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

MIMO (Multiple Input Multiple Output) je metoda koordinirane upotrebe više radijskih antena u bežičnim mrežnim komunikacijama, uobičajena u modernim kućnim širokopojasnim usmjerivačima te u LTE i WiMAX mobilnim mrežama.

Kako radi?

Wi-Fi usmjerivači s MIMO tehnologijom koriste iste mrežne protokole kao i obični usmjerivači s jednom vezom. Omogućuju bolje performanse poboljšavajući učinkovitost prijenosa i primanja podataka putem bežične veze. Konkretno, mrežni promet između klijenata i usmjerivača organiziran je u zasebne tokove koji se prenose paralelno, uz njihovu naknadnu obnovu od strane prijemnog uređaja.

MIMO tehnologija može povećati prijenosni kapacitet, domet i pouzdanost kada postoji visok rizik od smetnji od druge bežične opreme.

Primjena u Wi-Fi mrežama

MIMO tehnologija uključena je u standard od 802.11n. Njegova uporaba poboljšava performanse i dostupnost mrežnih veza u usporedbi s konvencionalnim usmjerivačima.

Broj antena može varirati. Na primjer, MIMO 2x2 pruža dvije antene i dva odašiljača koji mogu primati i odašiljati na dva kanala.

Kako bi iskoristili prednosti ove tehnologije i ostvarili njezine prednosti, klijentski uređaj i usmjerivač moraju međusobno uspostaviti MIMO vezu. U dokumentaciji za korištenu opremu treba biti naznačeno podržava li ovu značajku. Ne postoji drugi jednostavan način da provjerite koristi li mrežna veza ovu tehnologiju.

SU-MIMO i MU-MIMO

Prva generacija tehnologije, predstavljena u standardu 802.11n, podržavala je metodu jednog korisnika (SU). U usporedbi s tradicionalnim rješenjima, gdje sve antene na usmjerivaču moraju biti koordinirane za komunikaciju s jednim klijentskim uređajem, SU-MIMO omogućuje da se svaka antena rasporedi po različitoj opremi.

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

• podržava ograničen broj istodobnih veza klijenata (2-4) ovisno o konfiguraciji antene;
• koordinacija antene je osigurana samo u jednom smjeru - od usmjerivača do klijenta.

MIMO i mobilna mreža

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

• Network MIMO - koordinirani prijenos signala između baznih stanica;
• Masivni MIMO - korištenje velikog broja (stotina) antena;
• milimetarski valovi - korištenje ultravisokih frekvencijskih pojasa u kojima je kapacitet veći nego u pojasima licenciranim za 3G i 4G.

Višekorisnička tehnologija

Da bismo razumjeli kako MU-MIMO radi, moramo pogledati kako tradicionalni bežični usmjerivač obrađuje podatkovne pakete. Dobro obavlja posao slanja i primanja podataka, ali samo u jednom smjeru. Drugim riječima, može komunicirati samo s jednim uređajem u isto vrijeme. Na primjer, ako se video preuzima, ne možete u isto vrijeme streamati mrežnu videoigru na konzolu.

Korisnik može pokrenuti više uređaja na Wi-Fi mreži, a router im vrlo brzo naizmjenično šalje bitove podataka. Međutim, može pristupiti samo jednom uređaju istovremeno, što je glavni razlog loše kvalitete veze ako je propusnost Wi-Fi mreže preniska.

Budući da radi, malo privlači pozornost na sebe. Međutim, učinkovitost usmjerivača koji prenosi podatke na više uređaja istovremeno može se poboljšati. Istodobno će raditi brže i pružiti zanimljivije mrežne konfiguracije. Zbog toga su se pojavili razvoji poput MU-MIMO-a koji su na kraju ugrađeni u moderne bežične standarde. Ovi razvoji omogućuju naprednim usmjerivačima da komuniciraju s više uređaja odjednom.

Kratka povijest: SU vs MU

Jednokorisnički i višekorisnički MIMO različiti su načini na koje usmjerivači komuniciraju s više uređaja. Prvi je stariji. SU standard dopuštao je slanje i primanje podataka putem nekoliko tokova odjednom, ovisno o raspoloživom broju antena, od kojih je svaka mogla raditi s različitim uređajima. SU je uključen u ažuriranje 802.11n iz 2007. i počeo se postupno uvoditi u nove linije proizvoda.

