تکنولوژی mimo 2x2. MIMO - فناوری های چند آنتن در LTE

MIMO (Multiple Input Multiple Output, Multi-channel input - Multi-channel output) روشی برای استفاده هماهنگ از چندین آنتن رادیویی در ارتباطات شبکه بی سیم است که در روترهای پهن باند خانگی مدرن و در شبکه های سلولی LTE و WiMAX رایج است.

چگونه کار می کند؟

روترهای وای فای با فناوری MIMO از پروتکل های شبکه مشابه روترهای تک لینک معمولی استفاده می کنند. آنها عملکرد بالاتری را با بهبود کارایی انتقال و دریافت داده ها از طریق یک پیوند بی سیم ارائه می دهند. به طور خاص، ترافیک شبکه بین کلاینت ها و روتر به صورت جریان های جداگانه ای سازماندهی می شود که به صورت موازی منتقل می شوند و سپس توسط دستگاه گیرنده بازیابی می شوند.

فناوری MIMO می تواند توان عملیاتی، برد و قابلیت اطمینان انتقال را در زمانی که خطر تداخل سایر تجهیزات بی سیم وجود دارد افزایش دهد.

کاربرد در شبکه های وای فای

فناوری MIMO از نسخه 802.11n در استاندارد گنجانده شده است. استفاده از آن عملکرد و در دسترس بودن اتصالات شبکه را در مقایسه با روترهای معمولی بهبود می بخشد.

تعداد آنتن ها ممکن است متفاوت باشد. به عنوان مثال، MIMO 2x2 دارای دو آنتن و دو فرستنده است که قادر به دریافت و ارسال در دو کانال هستند.

برای استفاده از این فناوری و درک مزایای آن، دستگاه مشتری و روتر باید یک ارتباط MIMO بین آنها برقرار کنند. اسناد تجهیزات مورد استفاده باید نشان دهد که آیا از این ویژگی پشتیبانی می کند یا خیر. هیچ راه ساده دیگری برای بررسی اینکه آیا اتصال شبکه از این فناوری استفاده می کند وجود ندارد.

SU-MIMO و MU-MIMO

نسل اول فناوری که با استاندارد 802.11n معرفی شد، از روش تک کاربر (SU) پشتیبانی می کرد. در مقایسه با راه حل های سنتی، که در آن همه آنتن های روتر باید برای ارتباط با یک دستگاه مشتری واحد هماهنگ شوند، SU-MIMO اجازه می دهد تا هر آنتن بین تجهیزات مختلف توزیع شود.

فناوری MIMO چند کاربره (MU) برای استفاده در شبکه‌های Wi-Fi 802.11ac با فرکانس 5 گیگاهرتز ایجاد شده است. در حالی که استاندارد قبلی روترها را ملزم می‌کرد که اتصالات کلاینت خود را به نوبه خود (یک در یک زمان) مدیریت کنند، آنتن‌های MU-MIMO می‌توانند با چندین کلاینت به صورت موازی ارتباط برقرار کنند. عملکرد اتصال را بهبود می بخشد. با این حال، حتی اگر روتر 802.11ac از پشتیبانی سخت افزاری لازم برای فناوری MIMO برخوردار باشد، محدودیت های دیگری نیز وجود دارد:

• تعداد محدودی از اتصالات مشتری همزمان (2-4) بسته به پیکربندی آنتن پشتیبانی می شود.
• هماهنگی آنتن فقط در یک جهت ارائه می شود - از روتر به مشتری.

MIMO و Cellular

این فناوری در انواع مختلف شبکه های بی سیم استفاده می شود. به طور فزاینده ای در ارتباطات سلولی (4G و 5G) به اشکال مختلف استفاده می شود:

• شبکه MIMO - انتقال سیگنال هماهنگ بین ایستگاه های پایه.
• MIMO عظیم - استفاده از تعداد زیادی (صدها) آنتن.
• امواج میلیمتری - استفاده از باندهای مایکروویو، که در آن پهنای باند بیشتر از باندهای مجاز برای 3G و 4G است.

فناوری چند کاربره

برای اینکه بفهمید MU-MIMO چگونه کار می کند، در نظر بگیرید که یک روتر بی سیم سنتی چگونه بسته های داده را مدیریت می کند. این کار ارسال و دریافت داده ها را به خوبی انجام می دهد، اما فقط در یک جهت. به عبارت دیگر، در هر زمان تنها می تواند با یک دستگاه ارتباط برقرار کند. به عنوان مثال، اگر یک ویدیو در حال بارگیری است، نمی‌توانید یک بازی ویدیویی آنلاین را همزمان روی کنسول پخش کنید.

یک کاربر می تواند چندین دستگاه را در یک شبکه Wi-Fi اجرا کند و روتر به نوبه خود به سرعت بیت های داده را به آنها ارسال می کند. با این حال، در هر زمان تنها می تواند به یک دستگاه دسترسی داشته باشد، که دلیل اصلی افت کیفیت اتصال در صورت کم بودن توان وای فای است.

چون کار می کند، توجه کمی را به خود جلب می کند. با این حال، کارایی روتری که داده ها را همزمان به چندین دستگاه منتقل می کند، می تواند بهبود یابد. در عین حال، سریعتر کار می کند و تنظیمات شبکه جالب تری را ارائه می دهد. به همین دلیل است که پیشرفت هایی مانند MU-MIMO ظهور کرد و در نهایت در استانداردهای بی سیم امروزی گنجانده شد. این پیشرفت ها به روترهای پیشرفته اجازه می دهد تا با چندین دستگاه به طور همزمان تعامل داشته باشند.

تاریخچه مختصر: SU در مقابل MU

MIMO تک کاربره و چند کاربره راه های مختلفی برای ارتباط روترها با چندین دستگاه است. اولی بزرگتره استاندارد SU، بسته به تعداد آنتن‌های موجود، که هر کدام می‌توانند با دستگاه‌های متفاوتی کار کنند، امکان ارسال و دریافت داده‌ها در چندین جریان را در یک زمان می‌داد. SU در به روز رسانی 802.11n 2007 گنجانده شد و به تدریج در خطوط تولید جدید معرفی شد.

با این حال، SU-MIMO علاوه بر الزامات آنتن، محدودیت هایی نیز داشت. در حالی که ممکن است چندین دستگاه متصل باشند، آنها همچنان با روتری سروکار دارند که تنها می تواند یکی در یک زمان را اداره کند. نرخ داده افزایش یافته است، تداخل مشکل کمتر شده است، اما هنوز جای زیادی برای بهبود وجود دارد.

MU-MIMO استانداردی است که از SU-MIMO و SDMA (دسترسی چندگانه تقسیم فضایی) تکامل یافته است. این فناوری به یک ایستگاه پایه اجازه می دهد تا با استفاده از یک جریان جداگانه برای هر یک از آنها با چندین دستگاه ارتباط برقرار کند، گویی که همه آنها روتر خود را دارند.

پشتیبانی MU در نهایت در به روز رسانی سال 2013 به استاندارد 802.11ac اضافه شد.پس از سال ها توسعه، سازندگان شروع به گنجاندن این ویژگی در محصولات خود کردند.

مزایای MU-MIMO

این یک فناوری هیجان انگیز است زیرا بدون تغییر مستقیم پهنای باند یا سایر پارامترهای کلیدی اتصال بی سیم، تأثیر قابل توجهی بر استفاده روزمره از Wi-Fi دارد. شبکه ها بسیار کارآمدتر می شوند.

