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 rješenjima, gdje sve antene rutera moraju biti koordinirane za komunikaciju 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 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 i resursi moraju biti dodijeljeni 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.
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 istovremeno 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. Za primanje dvostrukog toka u isto vrijeme, 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, ovaj WiFi protokol uspijeva razviti brzine veće od 300 megabita u sekundi.
Pored ubrzanja prenosa tokova informacija, zahvaljujući MIMO-u, bežična mreža je dobila poboljšane karakteristike u pogledu kvaliteta prenosa podataka čak i na mestima gde 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.
9. aprila 2014
Jedno vrijeme je tiho i neprimjetno nestala IC veza, a onda su prestali koristiti Bluetooth za razmjenu podataka. A sada je na redu Wi-Fi...
Razvijen je višekorisnički sistem sa više ulaza i izlaza, omogućavajući mreži da komunicira sa više od jednog računara u isto vreme. Kreatori tvrde da korišćenjem istog radio talasnog opsega dodeljenog za Wi-Fi, kurs se može utrostručiti.
Qualcomm Atheros je razvio sistem za više korisnika, više ulaza/izlaza (MU-MIMO protokol) koji omogućava mreži da komunicira sa više od jednog računara u isto vreme. Kompanija planira da počne demonstrirati tehnologiju u narednih nekoliko mjeseci, prije nego što se isporuči kupcima početkom sljedeće godine.
Međutim, da bi postigli ovaj visok kurs, korisnici će morati da nadograde i svoje računare i mrežne rutere.
Koristeći Wi-Fi protokol, klijenti se opslužuju sekvencijalno - u određenom vremenskom intervalu koristi se samo jedan uređaj za prijenos i prijem informacija - tako da se koristi samo mali dio propusnog opsega mreže.
Akumulacija ovih uzastopnih događaja stvara pad kursa kako se sve više uređaja povezuje na mrežu.
MU-MIMO (multi-user, multiple input, multiple output) protokol omogućava istovremeni prijenos informacija grupi klijenata, čime se efikasnije koristi raspoloživi propusni opseg Wi-Fi mreže i na taj način ubrzava prijenos.
Qualcomm vjeruje da će takve mogućnosti biti posebno korisne u kongresnim centrima i internet kafićima kada je više korisnika povezano na istu mrežu.
Kompanija također vjeruje da se ovdje ne radi samo o povećanju apsolutne brzine, već i o efikasnijem korištenju mreže i vremena emitiranja za podršku rastućem broju povezanih uređaja, usluga i aplikacija.
MU-Mimo čipove Qualcomm će prodati proizvođačima rutera, pristupnih tačaka, pametnih telefona, tableta i drugih uređaja s podrškom za Wi-Fi. Prvi čipovi će moći da rade istovremeno sa četiri toka podataka; podrška za tehnologiju će biti uključena u Atheros 802.11ac čipove i mobilne procesore Snapdragon 805 i 801. Demonstracija tehnologije će se održati ove godine, a prve isporuke čipova planirane su za prvi kvartal sljedeće godine.
Pa, sada ko želi detaljnije da se upusti u ovu tehnologiju, nastavljamo...
MIMO Multiple Input Multiple Output (Multiple Input Multiple Output) je tehnologija koja se koristi u bežičnim komunikacionim sistemima (WIFI, WI-MAX, celularne komunikacione 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 u velikoj mjeri olakšano pojavom usluga kao što su VoIP (Voice over Internet Protocol), video konferencije, VoD (Video on Demand) itd. Međutim, većina bežičnih tehnologija ne dozvoljava pretplatnicima pružanje usluga visokog kvaliteta na rubu područje pokrivenosti. U ćelijskim i drugim bežičnim komunikacionim sistemima, kvalitet veze, kao i dostupna brzina prenosa podataka, opadaju sa udaljenosti od bazne stanice (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 financijske 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 razumeli principi MIMO tehnologije, potrebno je razmotriti opšte principe širenja radio talasa u svemiru. Talasi koje emituju razni 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 dopire 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 imaju različita vremenska kašnjenja.
U gustom gradskom objektu, zbog velikog broja prepreka kao što su zgrade, drveće, automobili i sl., često se javlja situacija kada između pretplatničke opreme (MS) i antena bazne stanice (BTS) nema vidnog polja. . 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 širenja višestaznog signala – 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, slabljenje 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 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 kodira 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. Moguća rješenja za borbu protiv ovog problema su korištenje Smart Antene 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 ima niz karakteristika svojstvenih mobilnim mrežama: roming, hendover, glasovne 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 UMTS standardu, u 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 važna pozitivna točka je dosljedan kvalitet veze čak i na rubu saća. 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.
