I mimo tehnologija je osigurana. MIMO-tehnologija (Multiple Input Multiple Output) - metoda prostornog kodiranja signala

MIMO (Multiple Input Multiple Output) je metoda koordinirane upotrebe više radio antena u bežičnim mrežnim komunikacijama, uobičajena u modernim kućnim širokopojasnim ruterima i u LTE i WiMAX ćelijskim mrežama.

Kako radi?

MIMO Wi-Fi ruteri koriste iste mrežne protokole kao i konvencionalni ruteri sa jednom vezom. Oni pružaju veće performanse poboljšavajući efikasnost prenosa i prijema podataka preko bežične veze. Konkretno, mrežni promet između klijenata i rutera organiziran je u zasebne tokove, koji se prenose paralelno, sa njihovim naknadnim obnavljanjem od strane prijemnog uređaja.

MIMO tehnologija može povećati propusnost, domet i pouzdanost prijenosa uz visok rizik od smetnji od druge bežične opreme.

Aplikacija u Wi-Fi mrežama

MIMO tehnologija je uključena u standard od 802.11n. Njegova upotreba poboljšava performanse i dostupnost mrežnih veza u odnosu na konvencionalne rutere.

Broj antena može varirati. Na primjer, MIMO 2x2 pruža dvije antene i dva predajnika sposobna za odašiljanje i prijem na dva kanala.

Da bi iskoristili ovu tehnologiju i ostvarili njene prednosti, klijentski uređaj i ruter moraju uspostaviti MIMO vezu između sebe. Dokumentacija za korišćeni hardver treba da naznači da li podržava ovu mogućnost. Ne postoji drugi jednostavan način da provjerite koristi li mrežna veza ovu tehnologiju.

SU-MIMO i MU-MIMO

Prva generacija tehnologije, uvedena u standardu 802.11n, podržavala je metodu jednog korisnika (SU). U poređenju sa tradicionalnim rešenjima, gde sve antene rutera moraju biti koordinirane da komuniciraju sa jednim klijentskim uređajem, SU-MIMO omogućava da se svaka od njih distribuira između različite opreme.

Višekorisnička (MU) MIMO tehnologija je kreirana za korištenje na 802.11ac Wi-Fi mrežama na 5 GHz. Dok je prethodni standard zahtijevao rutere da upravljaju svojim klijentskim vezama jedan po jedan (jedan po jedan), MU-MIMO antene mogu paralelno komunicirati sa više klijenata. poboljšava performanse veza. Međutim, čak i ako ruter 802.11ac ima potrebnu hardversku podršku za MIMO tehnologiju, postoje i druga ograničenja:

• Podržan je ograničen broj istovremenih veza klijenata (2-4), u zavisnosti od konfiguracije antene;
• koordinacija antene je obezbeđena samo u jednom pravcu - od rutera do klijenta.

MIMO i mobilni

Tehnologija se koristi u različitim vrstama bežičnih mreža. Sve više se koristi u mobilnim komunikacijama (4G i 5G) u nekoliko oblika:

• Mrežni MIMO - koordinirani prijenos signala između baznih stanica;
• Masivni MIMO - upotreba velikog broja (stotine) antena;
• milimetarski talasi - upotreba ultravisokih frekvencijskih opsega, koji imaju veću propusnost od opsega licenciranih za 3G i 4G.

Višekorisnička tehnologija

Da biste razumjeli kako MU-MIMO funkcionira, trebali biste razmotriti kako tradicionalni bežični ruter rukuje paketima podataka. Dobro obavlja posao slanja i primanja podataka, ali samo u jednom smjeru. Drugim riječima, može komunicirati samo sa jednim uređajem istovremeno. Na primjer, ako se video učitava, ne možete istovremeno prenositi online video igricu na konzolu.

Korisnik može pokrenuti više uređaja na Wi-Fi mreži, a ruter im vrlo brzo prosljeđuje bitove podataka. Međutim, može pristupiti samo jednom uređaju u isto vrijeme, što je glavni razlog za loš kvalitet veze ako je Wi-Fi propusni opseg prenizak.

Pošto radi, ne obraća pažnju na sebe. Međutim, efikasnost rutera koji prenosi podatke na više uređaja u isto vrijeme može se poboljšati. Pritom će raditi brže i pružiti zanimljivije mrežne konfiguracije. Zbog toga su se pojavili razvoji poput MU-MIMO i na kraju su ugrađeni u moderne standarde bežične komunikacije. Ovaj razvoj omogućava naprednim ruterima da komuniciraju sa više uređaja odjednom.

Kratka istorija: SU vs.MU

MIMO za jednog i više korisnika su različiti načini za komunikaciju rutera s više uređaja. Prvi je stariji. Standard SU dozvoljavao je slanje i primanje podataka preko nekoliko tokova odjednom, u zavisnosti od dostupnog broja antena, od kojih bi svaka mogla da radi sa različitim uređajima. SU je uključen u ažuriranje 802.11n iz 2007. i počeo je postepeno da se uvodi u nove linije proizvoda.

Međutim, SU-MIMO je imao ograničenja pored zahtjeva za antenom. Iako može biti povezano više uređaja, oni se i dalje bave ruterom koji može raditi samo s jednim po jedan. Brzine prenosa podataka su povećane, smetnje su manji problem, ali još uvijek ima prostora za poboljšanje.

MU-MIMO je standard koji je evoluirao iz SU-MIMO i SDMA (Space Division Multiple Access). Tehnologija omogućava baznoj stanici da komunicira sa više uređaja koristeći poseban stream za svaki od njih, kao da svi imaju svoj ruter.

Konačno, MU podrška je dodata u ažuriranju 802.11ac iz 2013. Nakon nekoliko godina razvoja, proizvođači su počeli da uključuju ovu funkciju u svoje proizvode.

Prednosti MU-MIMO-a

Ovo je uzbudljiva tehnologija jer ima primjetan utjecaj na svakodnevnu upotrebu Wi-Fi bez direktnog mijenjanja propusnog opsega ili drugih ključnih bežičnih parametara. Mreže postaju mnogo efikasnije.

