Kursas apima daugybę skirtingų temų paprasta kalba. Pavyzdžiui: OSI modelis, inkapsuliavimas, susidūrimo ir transliavimo domenai, atgalinis ryšys, QoS, VPN, NAT, DNS, Wi-Fi ir daugelis kitų temų.

Atskirai atkreipsiu dėmesį į IP adresavimo temą. Jame paprasta kalba aprašoma, kaip atlikti konvertavimą iš dešimtainės skaičių sistemos į dvejetainę sistemą ir atvirkščiai, skaičiavimai pagal IP adresą ir kaukę: tinklo adresai, transliavimo adresai, tinklo prieglobos skaičius, potinklis ir kitos su IP adresavimu susijusios temos.

Kursas turi dvi versijas: mokamą ir nemokamą.