Da bismo bolje razumjeli princip MIMO antene, zamislimo sljedeću situaciju: bazna stanica (BS) operatera mobilne mreže i modem su postale dvije geografske tačke A i B, između ovih objekata je položena određena putanja, ljudi koji se kreću ovom stazom personificiraju informacije, A. - ovo je vaša prijemna antena, B je BS mobilnog operatera. Ljudi se kreću od jedne do druge tačke vozom kapaciteta 100 ljudi. Ali ima mnogo više ljudi koji žele doći od tačke B do tačke A. Zbog toga se gradi drugi kolosijek i pušta novi voz, čiji je kapacitet takođe 100 ljudi. Dakle, produktivnost i efikasnost dva voza je 2 puta veća.
Najnovija MIMO tehnologija radi na isti način. (eng. Multiple Input Multiple Output), omogućava vam da primate više streamova u isto vrijeme. Za to se koriste različite polarizacije signala, na primjer, horizontalne i vertikalne - 2x2. Ranije je za dobijanje više informacija, odnosno više streamova bila potrebna kupovina dvije jednostavne antene.
 |
 |
Danas je dovoljno kupiti samo jednu MIMO antenu. Poboljšana MIMO antena sadrži dva seta zračećih elemenata, takozvanih zakrpa, u jednom slučaju, od kojih je svaki spojen na zasebnu utičnicu. Druga verzija uređaja: postoji jedan set zakrpa i napajanje za dva porta, što omogućava da patch funkcionira u dva smjera: horizontalnom i vertikalnom. U ovom slučaju, jedan set zakrpa je priključen na dva priključka. To je druga opcija (sa dve kablovske uvodnice) koju možete pronaći u asortimanu naše kompanije.
Ali kako spojiti 2 kabla koji izlaze iz antene na jedan modem? Sve je vrlo jednostavno. Danas ovu funkciju ne podržavaju samo antene, već i modemi. Postoje modemi sa 2 ulaza za povezivanje vanjskih antena, na primjer, široko rasprostranjeni Huawei.
Prednosti MIMO tehnologije
Glavne prednosti uključuju mogućnost poboljšanja propusnosti bez povećanja propusnosti. Dakle, uređaj istovremeno distribuira nekoliko tokova informacija preko jednog kanala.
Kvaliteta odaslanog signala i brzina prijenosa podataka postaju sve bolji. Zato što tehnologija prvo kodira podatke, a zatim ih obnavlja na strani primaoca.
Brzina prijenosa signala je više nego udvostručena.
Mnogi drugi parametri brzine su također povećani zbog upotrebe dva nezavisna kabla, preko kojih se informacije istovremeno distribuiraju i primaju u obliku digitalnog toka. Poboljšan je kvalitet spektra sljedećih sistema: 3G, 4G/LTE, WiMAX, WiFi, zahvaljujući korištenju dva ulaza i dva izlaza.
Opseg MIMO antena
Najčešće se MIMO tehnologija koristi za prijenos podataka iz protokola kao što je WiFi. To je zbog povećane propusnosti i kapaciteta. Za primjer, uzmimo 802.11n protokol, u kojem, koristeći opisanu tehnologiju, možete postići brzine do 350 megabita / sec. Kvalitet prijenosa podataka je također poboljšan, čak iu onim područjima gdje je signal prijema slab. Primjer vanjske pristupne točke sa MIMO antenom je dobro poznat.
WiMAX mreža, koristeći MIMO, sada može emitovati informacije brzinom do 40 megabita/sekundi.
Koristi MIMO tehnologiju do 8x8. Zahvaljujući tome postiže se visoka brzina prijenosa - više od 35 megabita u sekundi. Osim toga, osiguran je pouzdan i kvalitetan priključak odličnog kvaliteta.
Konstantno radimo na poboljšanju i poboljšanju tehnoloških konfiguracija. Uskoro će to poboljšati performanse spektra, poboljšati kapacitet mreže i ubrzati brzinu prijenosa podataka.
Jedan pristup povećanju brzine prenosa podataka za WiFi 802.11 i WiMAX 802.16 je korištenje bežičnih sistema koji koriste više antena i za predajnik i za prijemnik. Ovaj pristup se naziva MIMO (doslovni prevod - "višestruki ulaz i više izlaza"), ili "pametni antenski sistemi" (pametni antenski sistemi). MIMO tehnologija igra važnu ulogu u implementaciji 802.11n WiFi standarda.
MIMO tehnologija koristi više antena različitih vrsta koje su podešene na isti kanal. Svaka antena emituje signal sa različitim prostornim karakteristikama. Dakle, MIMO tehnologija koristi radio spektar efikasnije i bez ugrožavanja operativne pouzdanosti. Svaki wi-fi prijemnik "sluša" sve signale sa svakog wifi predajnika, što omogućava raznovrsnije puteve prijenosa. Stoga se više putanja može rekombinovati kako bi se pojačali potrebni signali u bežičnim mrežama.