برای اطمینان از اتصال پایدار با لپ تاپ، تلفن، تبلت یا کامپیوتر، استاندارد نیازی به روتر ندارد که چندین آنتن داشته باشد. هر دستگاهی ممکن است کانال MIMO خود را با دیگران به اشتراک نگذارد. این امر به ویژه هنگام پخش ویدیو یا انجام سایر کارهای پیچیده قابل توجه است. سرعت اینترنت بطور ذهنی افزایش یافته و اتصال قابل اعتمادتر است، اگرچه در واقع شبکه هوشمندتر می شود. تعداد دستگاه هایی که به طور همزمان سرویس می شوند نیز افزایش می یابد.

محدودیت های MU-MIMO

فناوری دسترسی چند کاربره چند کاربره نیز دارای تعدادی محدودیت است که شایان ذکر است. استانداردهای موجود از 4 دستگاه پشتیبانی می‌کنند، اما اجازه می‌دهند دستگاه‌های بیشتری اضافه شوند و باید جریان را به اشتراک بگذارند، که مشکلات SU-MIMO را بازمی‌گرداند. این فناوری عمدتاً در لینک‌های پایین استفاده می‌شود و در هنگام خروجی محدود است. علاوه بر این، روتر MU-MIMO باید اطلاعات دستگاه و وضعیت پیوند بیشتری نسبت به استانداردهای قبلی مورد نیاز داشته باشد. این امر مدیریت و عیب یابی شبکه های بی سیم را پیچیده می کند.

MU-MIMO همچنین یک فناوری جهت دار است. این بدان معنی است که 2 دستگاه در کنار یکدیگر نمی توانند همزمان از کانال های مختلف استفاده کنند. به عنوان مثال، اگر شوهری در حال تماشای پخش زنده از تلویزیون است و همسرش در همان نزدیکی در حال پخش یک بازی PS4 برای ویتا از طریق Remote Play است، آنها همچنان باید پهنای باند را به اشتراک بگذارند. یک روتر فقط می تواند جریان های مجزا را برای دستگاه هایی که در جهات مختلف قرار دارند ارائه دهد.

MIMO عظیم

همانطور که ما به سمت شبکه های بی سیم نسل پنجم (5G) پیش می رویم، رشد گوشی های هوشمند و برنامه های کاربردی جدید منجر به افزایش ۱۰۰ برابری پهنای باند مورد نیاز آنها در مقایسه با LTE شده است. فناوری جدید Massive MIMO که در سال‌های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است، به گونه‌ای طراحی شده است که کارایی شبکه‌های مخابراتی را به میزان بی‌سابقه‌ای افزایش دهد. با توجه به کمبود و هزینه بالای منابع موجود، اپراتورها با فرصتی برای افزایش پهنای باند در باندهای فرکانسی زیر 6 گیگاهرتز جذب می شوند.

علیرغم پیشرفت چشمگیر، MIMO عظیم بسیار تا کامل نیست. این فناوری به طور فعال هم در دانشگاه و هم در صنعت مورد بررسی قرار می گیرد، جایی که مهندسان به دنبال دستیابی به نتایج نظری با راه حل های تجاری قابل دوام هستند.

MIMO عظیم می تواند به حل دو مشکل کلیدی کمک کند - توان عملیاتی و پوشش. برای اپراتورهای تلفن همراه، باند فرکانس منبع کمیاب و نسبتاً گران است، اما شرط کلیدی برای افزایش سرعت انتقال سیگنال است. در شهرها، فاصله بین ایستگاه های پایه به جای پوشش، بر اساس پهنای باند است که مستلزم استقرار زیاد و هزینه های اضافی است. MIMO عظیم به شما امکان می دهد ظرفیت یک شبکه موجود را افزایش دهید. در مناطقی که استقرار ایستگاه های پایه به دلیل پوشش است، این فناوری به شما امکان می دهد برد آنها را افزایش دهید.

مفهوم

MIMO عظیم با استفاده از تعداد بسیار زیادی آنتن خدمات 4G (صدها یا هزاران) عملکرد منسجم و سازگار را متحول می کند. این به تمرکز انتقال و دریافت انرژی سیگنال در مناطق کوچک‌تر از فضا کمک می‌کند و عملکرد و بازده انرژی را به میزان زیادی بهبود می‌بخشد، به خصوص زمانی که با برنامه‌ریزی تعداد زیادی پایانه کاربر (ده‌ها یا صدها) به طور همزمان ترکیب شود. این تکنیک در ابتدا برای دوبلکس تقسیم زمانی (TDD) در نظر گرفته شده بود، اما این پتانسیل را دارد که برای دوبلکس تقسیم فرکانس (PDD) نیز اعمال شود.

فناوری MIMO: مزایا و معایب

مزایای روش استفاده گسترده از اجزای ارزان قیمت کم مصرف، کاهش تاخیر، ساده سازی سطح کنترل دسترسی (MAC)، مقاومت در برابر تداخل تصادفی و عمدی است. توان مورد انتظار به محیط انتشار بستگی دارد که کانال‌های متعامد مجانبی را به پایانه‌ها ارائه می‌کند، و آزمایش‌ها تاکنون هیچ محدودیتی در این زمینه نشان نداده‌اند.

با این حال، همراه با رفع بسیاری از مشکلات، مشکلات جدیدی ظاهر می شود که نیاز به راه حل های فوری دارد. به عنوان مثال، در سیستم‌های MIMO، لازم است اطمینان حاصل شود که بسیاری از اجزای کم‌هزینه و کم‌دقت با هم کار می‌کنند، داده‌های وضعیت کانال را جمع‌آوری می‌کنند و منابع را به پایانه‌های تازه متصل تخصیص می‌دهند. همچنین لازم است از درجات آزادی اضافی ارائه شده توسط مازاد آنتن های سرویس، کاهش مصرف برق داخلی برای دستیابی به بهره وری کلی انرژی و یافتن سناریوهای استقرار جدید استفاده شود.

رشد تعداد آنتن های 4G درگیر در اجرای MIMO معمولاً مستلزم بازدید از هر ایستگاه پایه برای تغییر پیکربندی و سیم کشی است. استقرار اولیه شبکه های LTE مستلزم نصب تجهیزات جدید بود. این امکان تولید پیکربندی MIMO 2x2 از استاندارد اصلی LTE را فراهم کرد. تغییرات بیشتر در ایستگاه های پایه تنها به عنوان آخرین راه حل انجام می شود و اجرای مرتبه بالاتر به محیط عملیاتی بستگی دارد. مشکل دیگر این است که عملیات MIMO منجر به رفتار شبکه کاملاً متفاوتی نسبت به سیستم‌های قبلی می‌شود که برخی عدم قطعیت زمان‌بندی را ایجاد می‌کند. بنابراین، اپراتورها تمایل دارند ابتدا از طرح های دیگر استفاده کنند، به خصوص اگر بتوان آنها را از طریق ارتقاء نرم افزار به کار برد.

در مورد MIMO.

تصور کنید اطلاعات افراد هستند و مودم و ایستگاه پایه اپراتور دو شهر هستند که یک مسیر بین آنها گذاشته شده است و آنتن ایستگاه است. ما مردم را با قطار جابه جا می کنیم که مثلاً بیش از صد نفر نمی توانند حمل کنند. بازده بین چنین شهرهایی محدود خواهد بود، زیرا. قطار فقط می تواند صد نفر را در یک زمان ببرد.

