Бездротове обладнання з підтримкою режиму MIMO. Технологія передачі даних MIMO в бездротових мережах WIFI Технологія mimo переваги та недоліки

Існуючі мережі мобільного зв'язку використовуються не тільки для здійснення дзвінків та передачі повідомлень. Завдяки цифровому методу передачі за допомогою існуючих мереж можлива також передача даних. Дані технології, залежно від рівня розвитку, позначаються 3G та 4G. Технологію 4G підтримує стандарт LTE. Швидкість передачі даних залежить від деяких особливостей мережі (визначається оператором), досягаючи теоретично до 2 Мб/с для мережі 3G та до 1 Гб/с для мережі 4G. Усі зазначені технології працюють ефективніше за наявності сильного та стабільного сигналу. Для цього більшість модемів передбачає підключення зовнішніх антен.

Панельна антена

У продажу можна зустріти різні варіанти антен для покращення якості прийому. Великою популярністю користується панельна антена 3G. Коефіцієнт посилення подібної антени становить близько 12 дБ у діапазоні частот 1900-2200 МГц. Подібний тип пристроїв здатний покращити якість сигналу 2G – GPRS і EDGE.

Як і переважна більшість інших пасивних пристроїв, вона має односторонню спрямованість, що разом зі збільшенням сигналу, що приймається, дозволяє знизити рівень перешкод з бічних напрямків і ззаду. Таким чином, навіть в умовах нестійкого прийому можна підняти рівень сигналу до прийнятних значень, тим самим збільшуючи швидкість і передачі інформації.

Застосування панельних антен для роботи в мережах 4G

Оскільки робочий діапазон мереж 4G практично збігається з діапазоном попереднього покоління, не виникає жодних складнощів у використанні даних антен у мережах 3G 4G LTE. Для будь-якої технології застосування антен дозволяє більш наблизити швидкості передачі даних до максимальних значень.

Ще більше збільшити швидкість прийому та передачі даних дозволила нова технологія, що використовує роздільні приймачі та передавачі в одній смузі частот. Конструкція існуючого модему 4G передбачає використання технології MIMO.

Безперечна перевага панельних антен - їх низька ціна і виняткова надійність. У конструкції практично немає нічого, що може зламатися навіть при падінні з великої висоти. Єдине слабке місце – високочастотний кабель, який може переломитися у місці введення в корпус. Щоб продовжити термін служби пристрою, кабель повинен бути надійно закріплений.

Технологія MIMO

Для збільшення пропускної спроможності каналу зв'язку між приймачем і передавачем даних розроблено метод обробки сигналу, коли прийом та передача ведуться різні антени.

Зверніть увагу!Застосовуючи антени LTE MIMO, можна збільшити пропускну здатність на 20-30% щодо роботи з простою антеною.

Основний принцип полягає у усуненні взаємозв'язку між антенами.

Електромагнітні хвилі можуть мати різний напрямок щодо площини землі. Це називається поляризації. В основному використовуються вертикально та горизонтально поляризовані антени. Для виключення взаємного впливу між собою антени відрізняються одна від одної поляризацією на кут 90 гр. Щоб вплив земної поверхні був однаковим для обох антен, площини поляризації кожної зміщують на 45 гр. щодо землі. Таким чином, якщо одна з антен має кут поляризації 45 гр., Інша, відповідно, 45 гр. Щодо один одного зсув складає необхідні 90 гр.

На малюнку наочно видно, як розгорнуті антени щодо один одного та щодо землі.

Важливо!Поляризація антен має бути такою самою, як і на базовій станції.

Якщо для технологій 4G LTE підтримка за замовчуванням MIMO є на базовій станції, то для 3G у зв'язку з великою кількістю пристроїв без MIMO, оператори не поспішають впроваджувати нові технології. Справа в тому, що в мережі MIMO 3G пристрої працюватимуть набагато повільніше.

Установка антен для модему своїми руками

Правила встановлення антен не відрізняються від звичайних. Головна умова – відсутність перешкод між клієнтською та базовою станціями. Дерево, що росте, дах сусідньої будівлі або, що ще гірше, лінія електропередач, служать надійними екранами для електромагнітних хвиль. І чим вище частота сигналу, тим більше загасання будуть вносити розташовані на шляху поширення радіохвиль перешкоди.

Залежно від типу кріплення антени можна встановлювати на стіні будівлі або закріплювати на щоглі. Є два види антенMIMO:

моноблочні;
рознесені.

Моноблочні вже містять усередині дві конструкції, встановлені з необхідною поляризацією, а рознесені складаються з двох антен, які потрібно кріпити окремо, кожна з них повинна бути спрямована точно на базову станцію.

Всі нюанси установки антени MIMO своїми руками чітко та докладно описані у супровідній документації, але краще попередньо проконсультуватися з провайдером або запросити представника для встановлення, заплативши невелику суму, але отримавши певну гарантію на виконані роботи.

Як зробити антену самостійно

Принципових складнощів при самостійному виготовленні немає. Потрібні навички роботи з металом, вміння тримати в руках паяльник, бажання та акуратність.

Неодмінна умова – суворе дотримання геометричних розмірів всіх, без винятку, складових частин. Геометричні розміри високочастотних пристроїв повинні бути дотримані з точністю до міліметра та точніше. Будь-яке відхилення веде до погіршення показників. Впаде коефіцієнт посилення, збільшиться взаємозв'язок між антенами MIMO. Зрештою замість посилення сигналу буде спостерігатися його ослаблення.

На жаль, у широкому доступі відсутні точні геометричні розміри. Як виняток, наявні в мережі матеріали ґрунтуються на повторенні деяких заводських конструкцій, не завжди скопійованих із заданою точністю. Тому не варто покладати великі надії на схеми, описи та методики, що публікуються в інтернеті.

З іншого боку, якщо не потрібно понад сильне посилення, то виконана самостійно, з дотриманням зазначених розмірів антена MIMO, все одно дасть, хоч і не великий, але позитивний ефект.

Вартість матеріалів невисока, витрати часу за наявності навичок також не надто великі. До того ж ніхто не заважає випробувати кілька варіантів та вибрати прийнятний за результатами тестування.

Для того щоб зробити MIMO антену 4G LTE своїми руками, потрібні два абсолютно рівні листи оцинкованої сталі товщиною 0.2-0.5 мм, а краще одностороннього фольгованого склотекстоліту. Один з листів піде виготовлення рефлектора (відбивача), а інший – виготовлення активних елементів. Кабель для підключення до модему повинен мати опір 50 Ом (такий стандарт для модемного обладнання).

Телевізійний кабель використовувати не можна з двох причин:

опір 75 Ом викличе неузгодженість із входами модему;
велика товщина.

Також необхідно підібрати рознімання, які повинні точно відповідати розніманням на модемі.

Важливо!Вказана відстань між активними елементами та рефлектором повинна відраховуватись від шару фольги у разі використання фольгованого матеріалу.

Крім того знадобиться невеликий відрізок мідного дроту завтовшки 1-1.2 мм.

Виготовлена конструкція має бути поміщена у пластиковий корпус. Метал використовувати не можна, оскільки таким чином антена буде поміщена в електромагнітний екран і не працюватиме.

Зверніть увагу!Більшість креслень відноситься не до MIMO антен, а до панельних. Зовні вони відрізняються тим, що до простої панельної антени підводиться один кабель, а до MIMO потрібно два.

Виготовивши дві панельні антени, можна отримати рознесений варіант, виконаний своїми руками антени МИМО 4G.

Підбиваючи підсумки, можна сказати, виготовлення антени МИМО своїми руками – не дуже важка справа. При належній ретельності цілком можливо отримати працездатний пристрій, заощадивши кілька фінансів. Дещо простіше виконати антену 3G своїми руками. У віддаленій місцевості, де ще немає покриття ЛТІ, це може бути єдиним варіантом підвищити швидкість з'єднання.