Da bi se osigurala stabilna veza sa laptopom, telefonom, tabletom ili računarom, standard ne zahtijeva više antena za ruter. Svaki takav uređaj možda neće dijeliti svoj MIMO kanal s drugima. Ovo je posebno uočljivo prilikom striminga videa ili obavljanja drugih složenih zadataka. Brzina interneta se subjektivno povećava, a veza se uspostavlja pouzdanije, iako u stvari organizacija mreže postaje inteligentnija. Povećava se i broj uređaja koji se istovremeno servisiraju.

MU-MIMO ograničenja

Višekorisnička tehnologija višestrukog pristupa ima niz ograničenja koja vrijedi spomenuti. Postojeći standardi podržavaju 4 uređaja, ali dozvoljavaju dodavanje više i oni će morati dijeliti stream, što vraća probleme sa SU-MIMO. Tehnologija se uglavnom koristi u downlink-u i ograničena je kada je u pitanju izlazni. Osim toga, MU-MIMO ruter mora imati više informacija o uređajima i stanjima veze nego što je to bilo potrebno prema prethodnim standardima. To otežava upravljanje bežičnim mrežama i njihovo rješavanje.

MU-MIMO je također usmjerena tehnologija. To znači da 2 uređaja jedan pored drugog ne mogu koristiti različite kanale u isto vrijeme. Na primjer, ako muž gleda televizijski prijenos na mreži, a njegova supruga u blizini prenosi PS4 igru ​​na svoju Vitu putem Remote Playa, i dalje će morati dijeliti propusni opseg. Ruter može pružiti samo diskretne tokove uređajima koji se nalaze u različitim smjerovima.

Massive MIMO

Kako se krećemo ka petoj generaciji (5G) bežičnih mreža, rast broja pametnih telefona i novih aplikacija rezultirao je 100-strukim povećanjem njihove potrebne propusnosti u odnosu na LTE. Nova Massive MIMO tehnologija, koja je dobila veliku pažnju poslednjih godina, dizajnirana je da značajno poveća efikasnost telekomunikacionih mreža do nivoa bez presedana. S obzirom na oskudicu i visoku cijenu raspoloživih resursa, operatere privlači mogućnost povećanja propusnog opsega u frekvencijskim opsezima ispod 6 GHz.

Uprkos značajnom napretku, Massive MIMO je daleko od savršenog. Tehnologija se i dalje aktivno istražuje kako u akademskim krugovima tako iu industriji, gdje inženjeri nastoje postići teorijske rezultate s komercijalno održivim rješenjima.

Masivni MIMO može pomoći u rješavanju dva ključna pitanja – protok i pokrivenost. Za mobilne operatere frekventni opseg ostaje oskudan i relativno skup resurs, ali je ključni uslov za povećanje brzine prenosa signala. U gradovima, razmak baznih stanica se zasniva na propusnosti, a ne na pokrivenosti, što zahtijeva postavljanje velikog broja baznih stanica i uzrokuje dodatne troškove. Masivni MIMO vam omogućava da proširite kapacitet vaše postojeće mreže. U oblastima u kojima se postavljanje baznih stanica zasniva na pokrivenosti, tehnologija može povećati njihov domet.

Koncept

Masivni MIMO iz temelja mijenja trenutnu praksu korištenjem vrlo velikog broja koherentnih i prilagodljivo operativnih 4G servisnih antena (stotine ili hiljade). Ovo pomaže u fokusiranju prijenosa i prijema energije signala u manjim područjima prostora, značajno poboljšavajući performanse i energetsku efikasnost, posebno kada se kombinuje sa istovremenim planiranjem velikog broja korisničkih terminala (desetine ili stotine). Metoda je prvobitno bila zamišljena za dupleks s vremenskim podjelom (TDD), ali ima potencijal da se primjenjuje i u dupleksu s frekvencijskom podjelom (PDD).

MIMO tehnologija: prednosti i nedostaci

Prednosti metode su široka upotreba jeftinih komponenti male snage, smanjena latencija, pojednostavljeni sloj kontrole pristupa (MAC) i otpornost na nasumične i namjerne smetnje. Očekivani protok zavisi od medija za propagaciju koji obezbeđuje asimptotski ortogonalne kanale do terminala, a eksperimenti do sada nisu otkrili nikakva ograničenja u tom pogledu.

Međutim, uz otklanjanje mnogih problema, pojavljuju se i novi koji zahtijevaju hitna rješenja. Na primjer, u MIMO sistemima, potrebno je efikasno sarađivati ​​više komponenti niske vjernosti i niske cijene, podaci o stanju kanala moraju biti prikupljeni, a resursi se moraju dodijeliti novo povezanim terminalima. Takođe zahteva korišćenje prednosti dodatnih stepena slobode koje pružaju antene za višak usluga, smanjenje unutrašnje potrošnje energije da bi se postigla ukupna energetska efikasnost i pronalaženje novih scenarija primene.

Rast broja 4G antena koje učestvuju u implementaciji MIMO obično zahtijeva posjete svakoj baznoj stanici radi promjene konfiguracije i ožičenja. Početna implementacija LTE mreža zahtijevala je instalaciju nove opreme. Ovo je omogućilo konfiguraciju 2x2 MIMO originalnog LTE standarda. Dalje promjene baznih stanica vrše se samo u ekstremnim slučajevima, a implementacije višeg reda zavise od operativnog okruženja. Drugi problem je što MIMO operacija rezultira potpuno drugačijim ponašanjem mreže od prethodnih sistema, što stvara određenu nesigurnost u rasporedu. Stoga, operateri imaju tendenciju da prvo koriste druge dizajne, posebno ako se mogu implementirati putem ažuriranja softvera.

Živimo u eri digitalne revolucije, dragi anonimni. Nismo imali vremena da se naviknemo na neku novu tehnologiju, već nam se sa svih strana nudi još novija i naprednija. I dok čamimo u razmišljanjima da li će nam ova tehnologija zaista pomoći da dobijemo brži internet ili nas jednostavno još jednom varaju, dizajneri razvijaju još noviju tehnologiju koja će zamijeniti postojeću za samo 2 godine. Ovo se odnosi i na MIMO antensku tehnologiju.