Međutim, SU-MIMO je imao ograničenja osim zahtjeva za antenu. Iako može biti povezano više uređaja, oni još uvijek rade s usmjerivačem koji može rukovati samo jednim po jednim. Brzine prijenosa podataka su porasle i smetnje su postale manji problem, ali još uvijek ima puno prostora za poboljšanje.

MU-MIMO je standard koji se razvio iz SU-MIMO i SDMA (Space Division Multiple Access). Tehnologija omogućuje baznoj stanici da komunicira s više uređaja koristeći zaseban tok za svaki od njih, kao da svi imaju vlastiti usmjerivač.

MU podrška je na kraju dodana u ažuriranju standarda 802.11ac 2013. Nakon nekoliko godina razvoja, proizvođači su počeli uključivati ​​ovu značajku u svoje proizvode.

Prednosti MU-MIMO-a

Ovo je uzbudljiva tehnologija jer ima zamjetan utjecaj na svakodnevnu upotrebu Wi-Fi-ja bez izravne promjene propusnosti ili drugih ključnih bežičnih parametara. Mreže postaju mnogo učinkovitije.

Kako bi se osigurala stabilna veza s prijenosnim računalom, telefonom, tabletom ili računalom, standard ne zahtijeva da ruter ima više antena. Svaki takav uređaj ne smije dijeliti svoj MIMO kanal s drugima. To je posebno vidljivo kod strujanja videa ili izvođenja drugih složenih zadataka. Internetske brzine su subjektivno veće, a veza pouzdanija, iako u stvarnosti umrežavanje postaje pametnije. Povećava se i broj istovremeno servisiranih uređaja.

Ograničenja MU-MIMO-a

Tehnologija višestrukog pristupa za više korisnika također ima niz ograničenja koja vrijedi spomenuti. Trenutačni standardi podržavaju 4 uređaja, ali vam dopuštaju dodavanje više i oni će morati dijeliti stream, što vraća probleme SU-MIMO-a. Tehnologija se uglavnom koristi u downlinkovima i ograničena je kada su u pitanju uplinkovi. Osim toga, MU-MIMO usmjerivač mora imati više informacija o uređaju i stanju veze nego što su zahtijevali prethodni standardi. Zbog toga je bežičnim mrežama teže upravljati i rješavati probleme.

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

Masivni MIMO

Kako se krećemo prema bežičnim mrežama pete generacije (5G), rast pametnih telefona i novih aplikacija rezultirao je 100-strukim povećanjem njihove potrebne propusnosti u usporedbi s LTE-om. Nova Massive MIMO tehnologija, koja je posljednjih godina dobila veliku pozornost, dizajnirana je za značajno povećanje učinkovitosti telekomunikacijskih mreža do neviđenih razina. S obzirom na oskudicu i visoku cijenu dostupnih resursa, operatere privlači mogućnost povećanja kapaciteta u frekvencijskim pojasima ispod 6 GHz.

Unatoč značajnom napretku, Massive MIMO je daleko od savršenog. Tehnologija se nastavlja aktivno istraživati ​​iu akademskoj zajednici iu industriji, gdje inženjeri nastoje postići teoretske rezultate s komercijalno prihvatljivim rješenjima.

Masivni MIMO može pomoći riješiti dva ključna problema - propusnost i pokrivenost. Za mobilne operatere frekvencijski raspon ostaje rijedak i relativno skup resurs, ali je ključni uvjet za povećanje brzine prijenosa signala. U gradovima, razmak baznih stanica ovisi o kapacitetu, a ne o pokrivenosti, što zahtijeva postavljanje velikog broja baznih stanica i izaziva dodatne troškove. Masivni MIMO omogućuje povećanje kapaciteta postojeće mreže. U područjima gdje je postavljanje baznih stanica uvjetovano pokrivenošću, tehnologija može proširiti domet baznih stanica.

Koncept

Masivni MIMO iz temelja mijenja trenutnu praksu korištenjem vrlo velikog broja koherentno i prilagodljivo operativnih 4G servisnih antena (stotine ili tisuće). Ovo pomaže u fokusiranju prijenosa i prijema energije signala u manje prostore, uvelike poboljšavajući performanse i energetsku učinkovitost, posebno u kombinaciji s istodobnim raspoređivanjem velikog broja korisničkih terminala (desetke ili stotine). Metoda je izvorno bila namijenjena za vremenski podijeljeni dupleks (TDD) prijenos, ali bi se potencijalno mogla koristiti i u frekvencijskom dupleksnom (PDD) načinu rada.