به طوری که 200 نفر می توانند همزمان به شهر دیگری برسند، مسیر دوم بین شهرها ساخته می شود و قطار دوم همزمان با قطار اول راه اندازی می شود و در نتیجه تردد مردم دو برابر می شود. فناوری MIMO به همین صورت عمل می کند، در واقع، ما به سادگی تعداد استریم ها را دو برابر می کنیم. تعداد جریان ها توسط استاندارد MIMO تعیین می شود، دو جریان - MIMO 2x2، چهار جریان - MIMO 4x4 و غیره. برای انتقال داده ها از طریق اینترنت، خواه 4G LTE یا WiFi باشد، امروزه معمولاً از استاندارد MIMO 2x2 استفاده می شود. برای دریافت یک جریان دوگانه به طور همزمان، دو آنتن معمولی، یا به طور قیاس، دو ایستگاه، یا، برای صرفه جویی در هزینه، یک آنتن MIMO لازم است، گویی که یک ایستگاه با دو سکو است. یعنی یک آنتن MIMO دو آنتن داخل یکی است.

یک آنتن MIMO پانل به معنای واقعی کلمه می تواند دو مجموعه از عناصر تابشی داشته باشد. "پچ") در یک مورد( به عنوان مثال، چهار تکه در قطبش عمودی، چهار قطعه دیگر در قطبش افقی، در مجموع هشت تکه عمل می کنند.). هر مجموعه به سوکت خود متصل است.

و می تواند یک مجموعه تکه داشته باشد اما دارای تغذیه دو پورت (متعامد) باشد، بنابراین عناصر آنتن با تغییر فاز 90 درجه تغذیه می شوند و سپس هر وصله همزمان در قطبش عمودی و افقی کار می کند.

در این صورت، یک مجموعه پچ به طور همزمان به دو سوکت متصل می شود، این آنتن های MIMO هستند که در فروشگاه آنلاین ما فروخته می شوند.

بیشتر

پخش موبایلی جریان دیجیتال LTE مستقیماً با پیشرفت های جدید 4G مرتبط است. با استفاده از یک شبکه 3G برای تجزیه و تحلیل، می توانید متوجه شوید که سرعت انتقال داده آن 11 برابر کمتر از 4G است. با این وجود، سرعت دریافت و انتقال داده های LTE اغلب از کیفیت پایینی برخوردار است. این به دلیل کمبود قدرت یا سطح سیگنالی است که مودم 4G LTE از ایستگاه دریافت می کند. برای بهبود قابل توجه کیفیت انتشار اطلاعات، آنتن های 4G MIMO معرفی می شوند.

آنتن‌های اصلاح‌شده، در مقایسه با سیستم‌های توزیع داده معمولی، طرح فرستنده متفاوتی دارند. به عنوان مثال، یک تقسیم‌کننده جریان دیجیتال برای توزیع اطلاعات در جریان‌های با نرخ پایین، که تعداد آن‌ها به تعداد آنتن‌ها مرتبط است، نیاز است. اگر سرعت جریان ورودی تقریباً 200 مگابیت در ثانیه باشد، دو جریان ایجاد می شود - هر دو با سرعت 100 مگابیت در ثانیه. هر جریان باید از طریق یک آنتن جداگانه پخش شود. قطبش موج رادیویی ارسال شده از هر یک از دو آنتن به منظور رمزگشایی داده ها در زمان دریافت متفاوت خواهد بود. دستگاه گیرنده برای حفظ نرخ دیتا نیز باید دارای دو آنتن گیرنده در پلاریزاسیون های مختلف باشد.

مزایای MIMO

MIMO توزیع چندین جریان اطلاعاتی به طور همزمان بر روی یک کانال است و به دنبال آن عبور از یک جفت یا چند آنتن قبل از ورود به دستگاه های گیرنده مستقل برای پخش امواج رادیویی انجام می شود. این به شما این امکان را می دهد که بدون توسل به گسترش پهنای باند، توان سیگنال را به میزان قابل توجهی بهبود بخشید.

هنگامی که امواج رادیویی پخش می شود، جریان دیجیتال در کانال رادیویی به طور انتخابی منجمد می شود. اگر با ساختمان های مرتفع شهری احاطه شده باشید، با سرعت زیاد حرکت کنید یا از منطقه ای دور شوید که امواج رادیویی می توانند به آن برسند، ممکن است متوجه این موضوع شوید. برای رهایی از این مشکل، یک آنتن MIMO ساخته شد که قادر به انتقال اطلاعات از چندین کانال با کمی تاخیر است. اطلاعات از قبل کدگذاری شده و سپس در انتهای دریافت کننده بازسازی می شوند. در نتیجه، نه تنها سرعت توزیع داده ها افزایش می یابد، بلکه کیفیت سیگنال نیز به طور قابل توجهی بهبود می یابد.

آنتن های LTE با توجه به ویژگی های طراحی خود به دو دسته معمولی و متشکل از دو فرستنده گیرنده (MIMO) تقسیم می شوند. یک سیستم انتشار سیگنال معمولی می تواند به سرعت بیش از 50 مگابیت در ثانیه دست یابد. MIMO شانس انتقال سیگنال را بیش از دو برابر می کند. این امر از طریق نصب چندین آنتن به طور همزمان در جعبه به دست می آید که در فاصله کمی از یکدیگر قرار دارند.

دریافت همزمان و همچنین توزیع جریان دیجیتال توسط آنتن ها به گیرنده از طریق دو کابل مستقل انجام می شود. این به شما امکان می دهد تا پارامترهای سرعت را به میزان قابل توجهی افزایش دهید. MIMO با موفقیت در سیستم های بی سیم مانند WiFi و همچنین شبکه های سلولی و وایمکس استفاده شده است. استفاده از این فناوری که معمولاً دارای دو ورودی و دو خروجی است می تواند کیفیت طیفی WiFi، WiMAX، 4G/LTE و سایر سیستم ها را بهبود بخشد، سرعت انتقال اطلاعات و ظرفیت جریان داده را افزایش دهد. مزایای ذکر شده به دلیل انتقال داده از آنتن 4G MIMO به گیرنده از طریق چندین اتصال بی سیم قابل دستیابی است. از این رو نام این فناوری (Multiple Input Multiple Output - multiple input و multiple output) می باشد.

. MIMO کجا اعمال می شود؟

MIMO با افزایش ظرفیت و توان عملیاتی پروتکل های انتقال داده مانند WiFi به سرعت محبوبیت پیدا کرد. می توان استاندارد WiFi 802.11n را به عنوان محبوب ترین مورد استفاده برای MIMO در نظر گرفت. به لطف فناوری ارتباطی MIMO، این پروتکل WiFi قادر است به سرعت بیش از 300 مگابیت در ثانیه دست یابد.

علاوه بر سرعت بخشیدن به انتقال جریان اطلاعات، شبکه بی سیم به لطف MIMO حتی در مکان هایی که سطح سیگنال دریافتی بسیار پایین است، عملکرد بهتری از نظر کیفیت انتقال داده دریافت کرده است. به لطف فناوری جدید، وایمکس قادر به انتقال اطلاعات با سرعت 40 مگابیت بر ثانیه بود.