Šta je ovo tehnologija - MIMO? Višestruki ulaz Višestruki izlaz - višestruki ulaz i više izlaza. Prije svega, MIMO tehnologija je kompleksno rješenje i ne odnosi se samo na antene. Za bolje razumijevanje ove činjenice, vrijedi napraviti kratak izlet u povijest razvoja mobilnih komunikacija. Programeri se suočavaju sa zadatkom prenošenja veće količine informacija u jedinici vremena, tj. povećati brzinu. Po analogiji sa vodovodnim sistemom - isporučiti korisniku veću količinu vode u jedinici vremena. To možemo učiniti povećanjem "prečnika cijevi", ili, po analogiji, proširenjem komunikacijskog pojasa. U početku, GSM standard je bio skrojen za govorni saobraćaj i imao je širinu kanala od 0,2 MHz. To je bilo dovoljno. Osim toga, postoji i problem pružanja višekorisničkog pristupa. Može se riješiti podjelom pretplatnika po frekvenciji (FDMA) ili po vremenu (TDMA). GSM koristi obje metode u isto vrijeme. Kao rezultat, imamo balans između maksimalno mogućeg broja pretplatnika u mreži i minimalne moguće propusnosti za govorni saobraćaj. S razvojem mobilnog interneta, ovaj minimalni propusni opseg postao je prepreka za povećanje brzine. Dve tehnologije zasnovane na GSM platformi - GPRS i EDGE - dostigle su maksimalnu brzinu od 384 kbit/s. Za dalje povećanje brzine bilo je potrebno istovremeno proširiti propusni opseg za internet saobraćaj, ako je to moguće, koristeći GSM infrastrukturu. Kao rezultat, razvijen je UMTS standard. Glavna razlika ovdje je proširenje propusnog opsega do 5 MHz odjednom, a kako bi se osigurao višekorisnički pristup - korištenje tehnologije pristupa CDMA kodom, u kojoj nekoliko pretplatnika istovremeno radi na jednom frekvencijskom kanalu. Ova tehnologija je nazvana W-CDMA kako bi se naglasilo da radi u širokom propusnom opsegu. Ovaj sistem je nazvan sistem treće generacije - 3G, ali je istovremeno i nadgradnja nad GSM-om. Dakle, dobili smo široku "cev" na 5 MHz, što nam je omogućilo da u početku povećamo brzinu na 2 Mb / s.

Kako drugačije možemo povećati brzinu ako nemamo mogućnost dodatnog povećanja "prečnika cijevi"? Možemo paralelizirati tok u nekoliko dijelova, voditi svaki dio u zasebnoj maloj cijevi, a zatim dodati ove odvojene tokove na prijemnoj strani u jedan široki tok. Osim toga, brzina ovisi o vjerovatnoći grešaka kanala. Smanjenjem ove vjerovatnoće putem redundantnog kodiranja, ispravke grešaka naprijed i sofisticiranijih tehnika radio modulacije, također možemo povećati stopu. Svi ovi razvoji (zajedno sa proširenjem "cevi" povećanjem broja nosilaca po kanalu) dosledno su primenjivani u daljem unapređenju UMTS standarda i dobili su naziv HSPA. Ovo nije zamjena za W-CDMA, već meka + tvrda nadogradnja ove glavne platforme.

Međunarodni konzorcij 3GPP razvija standarde za 3G. Tabela sažima neke od karakteristika različitih izdanja ovog standarda:

4G LTE tehnologija, pored kompatibilnosti unatrag sa 3G mrežama, što joj je omogućilo da prevlada nad WiMAX-om, sposobna je da u budućnosti razvije još veće brzine, do 1Gbps i više. Koristi još naprednije tehnologije za prenos digitalnog toka na radio interfejs, na primer, OFDM modulaciju, koja se veoma dobro integriše sa MIMO tehnologijom.

Dakle, šta je zapravo MIMO? Paralelizacijom protoka u nekoliko kanala, možete ih slati na različite načine kroz nekoliko antena "kroz vazduh", a primati ih istim nezavisnim antenama na prijemnoj strani. Tako dobijamo nekoliko nezavisnih "cevi" preko radio interfejsa. bez širenja pruga... Ovo je glavna ideja MIMO. Kada se radio talasi šire u radio kanalu, primećuje se selektivno bledenje. Ovo je posebno uočljivo u gustim urbanim sredinama, ako je pretplatnik u pokretu ili na rubu područja servisiranja ćelije. Blijeđenje u svakoj prostornoj "cijevi" se ne događa istovremeno. Stoga, ako prenesemo iste informacije preko dva MIMO kanala sa malim zakašnjenjem, prethodno nametnuvši im poseban kod (metoda Alamuti, preklapanje koda magičnog kvadrata), možemo povratiti izgubljene simbole na strani primaoca, što je ekvivalentno za poboljšanje signala/šuma do 10-12 dB. Kao rezultat, ova tehnologija opet dovodi do povećanja brzine. U stvari, ovo je odavno poznata tehnika diverziteta (Rx Diversity) organski ugrađena u MIMO tehnologiju.

Na kraju, moramo shvatiti da MIMO mora biti podržan i na bazi i na našem modemu. Obično u 4G, broj MIMO kanala je višekratnik dva - 2, 4, 8 (u Wi-Fi sistemima je trokanalni sistem 3x3 postao široko rasprostranjen) i preporučuje se da se njihov broj podudara i na bazi i na na modemu. Stoga, da bi se popravila ova činjenica, MIMO je definiran sa kanalima prijema * prijenosa - 2x2 MIMO, 4x4 MIMO, itd. Do sada se trenutno prvenstveno bavimo 2x2 MIMO.