MIMO tehnologija: prednosti i nedostaci

Prednosti metode su široka uporaba jeftinih komponenti male snage, smanjena latencija, sloj pojednostavljene kontrole pristupa (MAC) i otpornost na slučajne i namjerne smetnje. Očekivana propusnost ovisi o mediju širenja koji osigurava asimptotski ortogonalne veze na terminale, a eksperimenti do sada nisu otkrili ograničenja u tom pogledu.

No, uz otklanjanje brojnih problema, pojavljuju se novi koji zahtijevaju hitna rješenja. Na primjer, MIMO sustavi trebaju omogućiti višestrukim jeftinim komponentama niske vjernosti da učinkovito rade zajedno, prikupljaju podatke o stanju kanala i dodjeljuju resurse novopovezanim terminalima. Također je potrebno iskoristiti dodatne stupnjeve slobode koje pružaju redundantne servisne antene, smanjiti internu potrošnju energije kako bi se postigla ukupna energetska učinkovitost i pronaći nove scenarije postavljanja.

Sve veći broj 4G antena uključenih u MIMO implementacije obično zahtijeva posjete svakoj baznoj stanici radi promjena konfiguracije i ožičenja. Početna implementacija LTE mreža zahtijevala je instalaciju nove opreme. To je omogućilo proizvodnju 2x2 MIMO konfiguracije izvornog LTE standarda. Daljnje promjene baznih stanica rade se samo u ekstremnim slučajevima, a implementacije višeg reda ovise o radnom okruženju. Drugi problem je taj što rad MIMO-a rezultira potpuno drugačijim ponašanjem mreže od prethodnih sustava, što stvara određenu nesigurnost u rasporedu. Stoga operateri obično prvo koriste druge razvoje, osobito ako se mogu implementirati putem ažuriranja softvera.

Živimo u eri digitalne revolucije, dragi anonimni. Prije nego što se stignemo naviknuti na neku novu tehnologiju, već nam se sa svih strana nudi još novija i naprednija. I dok mi čamimo u mislima hoće li nam ova tehnologija doista pomoći da dobijemo brži internet ili nas opet samo prevare za novac, dizajneri u ovo vrijeme razvijaju još noviju tehnologiju koja će nam se ponuditi umjesto dosadašnje u doslovno 2 godine. To se također odnosi na tehnologiju MIMO antene.

Kakva je tehnologija MIMO? Višestruki ulaz Višestruki izlaz - višestruki ulaz višestruki izlaz. Prije svega, MIMO tehnologija je sveobuhvatno rješenje i ne odnosi se samo na antene. Kako bismo bolje razumjeli ovu činjenicu, vrijedi napraviti kratki izlet u povijest razvoja mobilnih komunikacija. Programeri se suočavaju sa zadatkom prijenosa veće količine informacija u jedinici vremena, tj. povećati brzinu. Po analogiji s vodoopskrbom - isporučiti korisniku veću količinu vode u jedinici vremena. To možemo postići povećanjem “promjera cijevi” ili, analogno tome, širenjem komunikacijskog frekvencijskog pojasa. U početku je GSM standard bio prilagođen glasovnom prometu i imao je širinu kanala od 0,2 MHz. To je bilo sasvim dovoljno. Osim toga, tu je i problem pružanja višekorisničkog pristupa. Može se riješiti dijeljenjem pretplatnika po frekvenciji (FDMA) ili po vremenu (TDMA). GSM koristi obje metode istovremeno. Kao rezultat toga, imamo ravnotežu između maksimalnog mogućeg broja pretplatnika na mreži i minimalne moguće propusnosti za govorni promet. S razvojem mobilnog interneta, ovaj minimalni opseg postao je prepreka za povećanje brzine. Dvije tehnologije temeljene na GSM platformi - GPRS i EDGE - dosegle su maksimalnu brzinu od 384 kBit/s. Za daljnje povećanje brzine bilo je potrebno proširiti propusnost za internetski promet uz istovremeno korištenje GSM infrastrukture ako je to moguće. Kao rezultat, razvijen je UMTS standard. Glavna razlika ovdje je proširenje pojasa odmah na 5 MHz, a kako bi se osigurao višekorisnički pristup - korištenje tehnologije pristupa kodom CDMA, u kojoj nekoliko pretplatnika istovremeno radi na istom frekvencijskom kanalu. Ova tehnologija nazvana je W-CDMA, s naglaskom da radi u širokom pojasu. Ovaj sustav je nazvan sustavom treće generacije - 3G, ali je ujedno i dodatak GSM-u. Dakle, dobili smo široku "cijev" od 5 MHz, što nam je omogućilo da početno povećamo brzinu na 2 Mbit/s.