در استاندارد 4G (LTE)، MIMO را می توان با پیکربندی تا 8x8 استفاده کرد. از نظر تئوری، این امکان پخش جریان دیجیتال از ایستگاه اصلی به گیرنده را با سرعت بیش از 300 مگابیت بر ثانیه فراهم می کند. یکی دیگر از نکات جذاب استفاده از سیستم جدید، اتصال با کیفیت و پایدار است که حتی در لبه سلول نیز مشاهده می شود.

این بدان معنی است که حتی در فاصله قابل توجهی از ایستگاه و همچنین زمانی که در اتاقی با دیوارهای ضخیم قرار دارد، تنها کاهش جزئی در عملکرد سرعت مشاهده می شود. MIMO را می توان تقریباً برای هر سیستم ارتباطی بی سیم اعمال کرد. لازم به ذکر است که پتانسیل این سیستم تمام نشدنی است.

آنها دائماً به دنبال راه هایی برای توسعه پیکربندی های جدید آنتن MIMO هستند، به عنوان مثال تا 64x64. در آینده نزدیک، این امکان را برای بهبود بیشتر بازده شاخص های طیفی، افزایش ظرفیت شبکه ها و سرعت انتقال اطلاعات فراهم می کند.

9 آوریل 2014

در یک زمان، اتصال IR به نوعی بی سر و صدا و نامحسوس خارج شد، سپس آنها از بلوتوث برای تبادل داده استفاده نکردند. و حالا نوبت وای فای است...

یک سیستم چند کاربره با چندین ورودی و خروجی توسعه داده شده است که به شبکه اجازه می دهد با بیش از یک کامپیوتر به طور همزمان ارتباط برقرار کند. سازندگان ادعا می کنند که هنگام استفاده از همان محدوده امواج رادیویی اختصاص داده شده برای Wi-Fi، نرخ ارز می تواند سه برابر شود.

Qualcomm Atheros یک سیستم چند کاربره، چند ورودی/خروجی (MU-MIMO) توسعه داده است که به شبکه اجازه می دهد با بیش از یک کامپیوتر به طور همزمان ارتباط برقرار کند. این شرکت قصد دارد در چند ماه آینده قبل از ارسال به مشتریان در اوایل سال آینده، نمایش این فناوری را آغاز کند.

با این حال، برای دستیابی به این سرعت بالا، کاربران باید هم رایانه و هم روترهای شبکه خود را ارتقا دهند.

با پروتکل Wi-Fi، سرویس گیرندگان به صورت متوالی انجام می شود - فقط یک دستگاه فرستنده و گیرنده برای مدت زمان مشخصی استفاده می شود - به طوری که تنها بخش کوچکی از پهنای باند شبکه استفاده می شود.

تجمع این رویدادهای متوالی باعث کاهش نرخ ارز می شود زیرا دستگاه های بیشتری به شبکه متصل می شوند.

پروتکل MU-MIMO (چند کاربر، ورودی چندگانه، چند خروجی) انتقال همزمان اطلاعات به گروهی از مشتریان را فراهم می کند که استفاده کارآمدتر از پهنای باند شبکه Wi-Fi موجود و در نتیجه سرعت انتقال را افزایش می دهد.

کوالکام معتقد است که چنین قابلیت هایی به ویژه برای مراکز کنفرانس و کافی نت ها زمانی که چندین کاربر به یک شبکه متصل می شوند مفید خواهد بود.

این شرکت همچنین بر این باور است که تنها افزایش سرعت مطلق نیست، بلکه استفاده کارآمدتر از شبکه و زمان پخش برای پشتیبانی از تعداد فزاینده‌ای از دستگاه‌ها، خدمات و برنامه‌های متصل است.

کوالکام قصد دارد تراشه‌های MU-Mimo را به تولیدکنندگان روتر، نقاط دسترسی، گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و سایر دستگاه‌های دارای Wi-Fi بفروشد. اولین تراشه ها می توانند به طور همزمان با چهار جریان داده کار کنند. پشتیبانی فناوری در تراشه‌های Atheros 802.11ac و پردازنده‌های موبایل Snapdragon 805 و 801 گنجانده خواهد شد. نمایش این فناوری در سال جاری انجام خواهد شد و اولین محموله‌های تراشه‌ها برای سه ماهه اول سال آینده برنامه‌ریزی شده است.

خوب ، اکنون که می خواهد با جزئیات بیشتری به این فناوری بپردازد ، ادامه می دهیم ...

MIMO(Multiple Input Multiple Output - multiple input multiple output) فناوری مورد استفاده در سیستم های ارتباطی بی سیم (WIFI، WI-MAX، شبکه های سلولی) است که می تواند کارایی طیفی سیستم، حداکثر سرعت انتقال داده و ظرفیت شبکه را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد. راه اصلی برای دستیابی به مزایای فوق، انتقال داده ها از منبع به مقصد از طریق چندین پیوند رادیویی است که نام این فناوری از آنجا گرفته شده است. پیشینه این موضوع را در نظر بگیرید و دلایل اصلی استفاده گسترده از فناوری MIMO را مشخص کنید.

نیاز به اتصالات پرسرعت که خدمات با کیفیت بالا (QoS) با تحمل خطا بالا را ارائه می دهند، سال به سال در حال افزایش است. این امر تا حد زیادی با ظهور خدماتی مانند VoIP (پروتکل صوتی از طریق اینترنت)، کنفرانس ویدیویی، VoD (ویدئو بر حسب تقاضا) و غیره تسهیل می‌شود. با این حال، اکثر فناوری‌های بی‌سیم خدمات با کیفیت بالا را در لبه پوشش به مشترکین ارائه نمی‌دهند. حوزه. در سیستم‌های ارتباطی سلولی و سایر سیستم‌های ارتباطی بی‌سیم، کیفیت اتصال و همچنین نرخ داده‌های موجود با فاصله از ایستگاه پایه (BTS) به سرعت کاهش می‌یابد. در عین حال کیفیت خدمات نیز کاهش می یابد که در نهایت منجر به عدم امکان ارائه خدمات بلادرنگ با کیفیت بالا در سراسر پوشش رادیویی شبکه می شود. برای حل این مشکل، می توانید سعی کنید ایستگاه های پایه را تا حد امکان محکم نصب کنید و پوشش داخلی را در همه مکان هایی با سطح سیگنال پایین سازماندهی کنید. اما این امر مستلزم هزینه های مالی قابل توجهی است که در نهایت منجر به افزایش هزینه خدمات و کاهش رقابت پذیری خواهد شد. بنابراین، برای حل این مشکل، نیاز به یک نوآوری اصلی است که در صورت امکان از محدوده فرکانس فعلی استفاده می کند و نیازی به ساخت تاسیسات جدید شبکه نیست.

ویژگی های انتشار امواج رادیویی

برای درک اصول عملکرد فناوری MIMO لازم است اصول کلی انتشار امواج رادیویی در فضا را در نظر بگیریم. امواجی که توسط سیستم‌های رادیویی بی‌سیم مختلف در محدوده بالای 100 مگاهرتز ساطع می‌شوند، از بسیاری جهات مانند پرتوهای نور رفتار می‌کنند. هنگامی که امواج رادیویی بر روی سطحی منتشر می شوند، بسته به مواد و اندازه مانع، مقداری از انرژی جذب می شود، بخشی از آن عبور می کند و بقیه منعکس می شود. نسبت سهم بخش‌های جذب‌شده، منعکس‌شده و منتقل‌شده انرژی تحت‌تاثیر بسیاری از عوامل خارجی از جمله فرکانس سیگنال قرار دارد. علاوه بر این، انرژی های سیگنال منعکس شده و عبور داده شده می توانند جهت انتشار بیشتر خود را تغییر دهند و خود سیگنال به چندین موج تقسیم می شود.