Koje se antene koriste u MIMO tehnologiji? Ovo su obične antene, samo treba da budu dve (za 2x2 MIMO). Za razdvajanje kanala koristi se ortogonalna, takozvana X-polarizacija. U ovom slučaju, polarizacija svake antene u odnosu na vertikalu se pomiče za 45 °, a jedna u odnosu na drugu - 90 °. Ovaj ugao polarizacije stavlja oba kanala u ravnopravan položaj, jer bi sa horizontalnom/vertikalom orijentacije antena jedan od kanala neizbježno dobio veće slabljenje zbog uticaja zemljine površine. Istovremeno, polarizacijski pomak od 90 ° između antena omogućava razdvajanje kanala jedan od drugog za najmanje 18-20 dB.

Za MIMO, vama i meni treba modem sa dva antenska ulaza i dvije antene na krovu. Međutim, ostaje pitanje da li je ova tehnologija podržana na baznoj stanici. U 4G LTE i WiMAX standardima takva podrška je dostupna i na bočnoj strani pretplatničkih uređaja i na bazi. Nije sve tako jednostavno u 3G mreži. Već postoje hiljade uređaja koji ne podržavaju MIMO u mreži, za koje uvođenje ove tehnologije ima suprotan efekat – smanjuje se propusni opseg mreže. Stoga se operateri ne žure da implementiraju MIMO u 3G mreže svuda. Da bi baza pretplatnicima omogućila veliku brzinu, sama mora imati dobar transport, tj. na njega se mora spojiti "debela cijev", po mogućnosti optičko vlakno, što također nije uvijek slučaj. Stoga je u 3G mrežama MIMO tehnologija trenutno u fazi formiranja i razvoja, testiraju je i operateri i korisnici, a potonji nisu uvijek uspješni. Stoga je oslanjanje na MIMO antene samo u 4G mrežama. Na rubu područja pokrivenosti ćelije mogu se koristiti antene visokog pojačanja, kao što su reflektorske antene, za koje su MIMO feedovi već dostupni na tržištu.

U Wi-Fi mrežama, MIMO tehnologija je fiksirana u IEEE 802.11n i IEEE 802.11ac standardima i već je podržana od strane mnogih uređaja. Dok vidimo dolazak 2x2 MIMO tehnologije u 3G-4G mreže, programeri ne sjede mirno. Već se razvijaju 64x64 MIMO tehnologije sa pametnim antenama koje imaju prilagodljivi obrazac zračenja. One. ako pređemo sa sofe na fotelju ili odemo u kuhinju, naš tablet će to primijetiti i okrenuti smjer usmjerenja ugrađene antene u pravom smjeru. Hoće li nekome trebati ova stranica u to vrijeme?

MIMO tehnologija je odigrala veliku ulogu u razvoju WiFi mreže. Prije nekoliko godina bilo je nemoguće zamisliti druge uređaje sa propusnim opsegom od 300 Mbps i više. Pojava novih standarda brze komunikacije, na primjer, 802.11n je u velikoj mjeri bila posljedica MIMO-a.

Generalno, ovdje je vrijedno napomenuti da kada govorimo o WiFi tehnologiji, zapravo mislimo na jedan od komunikacijskih standarda, a konkretno - IEEE 802.11. WiFi je postao brend nakon što su se ocrtali primamljivi izgledi za korištenje bežičnih podataka. Možete pročitati nešto više o Wi-Fi tehnologiji i standardu 802.11.

Šta je MIMO tehnologija?

Ako damo najjednostavniju moguću definiciju, onda MIMO je multi-streaming prijenos podataka... Skraćenica se s engleskog može prevesti kao "više ulaza, više izlaza" Za razliku od svog prethodnika (SingleInput / SingleOutput), u uređajima s MIMO podrškom, signal se emituje na jednom radio kanalu koristeći ne jedan, već nekoliko prijemnika i predajnika. Prilikom navođenja tehničkih karakteristika WiFi uređaja, njihov broj je naveden uz kraticu. Na primjer, 3x2 znači 3 predajnika signala i 2 prijemne antene.

Štaviše, MIMO koristi prostorno multipleksiranje... Iza zastrašujućeg imena krije se tehnologija istovremenog prenosa više paketa podataka preko jednog kanala. Zahvaljujući ovom "sabijanju" kanala, njegova propusnost se može udvostručiti ili više.

MIMO i WiFi

Sa rastućom popularnošću bežičnog prijenosa podataka preko WiFi konekcija, naravno, povećani su zahtjevi za njihovom brzinom. A MIMO tehnologija i drugi razvoji su je uzeli kao osnovu, što je omogućilo nekoliko puta povećanje propusnosti. WiFi razvoj prati put razvoja 802.11 standarda - a, b, g, n i tako dalje. Spomenuli smo pojavu 802.11n standarda s razlogom. Višestruki ulaz Višestruki izlaz je ključna komponenta koja je povećala brzinu kanala bežične veze. od 54 Mbps do preko 300 Mbps.

Standard 802.11n vam omogućava da koristite i standardnu ​​širinu kanala od 20 MHz i upotrebu širokopojasne linije od 40 MHz sa većim brzinama protoka. Kao što je gore spomenuto, signal se reflektira više puta, čime se koristi više tokova na jednom komunikacijskom kanalu.

Zahvaljujući tome, WiFi-bazirani pristup internetu sada omogućava ne samo surfovanje, provjeru pošte i ćaskanje u ICQ-u, već i online igrice, online video, Skype komunikaciju i drugi "težak" promet.

Noviji standard također koristi MIMO tehnologiju.

Problemi korištenja MIMO-a u WIFI-ju

U zoru formiranja tehnologije došlo je do poteškoća u kombinovanju uređaja, rad sa i bez MIMO podrške. Međutim, sada to više nije toliko relevantno - gotovo svaki proizvođač bežične opreme koji poštuje sebe koristi ga u svojim uređajima.

Također, jedan od problema s pojavom tehnologije prijenosa podataka korištenjem više prijemnika i više predajnika bila je cijena uređaja. Međutim, ovdje kompanija je napravila pravu revoluciju cijena... Ona ne samo da je uspjela uspostaviti proizvodnju bežične opreme sa MIMO podrškom, već i to učiniti po vrlo pristupačnim cijenama. Uzmite u obzir, na primjer, cijenu tipičnog kompleta kompanije - (bazna stanica), (stranka klijenta). I u ovim uređajima, ne samo MIMO, već i poboljšani vlasnički airMax tehnologija na osnovu toga.