Відео

Технологія на основі стандарту WiFi IEEE 802.11n.

Wi-Life представляє короткий огляд за технологією WiFi IEEE 802.11 n .
Розширена інформація до нашої відеопублікації.

Перше покоління пристроїв із підтримкою стандарту WiFi 802.11n з'явилося на ринку кілька років тому. Технологія MIMO ( MIMO - multiple input / multiple output -множинні входи/множинні виходи) є стрижнем 802.11n. Це радіосистема з безліччю роздільних шляхів передачі та прийому. MIMO-системи описуються з використанням кількості передавачів та приймачів. Стандарт WiFi 802.11n визначає набір можливих комбінацій від 1х1 до 4х4.

У типовому випадку розгортання мережі стандарту Wi-Fi всередині приміщення, наприклад в офісі, цеху, ангарі, лікарні радіосигнал рідко йде по найкоротшому шляху між передавачем і приймачем через стіни, двері та інші перешкоди. Більшість подібних оточень мають багато різних поверхонь, які відображають радіосигнал (електромагнітну хвилю) подібно до дзеркала, що відображає світло. Після перевідображення утворюються множинні копії вихідного сигналу WiFi. Коли множинні копії WiFi-сигналу переміщуються різними шляхами від передавача до приймача сигнал, що йшов найкоротшим шляхом, буде першим, а наступні копії (або відбите відлуння сигналу) прийдуть трохи пізніше через більш довгі шляхи. Це називають багатопроменевим поширенням сигналу (multipath). Умови множинного поширення постійно змінюються, т.к. Wi-Fi пристрої часто переміщаються (смартфон з Wi-Fi в руках користувача), рухаються навколо різні об'єкти створюючи перешкоди (люди, машини і т.п.). У разі прибуття сигналів у різний час та під різними кутами це може викликати спотворення та можливе загасання сигналу.

Важливо пам'ятати, що підтримка WiFi 802.11 n c MIMO і великою кількістю приймачів може знизити ефект багатопроменевого поширення та деструктивну інтерференцію, але у будь-якому випадку краще зменшувати умови багатопроменевого поширення де і як тільки можливо. Один з найважливіших моментів - тримайте антени якнайдалі від металевих предметів (передусім омні антени WiFi, які мають кругову або всеспрямовану діаграму спрямованості).

Необхідночітко розуміти, що далеко не всі Wi-Fi клієнти і точки доступу стандарту WiFi однакові з точки зору MIMO.
Існують клієнти 1х1, 2х1, 3х3 тощо. Наприклад, мобільні пристрої типу сматрфона найчастіше підтримують MIMO 1x 1, іноді 1x 2. Це пов'язано з двома ключовими проблемами:
1. необхідність забезпечення низького споживання енергії та довгого життя акумулятора,
2. складність у розташуванні кількох антен з адекватним їх рознесенням у невеликому корпусі.
Це ж стосується й інших мобільних пристроїв: планшетних комп'ютерів, КПК тощо.

Ноутбуки високого рівня досить часто вже зараз підтримують MIMO аж до 3х3 (MacBook Pro і тп).

Давайтерозглянемо основні типи MIMO у мережах стандарту WiFi.
Зараз ми опустимо деталізацію кількості передавачів та приймачів. Важливо зрозуміти принцип.

Перший тип: Рознесення при отриманні сигналу на WiFi пристрої

Якщо в точці прийому є не менше двох зв'язаних приймачів з рознесеними антенами,
то цілком реально провести аналіз усіх копій кожному приймачі на вибір кращих сигналів.
Далі з цими сигналами можна проводити різні маніпуляції, але нас цікавить, перш за все,
можливість їх комбінування за допомогою технології MRC (Maximum Ratio Combined). Технологію MRC докладніше буде розглянуто далі.

Другий тип: Рознесення при надсиланні сигналу на WiFi пристрої

Якщо в точці відправки є не менше двох пов'язаних передавачів WiFi з рознесеними антенами, то з'являється можливість відправлення групи ідентичних сигналів для збільшення кількості копій інформації, підвищення надійності передачі і зниження необхідності пересилання даних у радіоканалі, у разі їх втрат.

Третій тип: Просторове мультиплексування сигналів на пристрої стандарту WiFi
(Об'єднання сигналів)

Якщо в точці відправки та в точці прийому є не менше двох пов'язаних передавачів WiFi з рознесеними антенами, то з'являється можливість відправки набору різної інформації поверх різних сигналів з метою створення можливості віртуального об'єднання таких інформаційних потоків в один канал передачі даних, загальна пропускна спроможність якого прагне сумі окремих потоків, у тому числі він складається. Це називається просторовим мультиплексуванням. Але тут дуже важливо забезпечити можливість якісного поділу всіх вихідних сигналів, що потребує великої величини. SNR - Співвідношення сигнал/шум.

Технологія MRC (maximum ratio combined ) використовується в багатьох сучасних Точках Доступу Wi-Fi корпоративного класу
MRC спрямований на підйом рівня сигналу у напрямку від Wi-Fi клієнта до точки доступу WiFi 802.11.
Алгоритм роботи MRC передбачає збір на кількох антенах і приймачах всіх прямих і перевідбитих при багатопроменевому поширенні сигналів. Далі спеціальний процесор ( DSP ) відбирає найкращий сигнал з кожного приймача та виконує комбінування. Фактично математична обробка реалізує віртуальний фазовий зсув створення позитивної інтерференції зі складанням сигналів. Таким чином, результуючий сумарний сигнал значно краще за характеристиками, ніж усі вихідні.

MRC дозволяє забезпечувати значно кращі умови роботи малопотужних мобільних пристроїв у мережі стандарту Wi-Fi .

У системах WiFi 802.11n Переваги багатопроменевого поширення використовуються для одночасної передачі кількох радіосигналів. Кожен із цих сигналів, званих « просторовими потоками», відправляється з окремої антени за допомогою окремого передавача. Внаслідок наявності деякої відстані між антенами кожен сигнал слід до приймача по трохи відрізняється шляху. Цей ефект називається « просторовим рознесенням». Приймач також обладнаний кількома антенами зі своїми окремими радіомодулями, які незалежно декодують сигнали, що надходять, і кожен сигнал поєднується з сигналами від інших приймальних радіомодулів. Внаслідок цього одночасно здійснюється прийом кількох потоків даних. Це забезпечує значно більшу пропускну здатність, ніж у колишніх системах стандарту WiFi 802.11, але й вимагає наявності клієнта з підтримкою 802.11n.

Тепер трохи заглибимося на цю тему:
У пристроях стандарту WiFi з MIMO можливе поділ всього вхідного інформаційного потоку на кілька різних потоків даних за допомогою просторового мультиплексування для подальшого відправлення. Використовується кілька передавачів та антен для надсилання різних потоків в одному частотному каналі. Можна візуалізувати це таким чином, що деяка текстова фраза може передаватися так, що перше слово відправляється через один передавач, друге через інший передавач і т.д.
Природно, сторона, що приймає, повинна підтримувати такий же функціонал (MIMO) для повноцінного виділення різних сигналів, їх перескладання і об'єднання за допомогою знову ж таки просторового мультиплексування. Так ми маємо можливість відновити вихідний інформаційний потік. Дана технологія дозволяє розділити великий потік даних на набір менших потоків і передавати їх окремо один від одного. У цілому це дає можливість найбільш ефективно утилізувати радіосередовище і частоти виділені для Wi-Fi.