سیگنالی که طبق قوانین فوق از منبع به گیرنده منتشر می شود، پس از برخورد با موانع متعدد، به امواج زیادی تقسیم می شود که تنها بخشی از آنها به گیرنده می رسد. هر یک از امواجی که به گیرنده می رسد یک مسیر به اصطلاح انتشار سیگنال را تشکیل می دهد. علاوه بر این، با توجه به اینکه امواج مختلف از تعداد متفاوتی از موانع منعکس می‌شوند و مسافت‌های مختلفی را طی می‌کنند، مسیرهای مختلف دارای تأخیر زمانی متفاوتی هستند.

در یک محیط شهری متراکم، به دلیل وجود تعداد زیادی از موانع مانند ساختمان‌ها، درختان، اتومبیل‌ها و غیره، اغلب موقعیتی پیش می‌آید که بین تجهیزات مشترک (MS) و آنتن‌های ایستگاه پایه (BTS) خط دید وجود نداشته باشد. ). در این حالت تنها راه رسیدن به سیگنال گیرنده امواج منعکس شده است. با این حال، همانطور که در بالا ذکر شد، سیگنال منعکس شده مکرر دیگر انرژی اولیه را ندارد و ممکن است با تاخیر وارد شود. مشکل خاصی نیز با این واقعیت ایجاد می شود که اشیا همیشه ثابت نمی مانند و وضعیت می تواند به طور قابل توجهی در طول زمان تغییر کند. در این راستا، مشکل انتشار سیگنال چند مسیری به وجود می آید - یکی از مهم ترین مشکلات در سیستم های ارتباطی بی سیم.

انتشار چند مسیری - مشکل یا مزیت؟

برای مبارزه با انتشار سیگنال چند مسیری، چندین راه حل مختلف استفاده می شود. یکی از رایج ترین فناوری ها Receive Diversity - Diversity Reception است. ماهیت آن در این واقعیت است که نه یک، بلکه چندین آنتن (معمولاً دو، کمتر چهار) برای دریافت سیگنال استفاده می شود که در فاصله ای از یکدیگر قرار دارند. بنابراین، گیرنده نه یک، بلکه دو نسخه از سیگنال ارسالی دارد که به روش های مختلف آمده است. این امکان جمع آوری انرژی بیشتر از سیگنال اصلی را فراهم می کند، زیرا امواج دریافتی توسط یک آنتن ممکن است توسط دیگری دریافت نشوند و بالعکس. همچنین، سیگنال هایی که از فاز یک آنتن خارج می شوند، ممکن است به صورت فاز به دیگری برسد. این طرح سازماندهی رابط رادیویی را می توان خروجی چندگانه ورودی (SIMO) نامید، برخلاف طرح استاندارد خروجی تک ورودی (SISO). رویکرد معکوس نیز می تواند اعمال شود: زمانی که چندین آنتن برای ارسال و یکی برای دریافت استفاده می شود. این همچنین انرژی کل سیگنال اصلی دریافت شده توسط گیرنده را افزایش می دهد. این طرح را چند ورودی تک خروجی (MISO) می نامند. در هر دو طرح (SIMO و MISO)، چندین آنتن در کنار ایستگاه پایه نصب شده است، زیرا اجرای تنوع آنتن در یک دستگاه تلفن همراه در یک فاصله به اندازه کافی بزرگ بدون افزایش ابعاد خود تجهیزات پایانه دشوار است.

در نتیجه استدلال بیشتر، به طرح خروجی چندگانه ورودی چندگانه (MIMO) می رسیم. در این حالت چندین آنتن برای ارسال و دریافت نصب می شود. با این حال، بر خلاف طرح‌های فوق، این طرح تنوع نه تنها امکان مقابله با انتشار سیگنال چند مسیری را فراهم می‌کند، بلکه مزایای دیگری نیز به دست می‌آورد. با استفاده از چندین آنتن ارسال و دریافت می توان به هر جفت آنتن گیرنده و فرستنده مسیر جداگانه ای برای انتقال اطلاعات اختصاص داد. در این صورت دریافت تنوع توسط آنتن های باقی مانده انجام می شود و این آنتن به عنوان یک آنتن اضافی برای سایر مسیرهای انتقال نیز عمل خواهد کرد. در نتیجه، از نظر تئوری، امکان افزایش نرخ داده تا چند برابر تعداد آنتن‌های اضافی وجود دارد. با این حال، یک محدودیت قابل توجه توسط کیفیت هر مسیر رادیویی تحمیل شده است.

MIMO چگونه کار می کند

همانطور که در بالا ذکر شد، سازماندهی فناوری MIMO مستلزم نصب چندین آنتن در سمت فرستنده و گیرنده است. معمولاً تعداد مساوی آنتن در ورودی و خروجی سیستم نصب می شود در این حالت به حداکثر سرعت انتقال داده می رسد. برای نشان دادن تعداد آنتن ها در دریافت و ارسال به همراه نام فناوری MIMO معمولاً نام "AxB" ذکر می شود که A تعداد آنتن های ورودی سیستم و B در خروجی است. . سیستم در این مورد به اتصال رادیویی اشاره دارد.

برای کارکرد فناوری MIMO، تغییراتی در ساختار فرستنده در مقایسه با سیستم های معمولی لازم است. اجازه دهید تنها یکی از ساده ترین و ممکن ترین راه های سازماندهی فناوری MIMO را در نظر بگیریم. اول از همه، در سمت فرستنده، یک تقسیم کننده جریان مورد نیاز است که داده های در نظر گرفته شده برای انتقال را به چندین زیر جریان کم سرعت تقسیم می کند که تعداد آنها به تعداد آنتن ها بستگی دارد. به عنوان مثال، برای MIMO 4x4 و نرخ داده ورودی 200 مگابیت در ثانیه، تقسیم کننده 4 جریان هر کدام 50 مگابیت در ثانیه ایجاد می کند. علاوه بر این، هر یک از این جریان ها باید از طریق آنتن خود منتقل شوند. به طور معمول، آنتن‌های فرستنده با مقداری جداسازی فضایی تنظیم می‌شوند تا حداکثر سیگنال‌های جعلی را که از مسیرهای چندگانه به دست می‌آیند، ارائه کنند. در یکی از راه‌های ممکن سازمان‌دهی فناوری MIMO، سیگنال از هر آنتن با قطبش متفاوتی منتقل می‌شود که شناسایی آن را در هنگام دریافت ممکن می‌سازد. با این حال، در ساده ترین حالت، هر یک از سیگنال های ارسالی توسط خود رسانه انتقال (تاخیر زمانی، تضعیف و سایر اعوجاج) مشخص می شود.