Jedini problem je povećanje broja antena i predajnika (trenutno najviše 3) za uređaje sa PoE. Omogućiti napajanje dizajnu koji više troši energiju je teško, ali opet, Ubiquiti pravi stalne pomake u ovom smjeru.

AirMAX tehnologija

Ubiquiti Networks je priznati lider u dizajnu i implementaciji inovativnih WiFi tehnologija, uključujući MIMO. Na osnovu toga je Ubiquiti razvijen i patentirao tehnologiju AirMAX... Njegova suština je da je prijem i prijenos signala od strane nekoliko antena na jednom kanalu uređen i strukturiran po TDMA protokolu sa hardverskim ubrzanjem: paketi podataka su raspoređeni u odvojene vremenske slotove, redovi prijenosa su koordinirani.

Ovo vam omogućava da proširite propusni opseg kanala, povećate broj povezanih pretplatnika bez gubitka kvalitete komunikacije. Ovo rješenje je efikasno, praktično za korištenje i, što je važno, jeftino. Za razliku od slične opreme koja se koristi u WiMAX mrežama, oprema kompanije Ubiquiti Networks sa AirMAX tehnologijom ima povoljne cijene.

Na prste o MIMO-u.

Zamislimo da su informacije ljudi, a modem i bazna stanica operatera dva grada između kojih je položen jedan put, a antena je stanica. Ljude ćemo prevoziti vozom koji, na primjer, ne može prevesti više od stotinu ljudi. Kapacitet između ovakvih gradova će biti ograničen, jer voz može primiti samo stotinu ljudi odjednom.

Kako bi 200 ljudi moglo u isto vrijeme stići u drugi grad, gradi se drugi kolosijek između gradova i drugi voz se pokreće istovremeno s prvim, čime se udvostručuje protok ljudi. MIMO tehnologija radi na potpuno isti način, u stvari, samo udvostručujemo broj niti. Broj tokova je određen MIMO standardom, dva toka - MIMO 2x2, četiri toka - MIMO 4x4 itd. Za prijenos podataka preko Interneta, bilo da je to 4G LTE ili WiFi, danas se po pravilu koristi MIMO 2x2 standard. Da biste istovremeno primali dvostruki stream, trebat će vam dvije konvencionalne antene ili, po analogiji, dvije stanice, ili, radi uštede, jedna MIMO antena, kao da je jedna stanica sa dvije platforme. To jest, MIMO antena su dvije antene u jednoj.

Panel MIMO antena može doslovno imati dva seta zračećih elemenata ( "zakrpe") u jednom slučaju ( na primjer, četiri zakrpe rade u vertikalnoj polarizaciji, ostale četiri u horizontalnoj polarizaciji, ukupno osam zakrpa). Svaki set je povezan na drugu utičnicu.

I može imati jedan set zakrpa ali sa dva porta (ortogonalno) napajanje, tako da se elementi antene napajaju sa faznim pomakom od 90 stepeni, a onda će svaki patch raditi u vertikalnoj i horizontalnoj polarizaciji istovremeno.

U ovom slučaju, jedan set zakrpa će biti spojen na dvije utičnice odjednom, to su MIMO antene koje se prodaju u našoj online trgovini.

Više detalja

Mobilno emitiranje LTE digitalnog toka direktno je povezano s novim razvojem 4G. Uzimajući 3G mrežu za analizu, možete otkriti da je njena brzina prijenosa podataka 11 puta manja od 4G. Ipak, brzina i prijema i emitiranja LTE podataka je često lošeg kvaliteta. To je zbog nedostatka snage ili nivoa signala koji 4G LTE modem prima od stanice. Kako bi se značajno poboljšao kvalitet širenja informacija, uvode se 4G MIMO antene.

Modifikovane antene, u poređenju sa konvencionalnim sistemima za distribuciju podataka, imaju drugačije kolo predajnika. Na primjer, digitalni razdjelnik toka je potreban za distribuciju informacija u tokove niske brzine, čiji je broj povezan s brojem antena. Ako je brzina dolaznog toka oko 200 megabita u sekundi, tada će se kreirati dva toka - oba na 100 megabita u sekundi. Svaki stream se mora emitovati putem posebne antene. Polarizacija radio talasa koji se emituje sa svake od dve antene biće različita kako bi se podaci dekodirali tokom prijema. Prijemni uređaj, da bi održao brzinu prijenosa podataka, mora imati i dvije prijemne antene u različitim polarizacijama.

Prednosti MIMO-a

MIMO je distribucija nekoliko tokova informacija odjednom kroz samo jedan kanal, nakon čega slijedi njihov prolazak kroz par ili više antena prije nego stignu do nezavisnih prijemnih uređaja za emitiranje radio valova. Ovo vam omogućava da značajno poboljšate propusnost signala bez pribjegavanja proširenju propusnog opsega.

Prilikom emitovanja radio talasa, digitalni tok u radio kanalu selektivno se zamrzava. To se može primijetiti kada ste okruženi urbanim višespratnicama, krećete se velikom brzinom ili se udaljavate od područja koje mogu prekriti radio valovi. Da bi se riješio ovog problema, stvorena je MIMO antena, sposobna za emitiranje informacija na nekoliko kanala s malim kašnjenjem. Informacija se prethodno kodira i zatim rekonstruiše na strani koja prima. Kao rezultat, ne samo da se povećava brzina distribucije podataka, već se i kvalitet signala značajno poboljšava.

Prema svojim dizajnerskim karakteristikama, LTE antene se dijele na obične i sastoje se od dva primopredajna uređaja (MIMO). Konvencionalni sistem širenja signala može postići brzinu od najviše 50 megabita u sekundi. MIMO daje priliku da se brzina prijenosa signala poveća više od dva puta. To se postiže ugradnjom nekoliko antena u kutiju odjednom, koje se nalaze na maloj udaljenosti jedna od druge.