Kako drugačije možemo povećati brzinu ako nemamo priliku dodatno povećati "promjer cijevi"? Možemo paralelizirati tok u nekoliko dijelova, poslati svaki dio kroz zasebnu malu cijev, a zatim kombinirati te odvojene tokove na prijemnom kraju u jedan široki tok. Osim toga, brzina ovisi o vjerojatnosti grešaka u kanalu. Smanjenjem te vjerojatnosti redundantnim kodiranjem, ispravljanjem grešaka unaprijed i upotrebom naprednijih metoda moduliranja radio signala, također možemo povećati brzinu. Svi ovi razvoji (zajedno s proširenjem “cijevi” povećanjem broja nositelja po kanalu) dosljedno su korišteni u daljnjem usavršavanju UMTS standarda i nazvani su HSPA. Ovo nije zamjena za W-CDMA, već soft+hard nadogradnja ove glavne platforme.

Međunarodni konzorcij 3GPP razvija standarde za 3G. Tablica sažima neke značajke različitih izdanja ovog standarda:

4G LTE tehnologija, osim što je unatrag kompatibilna s 3G mrežama, što joj je omogućilo prevagu nad WiMAX-om, sposobna je u budućnosti postići još veće brzine, do 1 Gbit/s i više. Ovdje se koriste još naprednije tehnologije za prijenos digitalnog toka u zračno sučelje, primjerice OFDM modulacija, koja se vrlo dobro integrira s MIMO tehnologijom.

Dakle, što je MIMO? Paralelizirajući tok u nekoliko kanala, možete ih slati na različite načine kroz nekoliko antena “over the air”, a primati ih s istim neovisnim antenama na prijemnoj strani. Na ovaj način dobivamo nekoliko neovisnih "cijevi" preko zračnog sučelja bez proširenja traka. Ovo je glavna ideja MIMO. Kada se radio valovi šire u radio kanalu, opaža se selektivno slabljenje. To je posebno vidljivo u gusto naseljenim urbanim područjima, ako je pretplatnik u pokretu ili na rubu područja usluge ćelije. Fading u svakoj prostornoj "cijevi" ne događa se istovremeno. Stoga, ako istu informaciju odašiljemo preko dva MIMO kanala s malim kašnjenjem, nakon što smo joj prethodno dodali poseban kod (Alamuoti metoda, superpozicija koda magičnog kvadrata), možemo povratiti izgubljene simbole na prijemnoj strani, što je ekvivalentno poboljšanje omjera signal-signal.šum do 10-12 dB. Kao rezultat, ova tehnologija ponovno dovodi do povećanja brzine. Zapravo, radi se o odavno poznatom primanju raznolikosti (Rx Diversity) organski ugrađenom u MIMO tehnologiju.

Naposljetku, moramo shvatiti da MIMO mora biti podržan i na bazi i na našem modemu. Obično je u 4G broj MIMO kanala višekratnik dva - 2, 4, 8 (u Wi-Fi sustavima trokanalni 3x3 sustav postao je široko rasprostranjen) i preporučuje se da se njihov broj podudara i na bazi i na modemu. . Stoga, da bi se popravila ova činjenica, MIMO je određen prijemnim*prijenosnim kanalima - 2x2 MIMO, 4x4 MIMO, itd. Za sada se trenutno prvenstveno bavimo 2x2 MIMO.

Koje se antene koriste u MIMO tehnologiji? To su obične antene, samo ih trebaju biti dvije (za 2x2 MIMO). Za odvajanje kanala koristi se ortogonalna, tzv. X-polarizacija. U ovom slučaju, polarizacija svake antene u odnosu na okomitu pomaknuta je za 45 °, a jedna u odnosu na drugu - 90 °. Ovaj polarizacijski kut stavlja oba kanala u jednake uvjete, budući da bi s horizontalnom/vertikalnom orijentacijom antena jedan od kanala neizbježno dobio veće slabljenje zbog utjecaja zemljine površine. U isto vrijeme, pomak polarizacije od 90° između antena omogućuje vam međusobno odvajanje kanala za najmanje 18-20 dB.