در سمت گیرنده، چندین آنتن سیگنال را از رادیو دریافت می کنند. علاوه بر این، آنتن‌های سمت گیرنده نیز با کمی تنوع فضایی نصب می‌شوند که به همین دلیل دریافت تنوعی که قبلاً مورد بحث قرار گرفت، ارائه می‌شود. سیگنال های دریافتی به گیرنده هایی تغذیه می شوند که تعداد آنها با تعداد آنتن ها و مسیرهای انتقال مطابقت دارد. علاوه بر این، هر یک از گیرنده ها سیگنال هایی را از تمام آنتن های سیستم دریافت می کنند. هر یک از این جمع کننده ها تنها انرژی سیگنال مسیری را که مسئول آن است از جریان کل استخراج می کند. او این کار را یا با توجه به برخی از علائم از پیش تعیین شده انجام می دهد که هر یک از سیگنال ها مجهز به آن بودند، یا به دلیل تجزیه و تحلیل تاخیر، تضعیف، تغییر فاز، یعنی. مجموعه ای از اعوجاج یا "اثر انگشت" از رسانه توزیع. بسته به نحوه عملکرد سیستم (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST، Selective Per Antenna Rate Control (SPARC) و غیره)، سیگنال ارسالی می تواند پس از مدتی مشخص تکرار شود یا با کمی تاخیر از طریق آنتن های دیگر ارسال شود.

در یک سیستم با فناوری MIMO، ممکن است یک پدیده غیرعادی رخ دهد که در صورت وجود خط دید بین منبع سیگنال و گیرنده، نرخ داده در سیستم MIMO ممکن است کاهش یابد. این در درجه اول به دلیل کاهش شدت اعوجاج فضای اطراف است که هر یک از سیگنال ها را مشخص می کند. در نتیجه، جداسازی سیگنال ها در سمت گیرنده مشکل ساز می شود و آنها شروع به تأثیرگذاری روی یکدیگر می کنند. بنابراین، هر چه کیفیت اتصال رادیویی بالاتر باشد، سود کمتری از MIMO به دست می آید.

MIMO چند کاربره (MU-MIMO)

اصل فوق سازماندهی ارتباطات رادیویی به اصطلاح MIMO تک کاربر (SU-MIMO) اشاره دارد که در آن تنها یک فرستنده و گیرنده اطلاعات وجود دارد. در این حالت، فرستنده و گیرنده می توانند به وضوح اقدامات خود را هماهنگ کنند و در عین حال هیچ عامل شگفت انگیزی وجود ندارد که کاربران جدید روی آنتن ظاهر شوند. چنین طرحی برای سیستم های کوچک کاملاً مناسب است، به عنوان مثال، برای سازماندهی ارتباطات در یک دفتر خانه بین دو دستگاه. به نوبه خود، بیشتر سیستم ها مانند WI-FI، WIMAX، سیستم های ارتباط سلولی چند کاربره هستند، یعنی. آنها یک مرکز واحد و چندین شی از راه دور دارند که با هر یک از آنها لازم است یک اتصال رادیویی سازماندهی شود. بنابراین، دو مشکل ایجاد می شود: از یک طرف، ایستگاه پایه باید سیگنالی را از طریق همان سیستم آنتن (پخش MIMO) به بسیاری از مشترکین ارسال کند، و در همان زمان سیگنالی را از طریق همان آنتن از چندین مشترک دریافت کند (MIMO MAC - کانال های دسترسی چندگانه).

در جهت uplink - از MS به BTS، کاربران اطلاعات خود را به طور همزمان در همان فرکانس ارسال می کنند. در این مورد، یک مشکل برای ایستگاه پایه ایجاد می شود: لازم است سیگنال ها را از مشترکین مختلف جدا کنید. یکی از راه های ممکن برای مقابله با این مشکل نیز روش پردازش خطی است که شامل از پیش کدگذاری سیگنال ارسالی است. سیگنال اصلی، طبق این روش، با یک ماتریس، که از ضرایب منعکس کننده تداخل سایر مشترکین تشکیل شده است، ضرب می شود. ماتریس بر اساس وضعیت موجود در هوا جمع آوری شده است: تعداد مشترکین، سرعت انتقال و غیره. بنابراین، قبل از ارسال، سیگنال در معرض اعوجاج معکوس نسبت به آنچه در طول ارسال رادیویی با آن مواجه می شود، قرار می گیرد.

در downlink - جهت از BTS به MS، ایستگاه پایه سیگنال ها را به طور همزمان در همان کانال به چندین مشترک به طور همزمان ارسال می کند. این منجر به این واقعیت می شود که سیگنال ارسال شده برای یک مشترک بر دریافت همه سیگنال های دیگر تأثیر می گذارد، یعنی. تداخل رخ می دهد. گزینه های ممکن برای مقابله با این مشکل استفاده از Smart Antena یا استفاده از فناوری کدگذاری کاغذ کثیف ("کاغذ کثیف") است. بیایید نگاهی دقیق تر به فناوری کاغذ کثیف بیندازیم. اصل عملکرد آن بر اساس تجزیه و تحلیل وضعیت فعلی رادیو و تعداد مشترکان فعال است. تنها (اولین) مشترک داده های خود را بدون رمزگذاری به ایستگاه پایه ارسال می کند و داده های خود را تغییر می دهد، زیرا. هیچ تداخلی از سوی سایر مشترکین وجود ندارد. مشترک دوم رمزگذاری می کند، یعنی. انرژی سیگنال خود را تغییر دهید تا با سیگنال اول تداخل نداشته باشید و سیگنال خود را از اول تحت تأثیر قرار ندهید. مشترکین بعدی که به سیستم اضافه می شوند نیز بر اساس تعداد مشترکین فعال و تأثیر سیگنال هایی که ارسال می کنند از این اصل پیروی می کنند.

کاربرد MIMO

فناوری MIMO در دهه گذشته یکی از مرتبط ترین راه ها برای افزایش توان و ظرفیت سیستم های ارتباطی بی سیم است. بیایید چند نمونه از استفاده از MIMO در سیستم های ارتباطی مختلف را در نظر بگیریم.

استاندارد WiFi 802.11n یکی از بارزترین نمونه های استفاده از فناوری MIMO است. به گفته وی، به شما اجازه می دهد تا سرعت 300 مگابیت در ثانیه را حفظ کنید. علاوه بر این، استاندارد قبلی 802.11g اجازه ارائه تنها 50 مگابیت در ثانیه را داشت. استاندارد جدید به لطف MIMO علاوه بر افزایش نرخ داده، امکان عملکرد بهتر خدمات را در مکان هایی با قدرت سیگنال پایین نیز فراهم می کند. 802.11n نه تنها در سیستم‌های نقطه/چند نقطه (نقطه/چند نقطه)، رایج‌ترین جایگاه برای استفاده از فناوری WiFi برای سازمان‌دهی شبکه محلی (شبکه محلی)، بلکه برای سازمان‌دهی اتصالات نقطه/نقطه‌ای که برای سازمان‌دهی ارتباطات ترانک استفاده می‌شوند، استفاده می‌شود. کانال هایی با سرعت چند صد مگابیت در ثانیه و امکان انتقال داده ها در طول ده ها کیلومتر (تا 50 کیلومتر).