Технологія стандарту WiFi 802.11n також визначає як MIMO може бути використана для поліпшення рівня SNR на приймачі, використовуючи управління діаграмою спрямованості на передачі (transmit beamforming). З цією технікою можна керувати процесом відправки сигналів з кожної антени так, щоб покращилися параметри сигналу, що приймається в приймачі. Іншими словами на додаток до відправки множинних потоків даних можуть бути використані множинні передавачі, щоб досягти вищого SNR в точці прийому і, в результаті, більшої швидкості передачі даних на клієнта.
Необхідно відзначити такі речі:
1. Процедура управління діаграмою спрямованості (transmit beamforming), визначена у стандарті Wi-Fi 802.11n, вимагає спільної роботи з приймачем (фактично з клієнтським пристроєм) для отримання зворотного зв'язку стан сигналу на приймачі. Тут необхідно мати підтримку цієї функціональності на обох сторонах каналу як на передавачі, так і на приймачі.
2. У силу складності даної процедури управління діаграмою спрямованості (transmit beamforming) не було підтримано у першому поколінні чіпів 802.11n як на стороні терміналів, так і на сторонах точок доступу. В даний час більшість існуючих чіпів для клієнтських пристроїв також не підтримують цей функціонал.
3. Існують рішення для побудови мереж Wi-Fi , які дозволяють повноцінно керувати діаграмою спрямованості на точках доступу без необхідності отримання зворотного зв'язку від клієнтських пристроїв.

Для отримання анонсів при виході нових тематичних статей або появі нових матеріалів на сайті пропонуємо.

Приєднуйтесь до нашої групи на

27.08.2015

Напевно, багато хто вже чув про технологію MIMO, Останніми роками її часто рясніють рекламні проспекти і плакати, особливо у комп'ютерних магазинах і журналах. Але що ж таке MIMO (МІМО) і з чим її їдять? Давайте розберемося докладніше.

Технологія MIMO

MIMO (Multiple Input Multiple Output; множинні входи, множинні виходи) - метод просторового кодування сигналу, що дозволяє збільшити смугу пропускання каналу, при якому для передачі даних використовуються дві і більше антени і така кількість антен для прийому. Передавальні та приймальні антени рознесені настільки, щоб досягти мінімального взаємного впливу одна на одну між сусідніми антенами. Технологія MIMO використовується у бездротових зв'язках Wi-Fi, WiMAX, LTE для збільшення пропускної здатності та більш ефективного використання частотної смуги. Фактично MIMO дозволяє одному частотному діапазоні і заданому частотному коридорі передавати більше даних, тобто. збільшити швидкість. Досягається це рахунок використання кількох передавальних і приймаючих антен.

Історія MIMO

Технологію MIMO можна віднести до досить молодих розробок. Її історія починається 1984 року, коли було зареєстровано перший патент використання цієї технології. Початкові розробки та дослідження проходили в компанії Bell Laboratories, а 1996 року компанія Airgo Networksбув випущений перший MIMO-чіпсет під назвою True MIMO. Найбільшого розвитку технологія MIMO отримала на початку XXI століття, коли бурхливими темпами почали розвиватися бездротові мережі Wi-Fi та мережі 3G. А зараз технологія MIMO на повну силу використовується в мережах 4G LTE і Wi-Fi 802.11b/g/ac.

Що надає технологія MIMO?

Для кінцевого користувача MIMO дає значний приріст швидкості передачі даних. Залежно від конфігурації обладнання та кількості використовуваних антен можна отримати двократний, трикратний і до восьмикратного збільшення швидкості. Зазвичай у бездротових мережах використовується однакова кількість передаючих та приймаючих антен, і записується це як, наприклад, 2х2 або 3х3. Тобто. якщо бачимо запис MIMO 2x2, то дві антени передають сигнал і дві приймають. Наприклад, у стандарті Wi-Fi один канал шириною 20 МГц дає пропускну здатність 866 Мбіт/с, тоді як у конфігурації MIMO 8x8 об'єднуються 8 каналів, що дає максимальну швидкість близько 7 Гбіт/с. Аналогічно і в LTE MIMO – потенційне зростання швидкості у кілька разів. Для повноцінного використання MIMO у мережах LTE необхідні , т.к. як правило, вбудовані антени недостатньо рознесені і дають малий ефект. І, звичайно, має бути підтримка MIMO з боку базової станції.

LTE-антена з підтримкою MIMO передає та приймає сигнал у горизонтальній та вертикальній площинах. Це називається поляризація. Відмінною особливістю MIMO-антен є наявність двох антенних роз'ємів, і відповідно використання двох проводів для підключення до модему/роутера.

Незважаючи на те, що багато хто говорить, і не безпідставно, що MIMO-антена для мереж 4G LTE фактично є дві антени в одній, не варто думати, що при використанні такої антени буде двократне зростання швидкості. Таким він може бути тільки теоретично, а на практиці різниця між звичайною і MIMO-антеною в мережі 4G LTE не перевищує 20-25%. Однак, важливішим у цьому випадку буде стабільний сигнал, який може забезпечити MIMO-антена.

WiFi – торгова марка для бездротових мереж на базі стандарту IEEE 802.11. У повсякденному житті користувачі бездротових мереж використовують термін "технологія WiFi", маючи на увазі не торгову марку, а стандарт IEEE 802.11.

Технологія WiFi дозволяє розгорнути мережу без прокладання кабелю, зменшуючи тим самим вартість розгортання мережі. Завдяки , де не можна прокласти кабель, наприклад, поза приміщеннями та в будинках, що мають історичну цінність, можуть обслуговуватися бездротовими мережами.
Всупереч поширеній думці про "шкідливість" WiFi, випромінювання від WiFi пристроїв у момент передачі даних на два порядки (у 100 разів) менше, ніж у стільникового телефону.

MIMO - (англ. Multiple Input Multiple Output) - технологія передачі даних, заснована на застосуванні просторового мультиплексування з метою одночасної передачі кількох інформаційних потоків по одному каналу, а також багатопроменеве відображення, яке забезпечує доставку кожного біта інформації відповідному одержувачу з невеликою ймовірністю впливу перешкод та втрата даних.

Вирішення проблеми збільшення пропускної спроможності

За інтенсивного розвитку одних високих технологій зростають вимоги до інших. Цей принцип безпосередньо зачіпає системи зв'язку. Одна з найбільш актуальних проблем У сучасних системах зв'язку – необхідність підвищення пропускної спроможності та швидкості передачі даних. Існує два традиційні способи збільшення пропускної здатності розширення смуги частот і підвищення випромінюваної потужності.
Але через вимоги до біологічної та електромагнітної сумісності накладаються обмеження на підвищення випромінюваної потужності та розширення смуги частот. При таких обмеженнях проблема нестачі пропускної спроможності та швидкості передачі даних змушує шукати нові ефективні методи її вирішення. Одним із найефективніших методів – застосування адаптивних антенних ґрат зі слабко корельованими антенними елементами. На цьому принципі заснована технологія MIMO. Системи зв'язку, які використовують цю технологію, називаються MIMO системи (Multiple Input Multiple Output).

Стандарт WiFi 802.11n – один із найяскравіших прикладів використання технології MIMO. Відповідно до нього він дозволяє підтримувати швидкість до 300 Мбіт/сек. Причому попередній стандарт 802.11g дозволяв надавати лише 50 Мбіт/с. Окрім збільшення швидкості передачі даних, новий стандарт завдяки MIMO також дозволяє забезпечити найкращі характеристики якості обслуговування у місцях із низьким рівнем сигналу. 802.11n використовується не тільки в системах точка/багатоточка (Point/Multipoint) – найбільш звичною ніше використання технології WiFi для організації LAN (Local Area Network), але і для організації з'єднань типу точка/точка які використовуються для організації магістральних каналів зв'язку зі швидкістю кілька сотень Мбіт/сек та дозволяють передавати дані на десятки кілометрів (до 50 км).