Za MIMO, ti i ja trebat ćemo modem s dva antenska ulaza i dvije antene na krovu. Međutim, ostaje pitanje je li ova tehnologija podržana na baznoj stanici. U standardima 4G LTE i WiMAX takva je podrška dostupna i na strani pretplatničkih uređaja i na bazi. U 3G mreži nije sve tako jednostavno. Na mreži već rade tisuće uređaja koji ne podržavaju MIMO, za koje uvođenje ove tehnologije ima suprotan učinak - smanjuje se propusnost mreže. Stoga se operateri još ne žure univerzalno implementirati MIMO u 3G mreže. Da bi baza omogućila veliku brzinu pretplatnicima, 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 povojima i razvoju, testiraju je i operateri i korisnici, a potonji nije uvijek uspješan. Stoga se trebate oslanjati na MIMO antene samo u 4G mrežama. Na rubu područja usluge ćelije mogu se koristiti antene visokog pojačanja, kao što su zrcalne antene, za koje su MIMO izvori već komercijalno dostupni

U Wi-Fi mrežama MIMO tehnologija fiksna je u standardima IEEE 802.11n i IEEE 802.11ac i već je podržavaju mnogi uređaji. Iako vidimo dolazak 2x2 MIMO tehnologije u 3G-4G mreže, programeri ne sjede mirno. 64x64 MIMO tehnologije s pametnim antenama s prilagodljivim uzorkom zračenja već se razvijaju. Oni. premjestimo li se s kauča na fotelju ili odemo u kuhinju, naš će tablet to primijetiti i okrenuti dijagram zračenja ugrađene antene u željenom smjeru. Hoće li nekome trebati ova stranica u to vrijeme?

MIMO tehnologija odigrala je veliku ulogu u razvoju WiFi-ja. Prije nekoliko godina bilo je nemoguće zamisliti druge uređaje s propusnošću od 300 Mbit/s i većom. Pojava novih komunikacijskih standarda velike brzine, na primjer, 802.11n, uvelike je posljedica MIMO-a.

Općenito, ovdje vrijedi napomenuti da kada govorimo o WiFi tehnologiji zapravo mislimo na jedan od komunikacijskih standarda, konkretno IEEE 802.11. WiFi je postao brend nakon što su se pojavili primamljivi izgledi za korištenje bežičnog prijenosa podataka. Nešto više o Wi-Fi tehnologiji i standardu 802.11 možete pročitati u.

Što je MIMO tehnologija?

Da dam najjednostavniju moguću definiciju, dakle MIMO je višestruki prijenos podataka. Skraćenica se s engleskog može prevesti kao "nekoliko ulaza, više izlaza." Za razliku od svog prethodnika (SingleInput/SingleOutput), u uređajima s podrškom za MIMO signal se emitira na jednom radio kanalu koristeći ne jedan, već nekoliko prijemnika i odašiljača. Kod označavanja tehničkih karakteristika WiFi uređaja uz kraticu je naveden njihov broj. Na primjer, 3x2 znači 3 odašiljača signala i 2 prijemne antene.

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

MIMO i WiFi

Uz sve veću popularnost bežičnog prijenosa podataka preko WiFi veza, naravno, porasli su i zahtjevi za njihovom brzinom. A MIMO tehnologija i drugi razvoji koji su je uzeli kao osnovu omogućili su povećanje propusnosti nekoliko puta. Razvoj WiFi-a ide putem razvoja 802.11 standarda - a, b, g, n i tako dalje. Nismo uzalud spomenuli pojavu standarda 802.11n. Višestruki ulaz Višestruki izlaz njegova je ključna komponenta koja omogućuje povećanje brzine kanala bežične veze od 54 Mbit/s do više od 300 Mbit/s.

Standard 802.11n omogućuje korištenje ili standardne širine kanala od 20 MHz ili širokopojasne linije od 40 MHz s većom propusnošću. Kao što je gore spomenuto, signal se reflektira mnogo puta, čime se koristi više tokova na jednom komunikacijskom kanalu.