استاندارد وایمکس همچنین دارای دو نسخه است که با کمک فناوری MIMO امکانات جدیدی را برای کاربران به ارمغان می آورد. اولین، 802.16e، خدمات پهنای باند تلفن همراه را ارائه می دهد. این امکان را به شما می دهد تا اطلاعات را با سرعت حداکثر 40 مگابیت در ثانیه در جهت ایستگاه پایه به تجهیزات مشترک انتقال دهید. با این حال، MIMO در 802.16e یک گزینه در نظر گرفته می شود و در ساده ترین پیکربندی - 2x2 استفاده می شود. در نسخه بعدی، 802.16m MIMO یک فناوری اجباری در نظر گرفته می شود، با پیکربندی احتمالی 4x4. در این مورد، وایمکس را می توان به سیستم های ارتباط سلولی، یعنی نسل چهارم آنها (به دلیل سرعت بالای انتقال داده) نسبت داد، زیرا دارای تعدادی ویژگی ذاتی در شبکه های سلولی است: رومینگ، انتقال، اتصالات صوتی. در مورد استفاده از تلفن همراه، از نظر تئوری می توان به 100 مگابیت در ثانیه دست یافت. در نسخه ثابت، سرعت می تواند به 1 گیگابیت در ثانیه برسد.

بیشترین علاقه استفاده از فناوری MIMO در سیستم های ارتباط سلولی است. این فناوری از نسل سوم سیستم های ارتباط سلولی کاربرد خود را پیدا کرده است. به عنوان مثال، در استاندارد UMTS، در Rel. 6، در ارتباط با فناوری HSPA با پشتیبانی از سرعت تا 20 مگابیت در ثانیه و در Rel. 7 - با HSPA+ که سرعت انتقال داده به 40 مگابیت در ثانیه می رسد. با این حال، MIMO کاربرد گسترده ای در سیستم های 3G پیدا نکرده است.

سیستم‌ها، یعنی LTE، همچنین امکان استفاده از MIMO را در پیکربندی‌هایی تا 8x8 فراهم می‌کنند. این، در تئوری، می‌تواند انتقال داده‌ها را از ایستگاه پایه به مشترک با سرعت 300 مگابیت در ثانیه ممکن کند. همچنین یک نکته مثبت مهم کیفیت پایدار اتصال حتی در لبه لانه زنبوری است. در این حالت، حتی در فاصله قابل توجهی از ایستگاه پایه، یا زمانی که در یک اتاق دور افتاده هستید، تنها کاهش جزئی در سرعت انتقال داده مشاهده خواهد شد.

بنابراین، فناوری MIMO تقریباً در تمام سیستم های انتقال داده بی سیم کاربرد پیدا می کند. و پتانسیل آن تمام نشده است. گزینه های جدید پیکربندی آنتن در حال حاضر در حال توسعه هستند، تا MIMO 64x64. این امکان دستیابی به نرخ داده، ظرفیت شبکه و کارایی طیفی حتی بالاتر را در آینده فراهم می کند.

برای درک بهتر اصل کار یک آنتن MIMO، بیایید وضعیت زیر را تصور کنیم: ایستگاه پایه (BS) اپراتور شبکه تلفن همراه و مودم به دو نقطه جغرافیایی A و B تبدیل شده اند، یک مسیر مشخص بین آنها گذاشته شده است. این اشیاء، افرادی که در این مسیر حرکت می کنند اطلاعات را به تصویر می کشند، A - این آنتن گیرنده شما است، B BS اپراتور تلفن همراه است. مردم با کمک قطاری با ظرفیت 100 نفر از نقطه ای به نقطه دیگر حرکت می کنند. اما افراد زیادی هستند که می خواهند از نقطه B به نقطه A برسند. از این رو خط دوم در حال ساخت و راه اندازی قطار جدید است که ظرفیت آن نیز 100 نفر است. بنابراین، عملکرد و راندمان دو قطار 2 برابر بیشتر است.

آخرین فناوری MIMO نیز به همین صورت عمل می کند. (Eng. Multiple Input Multiple Output)، به شما امکان می دهد همزمان جریان های بیشتری را دریافت کنید. برای این، از قطبش های سیگنال مختلف استفاده می شود، به عنوان مثال، افقی و عمودی - 2x2. قبلا برای دریافت اطلاعات بیشتر یعنی استریم های بیشتر نیاز به خرید دو آنتن ساده بود.

امروزه خرید فقط یک آنتن MIMO کافی است. یک آنتن MIMO بهبودیافته شامل دو مجموعه از عناصر تابشی، به اصطلاح تکه‌ها، در یک محفظه است که هر کدام به یک سوکت جداگانه متصل هستند. نسخه دوم دستگاه: یک مجموعه پچ و منبع تغذیه برای دو پورت وجود دارد که به پچ اجازه می دهد در دو جهت افقی و عمودی کار کند. در این حالت، یک سری تکه تکه به دو جک متصل می شود. این گزینه دوم (با دو کابل کابل) است که می توانید در مجموعه شرکت ما پیدا کنید.

اما چگونه 2 کابل خارج شده از آنتن گذشته را به یک مودم وصل کنیم؟ همه چیز بسیار ساده است. امروزه نه تنها آنتن ها، بلکه مودم ها نیز از این عملکرد پشتیبانی می کنند. مودم هایی با 2 ورودی برای اتصال آنتن های خارجی مانند هوآوی گسترده وجود دارد.

مزایای فناوری MIMO

مزایای اصلی شامل توانایی بهبود توان عملیاتی بدون افزایش پهنای باند است. بنابراین دستگاه به طور همزمان چندین جریان اطلاعات را در یک کانال توزیع می کند.

کیفیت سیگنال ارسالی و سرعت انتقال داده بهتر می شود. زیرا این فناوری ابتدا داده ها را رمزگذاری می کند و سپس آن ها را در سمت دریافت کننده بازیابی می کند.

سرعت انتقال سیگنال بیش از دو برابر شده است.

بسیاری از پارامترهای سرعت دیگر نیز به دلیل استفاده از دو کابل مستقل افزایش یافته اند که از طریق آنها اطلاعات به صورت همزمان توزیع و به صورت جریان دیجیتال دریافت می شود. کیفیت طیف سیستم های زیر بهبود یافته است: 3G، 4G/LTE، WiMAX، WiFi، به لطف استفاده از دو ورودی و دو خروجی.

محدوده آنتن های MIMO

اغلب از فناوری MIMO برای انتقال داده ها با استفاده از پروتکلی مانند WiFi استفاده می شود. این به دلیل افزایش توان و ظرفیت است. به عنوان مثال، اجازه دهید پروتکل 802.11n را در نظر بگیریم که در آن، با استفاده از فناوری توصیف شده، می توانید به سرعت 350 مگابیت در ثانیه دست پیدا کنید. کیفیت انتقال داده ها حتی در مناطقی که سیگنال دریافتی پایین است نیز بهبود یافته است. نمونه ای از یک نقطه دسترسی در فضای باز با آنتن MIMO معروف است.

شبکه وایمکس، هنگام استفاده از MIMO، اکنون می تواند اطلاعات را با سرعت 40 مگابیت در ثانیه پخش کند.

از فناوری MIMO تا 8x8 استفاده می کند. به لطف این، سرعت انتقال بالایی به دست می آید - بیش از 35 مگابیت در ثانیه. علاوه بر این، اتصال قابل اعتماد و با کیفیت بالا با کیفیت عالی تضمین می شود.

کار به طور مداوم برای بهبود و بهبود تنظیمات فناوری در حال انجام است. در آینده نزدیک، این کار عملکرد طیف را بهبود می بخشد، ظرفیت شبکه را بهبود می بخشد و سرعت انتقال داده را افزایش می دهد.