Simultani prijem i distribucija digitalnog toka antenama do primaoca se odvija preko dva nezavisna kabla. To vam omogućava da značajno povećate parametre brzine. MIMO se uspješno koristi u bežičnim sistemima kao što su WiFi, kao i mobilne mreže i WiMAX. Upotreba ove tehnologije, koja po pravilu ima dva ulaza i dva izlaza, omogućava poboljšanje spektralnih kvaliteta WiFi, WiMAX, 4G/LTE i drugih sistema, povećanje brzine prenosa informacija i kapaciteta protoka podataka. Navedene prednosti postižu se prijenosom podataka sa 4G MIMO antene do primaoca putem više bežičnih veza. Otuda je uzet naziv ove tehnologije (Multiple Input Multiple Output - višestruki ulaz i višestruki izlaz).

. Gdje se primjenjuje MIMO

MIMO je brzo stekao popularnost povećanjem kapaciteta i propusnog opsega protokola za prijenos podataka kao što je WiFi. WiFi 802.11n možemo uzeti kao najpopularniji MIMO slučaj. Zahvaljujući MIMO komunikacijskoj tehnologiji u ovom WiFi protokolu, moguće je razviti brzinu veću od 300 megabita u sekundi.

Osim što je ubrzao prijenos tokova informacija, zahvaljujući MIMO-u, bežična mreža je dobila poboljšane karakteristike u pogledu kvaliteta prijenosa podataka čak i na mjestima gdje je nivo primljenog signala prilično nizak. Zahvaljujući novoj tehnologiji, WiMAX je dobio mogućnost prijenosa podataka brzinom do 40 megabita u sekundi.

U 4G (LTE) standardu, MIMO se može koristiti sa konfiguracijom do 8x8. U teoriji, ovo će omogućiti emitiranje digitalnog toka od glavne stanice do prijemnika brzinom većom od 300 megabita u sekundi. Još jedna atraktivna točka upotrebe novog sistema je kvalitetna i stabilna veza, koja se uočava čak i na rubu ćelije.

To znači da će se čak i na značajnoj udaljenosti od stanice, kao i kada se nalazi u prostoriji s debelim zidovima, primijetiti samo neznatno smanjenje karakteristika brzine. MIMO se može primijeniti na gotovo svaki bežični komunikacioni sistem. Treba napomenuti da je potencijal ovog sistema neiscrpan.

Neumorno traže načine za razvoj novih MIMO antenskih konfiguracija, na primjer, do 64x64. To će u bliskoj budućnosti omogućiti dalje poboljšanje efikasnosti spektralnih indikatora, povećanje kapaciteta mreža i vrijednost brzine prijenosa informacija.

MIMO Multiple Input Multiple Output (Multiple Input Multiple Output) je tehnologija koja se koristi u bežičnim komunikacionim sistemima (WIFI, celularne mreže), koja može značajno poboljšati spektralnu efikasnost sistema, maksimalnu brzinu prenosa podataka i kapacitet mreže. Glavni način za postizanje navedenih prednosti je prijenos podataka od izvora do odredišta putem više radio veza, odakle je ova tehnologija i dobila ime. Razmotrimo pozadinu ovog problema i identificiramo glavne razloge za široku upotrebu MIMO tehnologije.

Potreba za brzim vezama koje pružaju visok kvalitet usluge (QoS) uz visoku dostupnost raste iz godine u godinu. Ovo je uvelike olakšano pojavom takvih usluga kao što su VoIP (), VoD () itd. Međutim, većina bežičnih tehnologija ne dozvoljava pretplatnicima pružanje usluge visokog kvaliteta na rubu područja pokrivenosti. U ćelijskim i drugim bežičnim komunikacionim sistemima, kvalitet veze, kao i dostupna brzina prenosa podataka, opadaju sa rastojanjem od (BTS). Uz to, opada i kvalitet usluga, što u konačnici dovodi do nemogućnosti pružanja kvalitetnih usluga u realnom vremenu na cijeloj teritoriji radio pokrivenosti mreže. Da biste riješili ovaj problem, možete pokušati instalirati bazne stanice što je moguće čvršće i organizirati internu pokrivenost na svim mjestima sa niskim nivoom signala. Međutim, to će zahtijevati značajne finansijske troškove, što će u konačnici dovesti do povećanja cijene usluge i smanjenja konkurentnosti. Dakle, za rješavanje ovog problema potrebna je originalna inovacija koja koristi, ako je moguće, trenutni frekvencijski opseg i ne zahtijeva izgradnju novih mrežnih objekata.

Karakteristike širenja radio talasa

Da bi se razumjeli principi MIMO tehnologije, potrebno je razmotriti opšte u svemiru. Talasi koje emituju različiti bežični radio sistemi u opsegu iznad 100 MHz ponašaju se na mnogo načina kao snopovi svjetlosti. Kada radio talasi, šireći se, naiđu na bilo koju površinu, tada se, u zavisnosti od materijala i veličine prepreke, deo energije apsorbuje, deo prolazi, a ostatak se reflektuje. Na odnos udela apsorbovane, reflektovane i prenešene kroz delove energija utiču mnogi spoljni faktori, uključujući i frekvenciju signala. Štaviše, reflektovane i propuštene energije signala mogu promijeniti smjer njihovog daljeg širenja, a sam signal se dijeli na nekoliko valova.

Signal koji se širi prema gore navedenim zakonima od izvora do prijemnika, nakon susreta sa brojnim preprekama, razbija se na mnogo valova od kojih će samo dio doći do prijemnika. Svaki od talasa koji dospeva do prijemnika formira takozvani put širenja signala. Štoviše, zbog činjenice da se različiti valovi odbijaju od različitog broja prepreka i putuju na različite udaljenosti, različite staze su različite.

U gustom gradskom objektu, zbog velikog broja prepreka kao što su zgrade, drveće, automobili i sl., često se javlja situacija kada nema vidnog polja između (MS) i antena bazne stanice (BTS). U ovom slučaju, reflektirani valovi su jedini način da se dođe do signala prijemnika. Međutim, kao što je gore navedeno, višestruko reflektirani signal više nema početnu energiju i može doći sa zakašnjenjem. Posebnu teškoću predstavlja činjenica da objekti ne ostaju uvijek nepomični i da se situacija može značajno promijeniti tokom vremena. Ovo postavlja problem - jedan od najznačajnijih problema u bežičnim komunikacionim sistemima.