Zahvaljujući tome, WiFi pristup Internetu sada omogućuje ne samo surfanje, provjeru e-pošte i komunikaciju u ICQ-u, već i online igre, online video, komunikaciju na Skypeu i drugi "teški" promet.

Noviji standard također koristi MIMO tehnologiju.

Problemi s korištenjem MIMO-a u WIFI-ju

U zoru tehnologije bilo je poteškoća u kombiniranju 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 dolaskom tehnologije prijenosa podataka korištenjem više prijamnika i više odašiljača bila je cijena uređaja. Međutim, ovdje tvrtka je napravila pravu cjenovnu revoluciju. Ne samo da je uspjela uspostaviti proizvodnju bežične opreme s MIMO podrškom, već je to učinila po vrlo pristupačnim cijenama. Pogledajte, na primjer, cijenu tipičnog paketa tvrtke - (bazna stanica), (strana klijenta). A u ovim uređajima to nije samo MIMO, već i vlasnički poboljšan airMax tehnologija na temelju toga.

Jedini problem koji ostaje je povećanje broja antena i odašiljača (trenutno maksimalno 3) za uređaje s PoE. Teško je osigurati napajanje energetski intenzivnijem dizajnu, ali opet, Ubiquiti konstantno napreduje u tom smjeru.

AirMAX tehnologija

Ubiquiti Networks je priznati lider u razvoju i implementaciji inovativnih WiFi tehnologija, uključujući MIMO. Na temelju toga Ubiquiti je razvio i patentirao tehnologiju Air Max. Njegova je bit da je prijem i prijenos signala od strane nekoliko antena na jednom kanalu uređen i strukturiran TDMA protokolom uz hardversko ubrzanje: paketi podataka su odvojeni u zasebne vremenske utore, redovi prijenosa su koordinirani.

To vam omogućuje proširenje kapaciteta kanala i povećanje broja povezanih pretplatnika bez gubitka kvalitete komunikacije. Ovo rješenje je učinkovito, jednostavno za korištenje i, što je važno, jeftino. Za razliku od slične opreme koja se koristi u WiMAX mrežama, oprema tvrtke Ubiquiti Networks s AirMAX tehnologijom ima ugodnu cijenu.

Na prste o MIMO-u.

Zamislimo da su informacija ljudi, a modem i bazna stanica operatera su dva grada između kojih postoji jedna staza, a antena je željeznička stanica. Ljude ćemo prevoziti vlakom koji, primjerice, ne može prevesti više od stotinu ljudi. Kapacitet između takvih gradova bit će ograničen, jer... vlak može prevesti samo stotinu ljudi odjednom.

Kako bi 200 ljudi moglo stići u drugi grad u isto vrijeme, gradi se drugi kolosijek između gradova i drugi vlak se pokreće istovremeno s prvim, čime se udvostručuje protok ljudi. MIMO tehnologija radi na potpuno isti način; u biti jednostavno udvostručimo broj streamova. Broj streamova je određen MIMO standardom, dva streama - MIMO 2x2, četiri streama - MIMO 4x4 itd. Za prijenos podataka putem interneta, bilo da se danas radi o 4G LTE ili WiFi, u pravilu se koristi MIMO 2x2 standard. Za primanje dvostrukog toka u isto vrijeme trebat će vam dvije konvencionalne antene ili, analogno tome, dvije stanice, ili, radi uštede, jedna MIMO antena, kao da je jedna stanica s dvije platforme. Odnosno, MIMO antena je dvije antene unutar jedne.

Panel MIMO antena može doslovno imati dva seta elemenata koji zrače ( "zakrpe") u jednoj zgradi ( na primjer, četiri flastera rade u vertikalnoj polarizaciji, ostala četiri u horizontalnoj polarizaciji, ukupno osam flastera). Svaki set je spojen na svoju utičnicu.

Ili može imati jedan set patcheva ali s dvoportnim (ortogonalnim) napajanjem, tako da se elementi antene napajaju s faznim pomakom od 90 stupnjeva, a tada će svaki patch raditi u vertikalnoj i horizontalnoj polarizaciji istovremeno.

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

Više detalja

Mobilno emitiranje LTE digitalnog toka izravno je povezano s novim razvojem 4G. Uzimajući 3G mrežu na analizu, možete otkriti da je njezina brzina prijenosa podataka 11 puta manja od 4G. