MIMO - багатоантенні технології в LTE. MIMO антена - що це таке і в чому її перевага? Що означає вай фай повз

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.

Для того, щоб краще зрозуміти принцип роботи MIMO антени давайте уявимо таку ситуацію: базова станція (БС) оператора мобільної мережі та модем стали двома географічними пунктами А і Б, між цими об'єктами прокладено певний шлях, люди, що пересуваються цим шляхом уособлюють інформацію, А - це ваша приймальна антена, Б - це БС стільникового оператора. Люди пересуваються з одного пункту до іншого за допомогою поїзда, місткість якого – 100 осіб. Але людей, які хочуть із пункту Б дістатися пункту А набагато більше. Тому будується другий шлях і запускається новий поїзд, місткість якого теж 100 осіб. Таким чином, продуктивність та ефективність двох поїздів у 2 рази вища.

Так само влаштована і новітня технологія MIMO (Англ. Multiple Input Multiple Output)вона дозволяє приймати одночасно більше потоків. Для цього використовуються різні поляризації сигналів, наприклад, горизонтальна і вертикальна - 2х2. Раніше, щоб приймати більше інформації, тобто більше потоків, знадобилося б придбання двох простих антен.

Сьогодні достатньо придбати лише одну антену MIMO. Покращена антена MIMO містить в одному корпусі відразу два набори випромінюючих елементів, так званих патчів, кожен з яких підключений до окремого гнізда. Другий варіант пристрою: є один набір патчів та запитка для двох портів, що дозволяє патчу функціонувати у двох напрямках: горизонтальному та вертикальному. В цьому випадку до двох гнізд приєднується єдиний набір патчів. Саме другий варіант (з двома кабельними вводами) можна знайти в асортименті нашої компанії.

А як же підключити 2 кабелі, що виходять з повз антени до одного модему? Все дуже просто. Сьогодні не лише антени підтримують цю функцію, а й модеми. Існують модеми з 2 входами для підключення зовнішніх антен, наприклад широко поширений Huawei.

Переваги технології MIMO

До головних переваг відноситься можливість покращення пропускної здатності, не розширюючи при цьому смугу. Так пристрій одночасно роздає кілька потоків інформації єдиним каналом.

Якість сигналу, що передається, і швидкість передачі даних стає кращою. Тому що технологія спочатку кодує дані, а потім на приймальній стороні відновлює їх.

Більш ніж удвічі збільшується швидкість трансляції сигналу.

Збільшуються і багато інших параметрів швидкості за рахунок використання двох незалежних кабелів, через які одночасно відбувається роздача та отримання інформації у вигляді цифрового потоку. Покращуються якості спектру наступних систем: 3G, 4G/LTE, WiMAX, WiFi завдяки використанню двох входів та двох виходів.

Сфера застосування антен MIMO

Найчастіше технологія MIMO застосовується передачі даних такого протоколу, як WiFi. Це пояснюється збільшеними пропускною здатністю та ємністю. Наприклад візьмемо протокол 802.11n, у ньому під час використання описаної технології, можна досягти швидкість до 350 Мегабіт/сек. Також покращилася якість передачі даних, навіть на тих ділянках, де сигнал прийому низький. Прикладом вуличної точки доступу з антеною MIMO може бути всім відома .

Мережа WiMAX, при використанні MIMO, тепер може транслювати інформацію зі швидкістю до 40 мегабіт/секунду.

У застосовується технологія MIMO до 8x8. Завдяки цьому досягається висока швидкість передачі - понад 35 мегабіт/секунду. Крім цього, забезпечується надійне та високоякісне з'єднання відмінної якості.

Постійно ведуться роботи з поліпшення та вдосконалення конфігурацій технології. Незабаром це дозволить покращити показники спектру, удосконалити ємність мереж та прискорити швидкість передачі даних.

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, яке 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. Проте 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 та 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 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: , 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.

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. Ці технології, залежно від рівня розвитку, позначаються 3G і 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 множини 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