Višeputna propagacija - problem ili prednost?

Nekoliko različitih rješenja koristi se za borbu protiv višeputnih signala. Jedna od najčešćih tehnologija je Receive Diversity -. Njegova suština leži u činjenici da se za prijem signala koristi ne jedna, već nekoliko antena (obično dvije, rjeđe četiri), koje se nalaze na udaljenosti jedna od druge. Dakle, prijemnik ima ne jednu, već dvije kopije odaslanog signala, koji su dolazili na različite načine. Ovo omogućava da se prikupi više energije originalnog signala, jer talase koje prima jedna antena možda neće primiti druga i obrnuto. Takođe, signali koji dolaze u antifazi na jednu antenu mogu stići u fazi sa drugom. Ova šema radio interfejsa može se nazvati Single Input Multiple Output (SIMO), za razliku od standardne Single Input Single Output (SISO) šeme. Može se primijeniti i obrnuti pristup: kada se više antena koristi za odašiljanje i jedna za prijem. Ovo također povećava ukupnu energiju originalnog signala primljenog od strane prijemnika. Ovo kolo se zove Multiple Input Single Output (MISO). U obje sheme (SIMO i MISO), nekoliko antena je instalirano sa strane bazne stanice, jer Teško je implementirati diverzitet antene u mobilnom uređaju na dovoljno velikoj udaljenosti bez povećanja veličine same terminalne opreme.

Kao rezultat daljeg razmišljanja, dolazimo do sheme Multiple Input Multiple Output (MIMO). U ovom slučaju instalirano je nekoliko antena za odašiljanje i prijem. Međutim, za razliku od gore navedenih šema, ova šema diverziteta omogućava ne samo borbu protiv višeputnog širenja signala, već i postizanje nekih dodatnih prednosti. Korišćenjem više antena za odašiljanje i prijem, svaki par antena za odašiljanje/prijem može biti povezan sa zasebnom putanjom za prenos informacija. U ovom slučaju, diverzitetni prijem će obavljati preostale antene, a ova antena će takođe delovati kao dodatna antena za druge puteve prenosa. Kao rezultat toga, teoretski, moguće je povećati brzinu prijenosa podataka za onoliko puta koliko će se koristiti dodatni broj antena. Međutim, kvalitet svake radio staze nameće značajno ograničenje.

Kako radi MIMO

Kao što je gore navedeno, za organizaciju MIMO tehnologije potrebno je instalirati nekoliko antena na predajnoj i prijemnoj strani. Obično se na ulazu i izlazu sistema instalira jednak broj antena, jer u ovom slučaju se postiže maksimalna brzina prijenosa. Za prikaz broja odašiljačkih i prijemnih antena, uz naziv MIMO tehnologije, obično se spominje oznaka “AxB”, gdje je A broj antena na ulazu sistema, a B na izlazu. U ovom slučaju, sistem znači radio vezu.

Da bi MIMO tehnologija radila, potrebne su neke promjene u strukturi predajnika u poređenju sa konvencionalnim sistemima. Razmotrimo samo jedan od mogućih, najjednostavnijih načina organiziranja MIMO tehnologije. Prije svega, na strani odašiljanja potreban je razdjelnik toka, koji će podatke namijenjene prijenosu podijeliti u nekoliko podtokova niske brzine, čiji broj ovisi o broju antena. Na primjer, za MIMO 4x4 i brzinu ulaznih podataka od 200 Mbps, razdjelnik će kreirati 4 toka od 50 Mbps svaki. Nadalje, svaki od ovih tokova mora se emitovati putem svoje antene. Obično su antene za odašiljanje razmaknute jedna od druge kako bi dale što više lažnih signala koji su rezultat višestrukih refleksija. U jednom mogućem načinu organizovanja MIMO tehnologije, signal se prenosi sa svake antene sa različitim polarizacijama, što omogućava njegovu identifikaciju tokom prijema. Međutim, u najjednostavnijem slučaju, svaki od odaslanih signala ispada da je označen samim prijenosnim medijem (vremensko kašnjenje i druga izobličenja).

Na prijemnoj strani, nekoliko antena prima signal sa radija. Štaviše, antene na prijemnoj strani su takođe instalirane sa izvesnim prostornim diverzitetom, zbog čega je obezbeđen diverzitetni prijem o kome smo ranije govorili. Primljeni signali idu do prijemnika, čiji broj odgovara broju antena i prenosnih puteva. Štaviše, svaki od prijemnika prima signale sa svih antena sistema. Svaki od ovih sabirača odvaja od ukupnog protoka energiju signala samo puta za koji je odgovoran. On to radi ili nekom unaprijed određenom karakteristikom, kojom je svaki od signala opremljen, ili analizom kašnjenja, slabljenja, faznog pomaka, tj. skup izobličenja ili "otisak prsta" medija za distribuciju. U zavisnosti od principa rada sistema (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC) itd.), odaslani signal se može ponoviti nakon određenog vremena, ili preneti sa malim zakašnjenjem kroz druge antene.

U MIMO sistemu može se dogoditi neobičan fenomen da se brzina prijenosa podataka u MIMO sistemu može smanjiti ako postoji linija vidljivosti između izvora i prijemnika signala. To je prvenstveno zbog smanjenja ozbiljnosti distorzije u okolnom prostoru, koji obilježava svaki od signala. Kao rezultat, postaje problematično na prijemnoj strani da razdvoji signale i oni počinju da utiču jedni na druge. Dakle, što je veći kvalitet radio veze, manje koristi možete dobiti od MIMO-a.