Još jedan plus MIMO tehnologije je to što pruža Spatial Division Multiplexing (SDM). SDM prostorno multipleksira više nezavisnih tokova podataka istovremeno (uglavnom virtuelni kanali) unutar jednog spektralnog opsega kanala. U suštini, više antena emituju različite pojedinačno kodirane tokove podataka (prostorne tokove). Ovi tokovi, koji se kreću paralelno kroz vazduh, "guraju" više podataka kroz dati kanal. Na prijemniku, svaka antena vidi različitu kombinaciju tokova signala i prijemnik "demultipleksira" te tokove za upotrebu. MIMO SDM može značajno povećati protok podataka povećanjem broja tokova prostornih podataka. Svaki prostorni tok treba svoje parove antena za prijenos/prijem (TX/RX) na svakom kraju prijenosa. Rad sistema je prikazan na slici 1.
Također treba shvatiti da implementacija MIMO tehnologije zahtijeva poseban RF krug i analogno-digitalni pretvarač (ADC) za svaku antenu. Implementacije koje zahtijevaju više od dvije antene u lancu moraju biti pažljivo dizajnirane kako ne bi povećale troškove uz održavanje odgovarajućeg nivoa efikasnosti.
Važan alat za povećanje fizičke brzine prenosa podataka u bežičnim mrežama je proširenje propusnog opsega spektralnih kanala. Korišćenjem šireg opsega OFDM kanala, prenos podataka je maksimiziran. OFDM je digitalna modulacija koja se dokazala kao alat za implementaciju dvosmjernog bežičnog prijenosa podataka velike brzine u WiMAX / WiFi mrežama. Metoda proširenja kapaciteta kanala je isplativa i prilično laka za implementaciju sa umjerenim rastom digitalne obrade signala (DSP). Kada se pravilno koristi, moguće je udvostručiti propusni opseg 802.11 Wi-Fi standarda sa kanala od 20 MHz na kanal od 40 MHz, a može i više nego udvostručiti propusni opseg kanala koji se trenutno koriste. Kombinacijom MIMO arhitekture sa širim propusnim opsegom kanala, dobija se veoma moćan i isplativ pristup povećanju fizičke brzine prenosa.
Upotreba MIMO tehnologije sa kanalima od 20 MHz je skupa za ispunjavanje zahtjeva IEEE WiFi 802.11n (propusnost 100 Mbps po SAP MAC-u). Takođe, da bi se ispunili ovi zahtjevi, kada se koristi kanal od 20 MHz, potrebne su najmanje tri antene, kako na predajniku tako i na prijemniku. Ali u isto vrijeme, rad na kanalu od 20 MHz osigurava pouzdan rad sa aplikacijama velikog propusnog opsega u stvarnom korisničkom okruženju.
Kombinovana upotreba MIMO tehnologija i proširenja kanala zadovoljava sve zahtjeve korisnika i prilično je pouzdan tandem. Ovo je također istina kada se istovremeno koristi nekoliko mrežnih aplikacija koje zahtijevaju velike resurse. Kombinacija MIMO i proširenja kanala od 40MHz omogućit će ispunjavanje složenijih zahtjeva kao što je Mooreov zakon i implementacija CMOS tehnologije za poboljšanje DSP tehnologije.
Kada se koristi prošireni kanal od 40 MHz u opsegu 2,4 GHz, u početku je bilo poteškoća s kompatibilnošću s opremom zasnovanom na WiFi standardima 802.11a / b / g, kao i sa opremom koja koristi Bluetooth tehnologiju za prijenos podataka.
802.11n Wi-Fi standard pruža niz rješenja za rješavanje ovog problema. Jedan takav mehanizam, posebno dizajniran za zaštitu mreža, je takozvani redundantni režim niske propusnosti (non-HT). Prije upotrebe 802.11n WiFi protokola, ovaj mehanizam šalje po jedan paket na svaku od polovica kanala od 40 MHz kako bi reklamirao mrežu vektorske distribucije (NAV). Praćenjem ne-HT dual mode NAV poruke, 802.11n protokol za prijenos podataka može se koristiti za vrijeme navedeno u poruci, bez ugrožavanja naslijeđa (integriteta) mreže.
Drugi mehanizam je neka vrsta signalizacije i sprečava bežične mreže da prošire kanal na više od 40 MHz. Na primjer, laptop ima 802.11n i Bluetooth module, ovaj mehanizam zna za mogućnost potencijalnih smetnji u radu ova dva modula u isto vrijeme i isključuje prijenos preko 40 MHz kanala jednog od modula.
Ovi mehanizmi osiguravaju da će 802.11n WiFi raditi s ranijim 802.11 mrežama bez potrebe za migracijom cijele mreže na 802.11n hardver.
Možete vidjeti primjer korištenja MIMO sistema na slici 2
Ako nakon čitanja imate bilo kakvih pitanja, možete ih postaviti putem obrasca za slanje poruke u odjeljku