Стандарт WiMAX також має два релізи, які розкривають нові можливості перед користувачами за допомогою технології MIMO. Перший – 802.16e – надає послуги мобільного широкосмугового доступу. Він дозволяє передавати інформацію зі швидкістю до 40 Мбіт/сек у напрямку від базової станції до абонентського обладнання. Однак MIMO в 802.16e розглядається як опція та використовується у найпростішій конфігурації – 2х2. У наступному релізі 802.16m MIMO розглядається як обов'язкова технологія з можливою конфігурацією 4х4. У разі WiMAX вже можна зарахувати до стільниковим системам зв'язку, саме четвертому їх поколінню (з допомогою високої швидкості передачі), т.к. має ряд властивих стільникових мереж ознак: роумінг, хендовер, голосові з'єднання. У разі мобільного використання теоретично може бути досягнута швидкість 100 Мбіт/сек. У фіксованому виконанні швидкість може досягати 1 Гбіт/сек.

Найбільший інтерес становить використання технології MIMO в системах стільникового зв'язку. Ця технологія знаходить своє застосування, починаючи з третього покоління систем стільникового зв'язку. Наприклад, у стандарті UMTS, в Rel. 6 вона використовується спільно з технологією HSPA з підтримкою швидкостей до 20 Мбіт/сек, а Rel. 7 – з HSPA+, де швидкості передачі досягають 40 Мбіт/сек. Однак у системах 3G MIMO так і не знайшла широкого застосування.

Системи, а саме LTE, також передбачають використання MIMO у конфігурації до 8х8. Це теоретично може дати можливість передавати дані від базової станції до абонента понад 300 Мбіт/сек. Також важливим позитивним моментом є стійка якість з'єднання навіть на краю стільника. При цьому навіть на значній відстані від базової станції або при знаходженні в глухому приміщенні буде спостерігатися лише незначне зниження швидкості передачі даних.

Ми з вами живемо в епоху цифрової революції, шановний анонім. Не встигли ми звикнути до якоїсь нової технології, нам уже з усіх боків пропонують ще нову та просунуту. І поки ми нудимося роздумами, чи дійсно ця технологія реально допоможе нам отримати швидший інтернет або нас просто в черговий раз розводять на гроші, конструктори в цей час розробляють ще нову технологію, яку нам запропонують поточної вже буквально через 2 роки. Це стосується й технології MIMO антен.

Що ж це за технологія – MIMO? Multiple Input Multiple Output – множинний вхід множинний вихід. Насамперед, технологія MIMO є комплексним рішенням і стосується не лише антен. Для кращого розуміння цього факту варто зробити невеликий екскурс в історію розвитку мобільного зв'язку. Перед розробниками стоїть завдання передати більший обсяг інформації за одиницю часу, тобто. збільшити швидкість. За аналогією з водопроводом – доставити користувачеві більший обсяг води в одиницю часу. Ми можемо зробити це, збільшивши "діаметр труби", або, за аналогією, - розширивши смугу частот зв'язку. Спочатку стандарт GSM був заточений під голосовий трафік і мав ширину каналу 0.2 МГц. Це було цілком достатньо. Крім того є проблема забезпечення розрахованого на багато користувачів доступу. Її можна вирішити розділивши абонентів за частотою (FDMA) або за часом (TDMA). У GSM застосовуються обидва способи одночасно. У результаті ми маємо баланс між максимально можливою кількістю абонентів у мережі та мінімально можливою смугою для голосового трафіку. З розвитком мобільного інтернету ця мінімальна смуга стала смугою перешкод для збільшення швидкості. Дві технології засновані на платформі GSM – GPRS та EDGE досягли граничної швидкості 384 кБіт/с. Для подальшого збільшення швидкості необхідно було розширити смугу для інтернет-трафіку одночасно по можливості використовуючи інфраструктуру GSM. В результаті було розроблено стандарт UMTS. Основною відмінністю тут є розширення смуги відразу до 5 МГц, а для забезпечення розрахованого на багато користувачів доступу - застосування технології кодового доступу CDMA, при якому кілька абонентів одночасно працюють в одному частотному каналі. Таку технологію назвали W-CDMA, підкреслюючи цим, що вона працює у широкій смузі. Ця система була названа системою третього покоління – 3G, але при цьому вона є надбудовою над GSM. Отже, ми отримали широку "трубу" 5МГц, що дозволило спочатку збільшити швидкість до 2 Мбіт/с.

Як ще можна збільшити швидкість, якщо ми не маємо можливості далі збільшувати "діаметр труби"? Ми можемо розпаралелити потік на кілька частин, пустити кожну частину окремою невеликою трубою і потім скласти ці окремі потоки на приймальній стороні в один широкий потік. Крім того, швидкість залежить від ймовірності помилок у каналі. Зменшуючи цю ймовірність шляхом надлишкового кодування, що запобігає корекції помилок, застосування досконаліших способів модуляції радіосигналу, ми також можемо збільшити швидкість. Всі ці напрацювання (спільно з розширенням "труби" шляхом збільшення числа несучих на канал) послідовно застосовувалися у подальшому вдосконаленні стандарту UMTS та отримали найменування HSPA. Це не заміна W-CDMA, а soft+hard upgrade цієї основної платформи.

Розробкою стандартів для 3G займається міжнародний консорціум 3GPP. У таблиці зведено деякі особливості різних релізів цього стандарту:

3G HSPA швидкість & головні технологічні особливості
3GPP реліз	Технології	Швидкість Downlink (MBPS)	Швидкість Uplink (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, 2x5 MHz uplink	84	23
Rel 10	MC-HSPA+ 4x5 MHz, 2x2 MIMO downlink, 2x5 MHz uplink	168	23
Rel 11	MC-HSPA+ 8x5 MHz 2x2/4x4 MIMO downlink, 2x5 MHz 2x2 MIMO uplink	336 - 672	70

Технологія 4G LTE, крім зворотної сумісності з 3G мережами, що дозволило їй здобути гору над WiMAX, здатна в перспективі розвинути ще більші швидкості, до 1Гбіт/с і вище. Тут застосовуються ще більш сучасні технології перенесення цифрового потоку в радіоінтерфейс, наприклад OFDM модуляція, яка дуже добре інтегрується з MIMO технологією.

Отже, що таке MIMO? Розпаралелив потік на кілька каналів можна пустити їх різними шляхами через кілька антен "по повітрю", і прийняти їх такими ж незалежними антенами на приймальній стороні. Таким чином ми отримуємо кілька незалежних "труб" за радіоінтерфейсом не розширюючи смуги. Це основна ідея MIMO. При поширенні радіохвиль у радіоканалі спостерігаються селективні завмирання. Це особливо помітно за умов щільної міської забудови, якщо абонент перебуває у русі чи краю зони обслуговування стільники. Завмирання у кожній просторовій "трубі" відбуваються не одночасно. Тому якщо ми передамо по двох каналах MIMO ту саму інформацію з невеликою затримкою, попередньо наклавши на неї спеціальний код (метод Аламуоті, накладення коду у вигляді магічного квадрата), ми можемо відновити втрачені символи на приймальній стороні, що еквівалентно покращенню відношення сигнал/ шум до 10-12 дБ. У результаті така технологія знову ж таки призводить до зростання швидкості. По суті, це давно відомий рознесений прийом (Rx Diversity) органічно вбудований в MIMO технологію.

Зрештою, ми повинні розуміти, що MIMO має підтримуватись як на базі, так і у нашого модему. Зазвичай у 4G число каналів MIMO кратно двом - 2, 4, 8 (у Wi-Fi системах набула поширення триканальна система 3x3) і рекомендується, щоб їхнє число збігалося і на базі, так і на модемі. Тому для фіксації цього факту MIMO визначають з каналами прийом∗передача - 2x2 MIMO, 4x4 MIMO і т.д. Поки що ми маємо справу переважно з 2x2 MIMO.

Які антени застосовуються у технології MIMO? Це звичайні антени, просто їх має бути дві (для 2x2 MIMO). Для поділу каналів застосовується ортогональна, так звана X-поляризація. При цьому поляризація кожної антени щодо вертикалі зрушена на 45 °, а щодо один одного - 90 °. Такий кут поляризації ставить обидва канали в рівні умови, оскільки при горизонтально/вертикальній орієнтації антен один з каналів неминуче отримав би більше загасання через вплив земної поверхні. При цьому 90 ° зсув поляризації між антенами дозволяє розв'язати канали між собою не менш ніж на 18-20 дБ.

Для MIMO нам з вами буде потрібно модем з двома антеними входами та дві антени на даху. Однак залишається відкритим питання, чи підтримується ця технологія на базовій станції. У стандартах 4G LTE та WiMAX така підтримка є як на стороні абонентських пристроїв, так і на базі. У мережі 3G не все так однозначно. У мережі вже працюють тисячі пристроїв, що не підтримують MIMO, для яких використання цієї технології приносить зворотний ефект - пропускна здатність мережі знижується. Тому оператори поки що не поспішають повсюдно впроваджувати MIMO у 3G мережах. Щоб база могла надати абонентам високу швидкість вона повинна мати хороший транспорт, тобто. до неї має бути підведена "товста труба", бажано оптиковолокно, що теж не завжди має місце. Тому в 3G мережах технологія MIMO зараз перебуває на стадії становлення та розвитку, проходить тестування як операторами, так і користувачами, причому останніми не завжди успішно. Тому покладати надії на MIMO антени варто лише у 4G мережах. На краю зони обслуговування стільники можна застосовувати антени з великим посиленням, наприклад дзеркальні, для яких вже є у продажу MIMO опромінювачі

У мережах Wi-Fi технологія MIMO зафіксована у стандартах IEEE 802.11n та IEEE 802.11ac та підтримується вже багатьма пристроями. Поки ми спостерігаємо прихід у мережі 3G-4G технології 2x2 MIMO, розробники не сидять на місці. Вже зараз розробляються технології 64x64 MIMO з розумними антенами, що мають адаптивну діаграму спрямованості. Тобто. якщо ми пересядемо з дивана на крісло або підемо на кухню, наш планшет помітить це та розгорне діаграму спрямованості вбудованої антени у потрібному напрямку. Чи комусь буде цей сайт на той час?

MIMO(Multiple Input Multiple Output – множинний вхід множинний вихід) – це технологія, що використовується у бездротових системах зв'язку (WIFI, стільникові мережі зв'язку), що дозволяє значно покращити спектральну ефективність системи, максимальну швидкість передачі даних та ємність мережі. Головним способом досягнення зазначених вище переваг є передача даних від джерела до одержувача через декілька радіо з'єднань, звідки ця технологія і отримала свою назву. Розглянемо передісторію цього питання, і визначимо основні причини, що послужили поширенню технології MIMO.

Необхідність високошвидкісних з'єднань, що надають високі показники якості обслуговування (QoS) з високою відмовостійкістю зростає від року в рік. Цьому значною мірою сприяє поява таких сервісів як VoIP (), VoD () та ін. Однак більшість бездротових технологій не дозволяють надати абонентам високу якість обслуговування на краю зони покриття. У стільникових та інших бездротових системах зв'язку якість з'єднання, як і доступна швидкість передачі даних стрімко падає з віддаленням від (BTS). Разом з цим падає і якість послуг, що в результаті призводить до неможливості надання послуг реального часу з високою якістю по всій території радіо покриття мережі. Для вирішення цієї проблеми можна спробувати максимально щільно встановити базові станції та організувати внутрішнє покриття у всіх місцях із низьким рівнем сигналу. Однак це вимагатиме значних фінансових витрат, що в кінцевому рахунку призведе до зростання вартості послуги та зниження конкурентоспроможності. Таким чином, для вирішення цієї проблеми потрібне оригінальне нововведення, що використовує, по можливості, поточний частотний діапазон і не потребує будівництва нових об'єктів мережі.

Особливості поширення радіохвиль

Щоб зрозуміти принципи дії технології MIMO необхідно розглянути загальні у просторі. Хвилі, що випромінюються різними системами бездротового радіозв'язку в діапазоні понад 100 МГц, багато в чому поводяться як світлові промені. Коли радіохвилі при поширенні зустрічають якусь поверхню, то в залежності від матеріалу і розміру перешкоди частина енергії поглинається, частина проходить наскрізь, а решта – відбивається. На співвідношення часток поглиненої, відбитої і що пройшла наскрізь елементів енергій впливає безліч зовнішніх чинників, зокрема і частота сигналу. Причому відбита і минула наскрізь енергії сигналу можуть змінити напрямок подальшого поширення, а сам сигнал розбивається кілька хвиль.

Сигнал, що розповсюджується за вищевказаними законами, від джерела до одержувача після зустрічі з численними перешкодами розбивається на безліч хвиль, лише частина з яких досягне приймач. Кожна з хвиль, що дійшли до приймача, утворює так званий шлях поширення сигналу. Причому через те, що різні хвилі відбиваються від різних перешкод і проходять різну відстань, різні шляхи мають різні.

В умовах щільної міської споруди, через велику кількість перешкод, таких як будівлі, дерева, автомобілі та ін., дуже часто виникає ситуація, коли між (MS) та антенами базової станції (BTS) відсутня пряма видимість. У цьому випадку єдиним варіантом досягнення сигналу приймача є відбиті хвилі. Однак, як зазначалося вище, багаторазово відбитий сигнал вже не має вихідної енергії і може прийти із запізненням. Особливу складність створює той факт, що об'єкти не завжди залишаються нерухомими і обстановка може значно змінитися з часом. У зв'язку з цим виникає проблема – одна з найістотніших проблем у бездротових системах зв'язку.

Багатопроменеве поширення – проблема чи перевага?

Для боротьби з багатопроменевим поширенням сигналів застосовується кілька різних рішень. Однією з найпоширеніших технологій є Receive Diversity – . Суть його полягає в тому, що для прийому сигналу використовується не одна, а відразу кілька антен (зазвичай дві, рідше чотири) розташовані на відстані один від одного. Таким чином, одержувач має не одну, а одразу дві копії переданого сигналу, що прийшов різними шляхами. Це дозволяє зібрати більше енергії вихідного сигналу, т.к. хвилі, прийняті однією антеною, можуть бути прийнятими інший і навпаки. Також сигнали, що надходять у протифазі до однієї антени, можуть приходити до іншої синфазно. Цю схему організації радіо інтерфейсу можна назвати Single Input Multiple Output (SIMO), на противагу стандартній схемі Single Input Single Output (SISO). Також може бути застосований зворотний підхід: коли використовується кілька антен на передачу та одна на прийом. Завдяки цьому збільшується загальна енергія вихідного сигналу, отримана приймачем. Ця схема називається Multiple Input Single Output (MISO). У обох схемах (SIMO і MISO) кілька антен встановлюються за базової станції, т.к. реалізувати рознесення антен у мобільному пристрої на досить велику відстань складно без збільшення габаритів кінцевого обладнання.

Внаслідок подальших міркувань ми приходимо до схеми Multiple Input Multiple Output (MIMO). У цьому випадку встановлюються кілька антен на передачу та прийом. Однак, на відміну від зазначених вище схем, ця схема рознесення дозволяє не тільки боротися з багатопроменевим поширенням сигналу, але й отримати деякі додаткові переваги. За рахунок використання кількох антен на передачі та прийомі кожної пари передавальної/прийомної антени можна зіставити окремий тракт передачі інформації. При цьому рознесений прийом буде виконуватися антени, що залишилися, а дана антена також буде виконувати функції додаткової антени для інших трактів передачі. В результаті, теоретично, можна збільшити швидкість передачі даних у стільки разів, скільки додаткових антен буде використовуватись. Однак суттєве обмеження накладається якістю кожного радіотракту.

Принцип роботи MIMO

Як уже зазначалося вище, для організації технології MIMO необхідна установка кількох антен на передавальній та на приймальній стороні. Зазвичай встановлюється рівне число антен на вході та виході системи, т.к. у цьому випадку досягається максимальна швидкість передачі даних. Щоб показати число антен на прийомі та передачі разом із назвою технології MIMO зазвичай згадується позначення AxB, де A – число антен на вході системи, а B – на виході. Під системою у разі розуміється радіо з'єднання.

Для роботи технології MIMO необхідні деякі зміни у структурі передавача порівняно із звичайними системами. Розглянемо лише одне із можливих, найпростіших, способів організації технології MIMO. В першу чергу, на стороні, що передає, необхідний дільник потоків, який буде розділяти дані, призначені для передачі на кілька низькошвидкісних підтоків, число яких залежить від числа антен. Наприклад, для MIMO 4х4 і швидкості надходження вхідних даних 200 Мбіт/сек дільник буде створювати 4 потоки по 50 Мбіт/сек кожен. Далі кожен з цих потоків повинен бути переданий через свою антену. Зазвичай антени на передачі встановлюються з деяким просторовим рознесенням, щоб забезпечити якомога більше побічних сигналів, що виникають в результаті перевідбиття. В одному з можливих способів організації технології MIMO сигнал передається від кожної антени з різною поляризацією, що дозволяє його ідентифікувати при прийомі. Однак у найпростішому випадку кожен із сигналів, що передаються, виявляється промаркованим самим середовищем передачі (затримкою в часі, та іншими спотвореннями).

На приймальній стороні кілька антен приймають сигнал радіоефіру. Причому антени на приймальній стороні також встановлюються з деяким просторовим рознесенням, за рахунок чого забезпечується рознесений прийом, який раніше обговорювався. Прийняті сигнали надходять на приймачі, число яких відповідає числу антен і трактів передачі. Причому кожен із приймачів надходять сигнали від усіх антен системи. Кожен із таких суматорів виділяє із загального потоку енергію сигналу тільки того тракту, за який він відповідає. Робить він це або за будь-яким заздалегідь передбаченим ознакою, яким був забезпечений кожен із сигналів, або завдяки аналізу затримки, згасання, зсуву фази, тобто. набору спотворень чи «відбитку» середовища розповсюдження. Залежно від принципу роботи системи (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC) і т.д.), сигнал, що передається може повторюватися через певний час, або передаватися з невеликою затримкою через інші антени.

У системі з технологією MIMO може виникнути незвичайне явище, яке полягає в тому, що швидкість передачі даних в системі MIMO може знизитися у разі прямої видимості між джерелом і приймачем сигналу. Це обумовлено насамперед зменшенням виразності спотворень навколишнього простору, який маркує кожен із сигналів. В результаті на приймальній стороні стає проблематичним розділити сигнали, і вони починають впливати один на одного. Таким чином, що вища якість радіо з'єднання, то менше переваг можна отримати від MIMO.

Multi-user MIMO (MU-MIMO)

Розглянутий вище принцип організації радіозв'язку відноситься до так званої Single user MIMO (SU-MIMO), де існує лише один передавач та приймач інформації. У цьому випадку передавач і приймач можуть чітко узгодити свої дії, і в той же час немає фактора несподіванки, коли в ефірі можуть з'явитися нові користувачі. Така схема цілком підходить для невеликих систем, наприклад для організації зв'язку в офісному будинку між двома пристроями. У свою чергу більшість систем, такі як WI-FI, WIMAX, стільникові системи зв'язку є розрахованими на багато користувачів, тобто. у них існує єдиний центр та кілька віддалених об'єктів, з кожним з яких необхідно організувати радіоз'єднання. Таким чином, виникають дві проблеми: з одного боку базова станція повинна передати сигнал до багатьох абонентів через ту саму антенну систему (MIMO broadcast), і в той же час прийняти сигнал через ті ж антени від декількох абонентів (MIMO MAC – Multiple Access Channels).

У напрямку uplink – від MS до BTS, користувачі передає свою інформацію одночасно на одній частоті. У разі для базової станції виникає складність: необхідно розділити сигнали від різних абонентів. Одним з можливих способів боротьби з цією проблемою також є спосіб лінійної обробки (linear processing), який передбачає попередню сигналу, що передається. Вихідний сигнал, згідно з цим способом, перемножується з матрицею, яка складається з коефіцієнтів, що відображають інтерференційну дію від інших абонентів. Матриця складається з поточної обстановки в радіоефірі: числа абонентів, швидкостей передачі тощо. Таким чином, перед передачею сигнал піддається спотворенню зворотному з тим, яке він зустріне під час передачі радіоефіру.

У downlink - напрямок від BTS до MS, базова станція передає сигнали одночасно на тому самому каналі відразу до кількох абонентів. Це призводить до того, що сигнал, що передається одного абонента, впливає прийом всіх інших сигналів, тобто. з'являється інтерференція. Можливими варіантами боротьби з цією проблемою є використання або застосування технології кодування dirty paper («брудний папір»). Розглянемо технологію dirty paper докладніше. Принцип її дії ґрунтується на аналізі поточного стану радіоефіру та числа активних абонентів. Єдиний (перший) абонент передає свої дані базової станції без кодування, зміни своїх даних, т.к. інтерференції з інших абонентів немає. Другий абонент кодуватиме, тобто. змінювати енергію свого сигналу так щоб не завадити першому і не піддати свій сигнал впливу від першого. Наступні абоненти, що додаються в систему, також будуть дотримуватися цього принципу, і спиратися на кількість активних абонентів і ефект, що надаються сигналами.

Застосування MIMO

Технологія MIMO в останнє десятиліття є одним із найактуальніших способів збільшення пропускної спроможності та ємності бездротових систем зв'язку. Розглянемо деякі приклади використання MIMO у різних системах зв'язку.

Стандарт WiMAX також має два релізи, які розкривають нові можливості перед користувачами за допомогою технології MIMO. Перший – 802.16e – надає послуги мобільного широкосмугового доступу. Він дозволяє передавати інформацію зі швидкістю до 40 Мбіт/сек у напрямку від базової станції до абонентського обладнання. Однак MIMO в 802.16e розглядається як опція та використовується у найпростішій конфігурації – 2х2. У наступному релізі 802.16m MIMO розглядається як обов'язкова технологія з можливою конфігурацією 4х4. У разі WiMAX вже можна зарахувати до стільниковим системам зв'язку, саме четвертому їх поколінню (з допомогою високої швидкості передачі), т.к. має ряд властивих стільникових мереж ознак: , голосові з'єднання. У разі мобільного використання теоретично може бути досягнута швидкість 100 Мбіт/сек. У фіксованому виконанні швидкість може досягати 1 Гбіт/сек.

Найбільший інтерес становить використання технології MIMO в системах стільникового зв'язку. Ця технологія знаходить своє застосування, починаючи з третього покоління систем стільникового зв'язку. Наприклад, у стандарті, у Rel. 6 вона використовується спільно з технологією HSPA з підтримкою швидкостей до 20 Мбіт/сек, а Rel. 7 – з HSPA+, де швидкості передачі досягають 40 Мбіт/сек. Однак у системах 3G MIMO так і не знайшла широкого застосування.

Системи, а саме LTE, також передбачають використання MIMO у конфігурації до 8х8. Це теоретично може дати можливість передавати дані від базової станції до абонента понад 300 Мбіт/сек. Також важливим позитивним моментом є стійка якість з'єднання навіть на краю. При цьому навіть на значній відстані від базової станції або при знаходженні в глухому приміщенні буде спостерігатися лише незначне зниження швидкості передачі даних.

Таким чином, технологія MIMO знаходить застосування практично у всіх системах бездротової передачі. Причому потенціал її не вичерпано. Вже зараз розробляються нові варіанти конфігурації антен, аж до 64х64 MIMO. Це в майбутньому дозволить досягти ще більших швидкостей передачі даних, ємності мережі та спектральної ефективності.

У світлі виходу нових бездротових пристроїв з підтримкою технології MU-MIMO, зокрема з виходом UniFi AC HD (UAP-AC-HD), назріла необхідність роз'яснення, що це таке і чому старе залізо не підтримує цю технологію.

Що таке 802.11ac?

Стандарт 802.11ac є трансформацією бездротової технології, яка прийшла на зміну попередньому поколінню у вигляді стандарту 802.11n.

Поява 802.11n, як передбачалося раніше, мала дозволити бізнесу повсюдно використовувати цю технологію як альтернативу звичайному дротовому з'єднанню для роботи всередині локальної мережі (LAN).

802.11ac - подальший етап на шляху розвитку бездротових технологій. Теоретично новий стандарт може забезпечити швидкість передачі даних до 6.9 Гбіт/сек в діапазоні 5 ГГц. Це в 11.5 разів вище за сферу передачі даних 802.11n.

Новий стандарт доступний у двох релізах: Wave 1 та Wave 2. Нижче ви можете ознайомитися з порівняльною таблицею за актуальними стандартами.

У чому відмінність Wave 1 та Wave 2?

Продукти 802.11ac Wave 1 доступні на ринку приблизно з середини 2013 року. Нова ревізія стандарту базується на попередній версії стандарту, але з деякими дуже суттєвими змінами, а саме:

Підвищено продуктивність із 1.3 Гбіт до 2.34 Гбіт;
Додано підтримку Multi User MIMO (MU-MIMO);
Допускається використання широких каналів 160 МГц;
Четвертий просторовий потік (Spatial Stream) для більшої продуктивності та стабільності;
Більше каналів у діапазоні 5 ГГц;

Що дають удосконалення Wave 2 для реального користувача?

Зростання пропускної спроможності позитивно позначається на додатках, чутливих до пропускної спроможності та затримок усередині мережі. Це насамперед передача потокового голосового та відеоконтенту, а також підвищення щільності мережі та зростання кількості клієнтів.

MU-MIMO надає величезні можливості для розвитку Інтернету речей (Internet of Things, IoT), коли один користувач може підключати одночасно кілька пристроїв.

Технологія MU-MIMO допускає кілька одночасних вихідних потоків (downstreams), забезпечуючи одночасне обслуговування одразу кількох пристроїв, що підвищує продуктивність мережі загалом. MU-MIMO також позитивно позначається на затримках, забезпечуючи швидше підключення та роботу клієнтів загалом. До того ж особливості технології дозволяють підключати до мережі ще більшу кількість одночасних клієнтів, ніж у попередній версії стандарту.

Використання ширини каналу 160 МГц вимагає дотримання деяких умов (низька потужність, низький показник шуму і т.д), при цьому канал зможе забезпечити колосальний приріст продуктивності передачі великих обсягів даних. Для порівняння 802.11n може забезпечити канальну швидкість до 450 Мбіт, новий 802.11ac Wave 1 – до 1.3 Гбіт, у той час як 802.11ac Wave 2 з каналом на 160 МГц може забезпечити канальну швидкість порядку 2.3 Гбіт/сек.

У попередньому поколінні стандарту допускалося використання 3-х приймально-передаючих антен, нова ревізія додає 4-й потік. Ця зміна підвищує дальність та стабільність з'єднання.

Існує 37 каналів у діапазоні 5 ГГц, що використовуються у всьому світі. У деяких країнах кількість каналів обмежена, у деяких немає. 802.11ac Wave 2 допускає використання більшої кількості каналів, що дозволить підвищити кількість одночасно працюючих пристроїв в одному місці. До того ж, більша кількість каналів потрібна для широких каналів 160 МГц.

Чи є нові канальні швидкості 802.11ac Wave 2?

Новий стандарт успадковує стандарти, запроваджені з появою першого релізу. Як і раніше, швидкість залежить від кількості потоків та ширини каналу. Максимальна модуляція залишилася без змін – 256 QAM.

Якщо раніше для канальної швидкості 866.6 Мбіт потрібно 2 потоки і ширина каналу 80 МГц, то тепер цієї канальної швидкості можна досягти при використанні всього одного потоку, двоє збільшивши при цьому швидкість каналу - з 80 до 160 МГц.

Як бачите, кардинальних змін не сталося. У зв'язку з підтримкою каналів на 160 МГц, збільшились і максимальні канальні швидкості – до 2600 Мбіт.

На практиці реальна швидкість становить приблизно 65% від канальної (PHY Rate).

Використовуючи один потік, модуляцію 256 QAM і канал на 160 МГц, можна досягти реальної швидкості близько 560 Мбіт/сек. Відповідно 2 потоки забезпечать швидкість обміну на рівні ~1100 Мбіт/сек, 3 потоки – 1.1-1.6 Гбіт/сек.

Які діапазони та канали використовує 802.11ac Wave2?

На практиці Waves 1 і Waves 2 працюють виключно в діапазоні 5 ГГц. Діапазон частот залежить від регіональних обмежень, як правило, використовується діапазон 5,15-5,35 ГГц та 5,47-5,85 ГГц.

У США під бездротові мережі 5 ГГц виділено смугу 580 МГц.

802.11ac, як і раніше, може використовувати канали на 20 і 40 МГц, в той же час хорошої продуктивності можна досягти використовуючи лише 80 МГц або 160 МГц.

Оскільки на практиці далеко не завжди можливо використовувати безперервну смугу 160 МГц, стандартом передбачено режим 80+80 МГц, який поділить смугу 160 МГц на 2 різні діапазони. Все це додає більшої гнучкості.

Зверніть увагу, стандартними каналами для 802.11ac є 20/40/80 МГц.

Чому існує дві хвилі стандарту 802.11ac?

IEEE впроваджує стандарти хвилями у міру розвитку технологій. Такий підхід дозволяє промисловості відразу випускати нові продукти, не чекаючи, поки буде доопрацьована та чи інша можливість.

Перша хвиля стандарту 802.11ac забезпечила значний крок уперед до 802.11n і заклала основу для подальшого розвитку.

Коли варто очікувати на продукти з підтримкою 802.11ac Wave 2?

Згідно з початковими прогнозами аналітиків, перші продукти споживчого рівня мали надійти у продаж ще в середині 2015-го. Більш високорівневі корпоративні та операторські рішення зазвичай виходять із затримкою у 3-6 місяців, точно так, як це було з першою хвилею стандарту.

Обидва класи, споживчі та комерційні, зазвичай випускаються ще до того, як WFA (Wi-Fi Alliance) починає проводити сертифікацію (друга половина 2016).

Станом на лютий 2017, кількість пристроїв з підтримкою 802.11ac W2 не така велика як цього хотілося б. Особливо з боку Mikrotik та Ubiquit.

Чи будуть пристрої Wave 2 істотно відрізнятися від Wave 1?

У випадку нового стандарту зберігається загальна тенденція попередніх років - смартфони і ноутбуки випускаються з 1-2 потоками, 3 потоки призначені для більш вимогливих завдань. Немає практичного сенсу у тому, щоб реалізовувати повний функціонал стандарту усім пристроях.

Чи сумісне обладнання Wave 1 з Wave 2?

Перша хвиля допускає 3 потоки та канали до 80 МГц, по цій частині клієнтські пристрої та точки доступу повністю сумісні.

Для реалізації функцій другого покоління (160 МГц, MU-MIMO, 4 потоки), клієнтський пристрій, і точка доступу повинні підтримувати новий стандарт.

Точки доступу нового покоління сумісні з клієнтськими пристроями 802.11ac Wave 1, 802.11n та 802.11a.

Таким чином, використовувати додаткові можливості адаптера другого покоління не вийде з точкою першого покоління і навпаки.

Що таке MU-MIMO та що воно дає?

MU-MIMO є скороченням від "multiuser multiple input, multiple output". По суті, це одне із ключових нововведень другої хвилі.

Для роботи MU-MIMO клієнт та AP повинні його підтримувати.

Якщо коротко, точка доступу може одночасно надсилати дані відразу на кілька пристроїв, тоді як попередні стандарти дозволяють надсилати дані лише одному клієнту в конкретний момент часу.

Насправді, типовий MIMO це SU-MIMO, тобто. SingleUser, однокористувацький MIMO.

Розглянемо приклад. Існує точка з трьома потоками (3 Spatial Streams / 3SS) і в ній підключено 4 клієнта: 1 клієнт з підтримкою 3SS, 3 клієнта з підтримкою 1SS.

Точка доступу розподіляє час порівну між усіма клієнтами. Під час роботи з першим клієнтом точка задіює 100% своїх можливостей, адже клієнт також підтримує 3SS (MIMO 3x3).

75% часу, що залишилися, точка працює з трьома клієнтами, кожен з яких використовує тільки 1 потік (1SS) з 3-х доступних. При цьому точка доступу використовує лише 33% своїх можливостей. Чим більше таких клієнтів, тим менша ефективність.

У конкретному прикладі середня канальна швидкість складе 650 Мбіт:

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

Насправді означатиме середню швидкість близько 420 Мбіт, з можливих 845 Мбіт.

А тепер розглянемо приклад з використанням MU-MIMO. У нас є точка з підтримкою другого покоління стандарту, яка використовує MIMO 3x3, канальна швидкість залишиться без змін – 1300 Мбіт для ширини каналу 80 МГц. Тобто. одночасно клієнти, як і раніше, можуть використовувати трохи більше 3 каналів.

Загальна кількість клієнтів становить 7, при цьому точка доступу розподілила їх на 3 групи:

один клієнт 3SS;
три клієнти 1SS;
один клієнт 2SS + один 1SS;
один клієнт 3SS;

На виході ми отримуємо 100% реалізацію можливостей AP. Клієнт із першої групи використовує всі 3 потоки, клієнти з іншої групи використовую по одному каналу тощо. Середня канальна швидкість становитиме 1300 Мбіт. Як бачите, на виході це дало дворазовий приріст.

Чи сумісна точка MU-MIMO з старішими клієнтами?

На жаль немає! MU-MIMO не сумісний із першою версією протоколу, тобто. Для роботи цієї технології ваші клієнтські пристрої повинні підтримувати другу версію.

Відмінності між MU-MIMO та SU-MIMO

У SU-MIMO точка доступу передає дані тільки одному клієнту в конкретний момент часу. При MU-MIMO точка доступу може передавати дані одразу кільком клієнтам.

Скільки клієнтів підтримується у MU-MIMO одночасно?

Стандарт передбачає одночасне обслуговування до 4 пристроїв. Загальна максимальна кількість потоків може сягати 8.

Залежно від конфігурації обладнання можливі найрізноманітніші варіанти, наприклад:

1+1: два клієнти, кожен із одним потоком;
4+4: два клієнти, кожен із яких використовує по 4 потоки;
2+2+2+2: чотири клієнти, по 2 потоки у кожного;
1+1+1: три клієнти по одному потоку;
2+1, 1+1+1+1, 1+2+3, 2+3+3 та інші комбінації.

Все залежить від конфігурації обладнання, зазвичай пристрої використовують 3 потоки, отже, точка зможе обслуговувати до 3-х клієнтів одночасно.

Можливий варіант використання 4-х антен в конфігурації MIMO 3x3. Четверта антена у разі додаткова, вона реалізує додатковий потік, У разі, одночасно можна буде обслуговувати 1+1+1, 2+1 чи 3SS, але не 4.

MU-MIMO підтримується лише для Downlink?

Так, стандартом передбачено підтримку лише Downlink MU-MIMO, тобто. точка може одночасно передавати дані декільком клієнтам. А от «слухати» водночас крапка не може.

Реалізація Uplink MU-MIMO була визнана неможливою у короткі терміни, тому цей функціонал буде додано лише у стандарті 802.11ax, вихід якого запланований на 2019-2020 роки.

Скільки потоків підтримується у MU-MIMO?

Як згадувалося вище, MU-MIMO може працювати з будь-якою кількістю потоків, але не більше 4 на клієнта.

Для якісної роботи розрахованої на багато користувачів передачі, стандартом рекомендується наявність кількість антен, більша кількість потоків. В ідеалі для MIMO 4x4 має бути 4 антени на прийом та стільки ж на відправлення.

Чи є потреба у використанні спеціальних антен для нового стандарту?

Конструкція антен залишилася незмінною. Як і раніше, можна використовувати будь-які сумісні антени, розроблені для використання в діапазоні 5 ГГц для 802.11a/n/ac.

У другому релізі також додано Beamforming, що це?

Технологія Beamforming дозволяє змінювати діаграму спрямованості, адаптуючи під конкретного клієнта. У процесі роботи точка аналізує сигнал від клієнта та оптимізує своє випромінювання. У процесі формування променя можна використовувати додаткова антена.

Чи може точка доступу 802.11ac Wave 2 обробляти 1 Гбіт трафіку?

Потенційно точки доступу нового покоління здатні обробити такий потік трафіку. Реальна пропускна здатність залежить від цілого ряду факторів, починаючи з кількості потоків, що підтримуються, дальності зв'язку, наявності перешкод і закінчуючи наявністю перешкод, якістю точки доступу і клієнтського модуля.

Які діапазони частот використовуються у 802.11ac Wave?

Вибір робочої частоти залежить лише від регіонального законодавства. Список каналів і частот постійно змінюється, нижче наведено дані щодо США (FCC) та Європи, станом на січень 2015 року.

У Європі дозволено використання ширини каналу більше 40 МГц, тому будь-яких змін у плані нового стандарту немає, до нього застосовуються ті самі правила, що й для попереднього стандарту.

Онлайн курс з мережевих технологій

Рекомендую курс Дмитра Скоромнова. Курс не прив'язаний до обладнання якогось виробника. У ньому даються фундаментальні знання, які мають бути у кожного системного адміністратора. На жаль, у багатьох адміністраторів, навіть зі стажем 5 років, найчастіше немає й половини цих знань. У курсі простою мовою описуються багато різних тем. Наприклад: модель OSI, інкапсуляція, домени колізій та широкомовні домени, петля комутації, QoS, VPN, NAT, DNS, Wi-Fi та багато інших тем.

Окремо відзначу тему IP-адресації. У ній простою мовою описується як робити переклади з десяткової системи числення в двійкову і навпаки, розрахунок за IP-адресою та маскою: адреси мережі, широкомовної адреси, кількості хостів мережі, розбиття на підмережі та інші теми, що стосуються IP-адресації.

У курсу є дві версії: платна та безкоштовна.