Višekorisnički MIMO (MU-MIMO)

Gore razmatran princip radio komunikacije odnosi se na tzv. Jednokorisnički MIMO (SU-MIMO), gdje postoji samo jedan predajnik i prijemnik informacija. U ovom slučaju, i odašiljač i prijemnik mogu jasno koordinirati svoje akcije, a istovremeno nema faktora iznenađenja kada se novi korisnici mogu pojaviti u eteru. Takva shema je sasvim prikladna za male sisteme, na primjer, za organiziranje komunikacije u kućnoj kancelariji između dva uređaja. Zauzvrat, većina sistema kao što su WI-FI, WIMAX, sistemi celularne komunikacije su višekorisnički, tj. imaju jedan centar i nekoliko udaljenih objekata, sa svakim od kojih je potrebno organizirati radio vezu. Tako se javljaju dva problema: s jedne strane, bazna stanica mora odašiljati signal velikom broju pretplatnika kroz isti antenski sistem (MIMO broadcast), a istovremeno primati signal preko istih antena od više pretplatnika (MIMO MAC - Višestruki pristupni kanali).

U uzlaznom smjeru - od MS do BTS-a, korisnici prenose svoje informacije istovremeno na istoj frekvenciji. U ovom slučaju nastaje poteškoća za baznu stanicu: potrebno je razdvojiti signale od različitih pretplatnika. Jedan od mogućih načina za borbu protiv ovog problema je i linearna obrada, koja unaprijed emituje preneseni signal. Originalni signal se, prema ovoj metodi, množi sa matricom, koja se sastoji od koeficijenata koji odražavaju smetnje od drugih korisnika. Matrica se sastavlja na osnovu trenutne situacije u eteru: broja pretplatnika, brzina prenosa itd. Dakle, prije prijenosa, signal je podvrgnut izobličenju suprotnom onom na koji će naići tokom prijenosa u eteru.

U downlink - smjeru od BTS-a do MS-a, bazna stanica emituje signale istovremeno na istom kanalu na nekoliko pretplatnika odjednom. To dovodi do činjenice da signal koji se prenosi jednom pretplatniku utiče na prijem svih ostalih signala, tj. dolazi do smetnji. Mogući načini za borbu protiv ovog problema su korištenje ili korištenje tehnologije kodiranja prljavog papira. Pogledajmo detaljnije tehnologiju prljavog papira. Njegov princip rada zasniva se na analizi trenutnog stanja radio emisije i broja aktivnih pretplatnika. Jedini (prvi) pretplatnik prenosi svoje podatke baznoj stanici bez kodiranja, mijenja svoje podatke, jer nema smetnji od strane drugih pretplatnika. Drugi pretplatnik će kodirati, tj. promijenite energiju svog signala tako da ne ometate prvi i da ne podvrgnete svoj signal utjecaju iz prvog. Naknadni pretplatnici dodani u sistem će također slijediti ovaj princip i oslanjati se na broj aktivnih pretplatnika i učinak signala koje prenose.

MIMO aplikacija

MIMO tehnologija u posljednjoj deceniji bila je jedan od najrelevantnijih načina za povećanje propusnosti i kapaciteta bežičnih komunikacionih sistema. Razmotrimo nekoliko primjera korištenja MIMO-a u različitim komunikacijskim sistemima.

WiFi 802.11n standard je jedan od najupečatljivijih primjera korištenja MIMO tehnologije. Prema njegovim riječima, to vam omogućava da održite brzine do 300 Mbps. Štaviše, prethodni standard 802.11g je dozvoljavao samo 50 Mbps. Pored povećanja brzine prenosa podataka, novi standard, zahvaljujući MIMO, takođe omogućava bolji kvalitet performansi usluge na mestima sa niskim nivoom signala. 802.11n se koristi ne samo u Point/Multipoint sistemima – najpoznatijoj niši za korištenje WiFi tehnologije za organiziranje LAN-a (Local Area Network), već i za organiziranje point/point konekcija koje se koriste za organiziranje trunk komunikacionih kanala brzinom od nekoliko stotina Mbps i omogućava prijenos podataka na desetine kilometara (do 50 km).

WiMAX standard također ima dva izdanja koja otvaraju nove mogućnosti korisnicima koji koriste MIMO tehnologiju. Prvi, 802.16e, pruža mobilne širokopojasne usluge. Omogućava vam prijenos informacija brzinom do 40 Mbit/s u smjeru od bazne stanice do opreme pretplatnika. Međutim, MIMO u 802.16e se smatra opcijom i koristi se u najjednostavnijoj konfiguraciji - 2x2. U sljedećem izdanju, 802.16m MIMO se smatra obaveznom tehnologijom, sa mogućom 4x4 konfiguracijom. U ovom slučaju, WiMAX se već može pripisati sistemima celularne komunikacije, odnosno njihovoj četvrtoj generaciji (zbog velike brzine prenosa podataka), jer poseduje niz karakteristika svojstvenih celularnim mrežama: govorne veze. U slučaju mobilne upotrebe, teoretski, može se postići brzina od 100 Mbps. U fiksnoj verziji, brzina može doseći 1 Gb / s.

Najveći interes je upotreba MIMO tehnologije u sistemima celularne komunikacije. Ova tehnologija se koristi od treće generacije sistema celularne komunikacije. Na primjer, u standardu, Rel. 6, koristi se zajedno sa HSPA tehnologijom koja podržava brzine do 20 Mbps, a u Rel. 7 - sa HSPA +, gdje brzine prijenosa podataka dostižu 40 Mbps. Međutim, u 3G sistemima, MIMO nije našao široku upotrebu.

Sistemi, odnosno LTE, takođe omogućavaju upotrebu MIMO-a u konfiguracijama do 8x8. U teoriji, ovo može omogućiti prijenos podataka sa bazne stanice do pretplatnika brzinom većom od 300 Mbps. Također važan plus je konstantan kvalitet spoja, čak i na rubu. U ovom slučaju, čak i na znatnoj udaljenosti od bazne stanice, ili kada ste u udaljenoj prostoriji, primijetit će se samo neznatno smanjenje brzine prijenosa podataka.

Dakle, MIMO tehnologija nalazi primenu u skoro svim sistemima bežičnog prenosa podataka. Štaviše, njen potencijal nije iscrpljen. Već se razvijaju nove opcije konfiguracije antene, do 64x64 MIMO. Ovo će u budućnosti omogućiti postizanje još veće brzine prenosa podataka, kapaciteta mreže i spektralne efikasnosti.