یکی از روش‌های افزایش نرخ داده برای WiFi 802.11 و WiMAX 802.16 استفاده از سیستم‌های بی‌سیم با چندین آنتن برای فرستنده و گیرنده است. این رویکرد MIMO (ترجمه تحت اللفظی - "خروجی چند ورودی چندگانه") یا "سیستم های آنتن هوشمند" (سیستم های آنتن هوشمند) نامیده می شود. فناوری MIMO نقش مهمی در اجرای استاندارد وای فای 802.11n ایفا می کند.

فناوری MIMO از انواع مختلفی از آنتن ها استفاده می کند که روی یک کانال تنظیم شده اند. هر آنتن سیگنالی با ویژگی های فضایی متفاوت ارسال می کند. بنابراین، فناوری MIMO از طیف رادیویی کارآمدتر و بدون به خطر انداختن قابلیت اطمینان عملیاتی استفاده می کند. هر گیرنده وای فای به تمام سیگنال های هر فرستنده وای فای گوش می دهد، که به شما امکان می دهد مسیرهای انتقال داده را متنوع تر کنید. به این ترتیب می توان مسیرهای متعددی را با هم ترکیب کرد که منجر به تقویت سیگنال های مورد نظر در شبکه های بی سیم می شود.

مزیت دیگر فناوری MIMO این است که این فناوری قابلیت تقسیم فضایی Multiplexing (SDM) را فراهم می کند. SDM به صورت فضایی چندین جریان داده مستقل را به طور همزمان (کانال های مجازی، عمدتا) در یک پهنای باند طیفی یک کاناله چندگانه می کند. در اصل، آنتن‌های متعدد، جریان‌های داده‌ای متفاوت با کدگذاری جداگانه (جریان‌های فضایی) را انتقال می‌دهند. این جریان‌ها، که به صورت موازی در هوا حرکت می‌کنند، داده‌های بیشتری را از طریق یک کانال معین «هل» می‌کنند. در گیرنده، هر آنتن ترکیب‌های مختلفی از جریان‌های سیگنال را می‌بیند و گیرنده این جریان‌ها را برای استفاده از آن‌ها «دی مولتی پلکس» می‌کند. MIMO SDM می تواند به طور قابل توجهی توان انتقال داده را افزایش دهد اگر تعداد جریان های داده مکانی افزایش یابد. هر جریان فضایی به جفت آنتن های ارسال/دریافت (TX/RX) خود در هر انتهای انتقال نیاز دارد. عملکرد سیستم در شکل 1 نشان داده شده است

همچنین باید درک کرد که فناوری MIMO به یک مدار RF مجزا و مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) برای هر آنتن نیاز دارد. پیاده سازی هایی که به بیش از دو آنتن در یک مدار نیاز دارند باید با دقت طراحی شوند تا هزینه ها را پایین نگه دارند و در عین حال سطح کارایی کافی را حفظ کنند.

یک ابزار مهم برای افزایش سرعت فیزیکی انتقال داده در شبکه های بی سیم، گسترش پهنای باند کانال های طیفی است. با استفاده از پهنای باند وسیع تر کانال مولتی پلکسی تقسیم فرکانس متعامد (OFDM)، انتقال داده با حداکثر کارایی انجام می شود. OFDM یک مدولاسیون دیجیتال است که خود را به عنوان ابزاری برای پیاده سازی انتقال داده های بی سیم با سرعت بالا در دو جهت در شبکه های WiMAX / WiFi ثابت کرده است. روش گسترش ظرفیت کانال مقرون به صرفه است و با رشد متوسط ​​پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) پیاده سازی نسبتاً آسانی دارد. هنگامی که به درستی اعمال شود، می توان پهنای باند استاندارد وای فای 802.11 را از کانال 20 مگاهرتز به کانال 40 مگاهرتز دو برابر کرد و پهنای باند کانال هایی که در حال حاضر استفاده می شود را بیش از دو برابر کرد. با ترکیب معماری MIMO با پهنای باند کانال بالاتر، یک رویکرد بسیار قدرتمند و مقرون به صرفه برای افزایش نرخ انتقال فیزیکی به دست می آید.

استفاده از فناوری MIMO با کانال های 20 مگاهرتز برای مطابقت با استاندارد IEEE 802.11n وای فای (سرعت 100 مگابیت بر ثانیه در MAC SAP) گران است. همچنین برای برآورده ساختن این الزامات هنگام استفاده از یک کانال 20 مگاهرتز، به حداقل سه آنتن، هم روی فرستنده و هم روی گیرنده نیاز دارید. اما در عین حال، عملکرد در 20 مگاهرتز عملکرد قابل اعتمادی را برای برنامه هایی که به پهنای باند بالا در یک محیط کاربر واقعی نیاز دارند، ارائه می دهد.

استفاده ترکیبی از فناوری‌های MIMO و گسترش کانال تمام نیازهای کاربر را برآورده می‌کند و یک پشت سر هم نسبتاً قابل اعتماد است. این همچنین در هنگام استفاده همزمان از چندین برنامه شبکه با منابع فشرده نیز صادق است. ترکیب MIMO و پسوند کانال 40 مگاهرتز همچنین الزامات پیچیده تری مانند قانون مور و اجرای فناوری CMOS برای بهبود فناوری DSP را برآورده می کند.

هنگام استفاده از کانال توسعه یافته 40 مگاهرتز در باند 2.4 گیگاهرتز، در ابتدا مشکلاتی در سازگاری با تجهیزات مبتنی بر استانداردهای WiFi 802.11a / b / g و همچنین با تجهیزات استفاده از فناوری بلوتوث برای انتقال داده وجود داشت.

برای حل این مشکل، استاندارد وای فای 802.11n تعدادی راه حل ارائه می دهد. یکی از این مکانیسم ها که به طور خاص برای محافظت از شبکه ها طراحی شده است، حالت دوگانه به اصطلاح غیر پرتوان (non-HT) است. قبل از استفاده از پروتکل داده وای فای 802.11n، این مکانیزم یک بسته را به هر یک از نیمه های کانال 40 مگاهرتز ارسال می کند تا یک شبکه بردار توزیع (NAV) را اعلام کند. با پیروی از پیام NAV حالت تکراری غیر HT، پروتکل انتقال داده 802.11n را می توان برای مدت زمان مشخص شده در پیام، بدون نقض میراث (یکپارچگی) شبکه استفاده کرد.

مکانیسم دیگر نوعی سیگنال دهی است و از پخش کانال های شبکه های بی سیم به بیش از 40 مگاهرتز جلوگیری می کند. به عنوان مثال، یک لپ‌تاپ دارای ماژول‌های 802.11n و بلوتوث نصب شده است، این مکانیزم از احتمال تداخل احتمالی زمانی که این دو ماژول به طور همزمان کار می‌کنند آگاه است و انتقال روی کانال 40 مگاهرتز یکی از ماژول‌ها را غیرفعال می‌کند.

این مکانیسم‌ها تضمین می‌کنند که وای‌فای 802.11n با شبکه‌هایی با استانداردهای قبلی 802.11 بدون نیاز به انتقال کل شبکه به تجهیزات 802.11n کار می‌کند.

نمونه ای از استفاده از سیستم MIMO را در شکل 2 مشاهده می کنید

اگر بعد از مطالعه سوالی داشتید می توانید از طریق فرم ارسال پیام در قسمت بپرسید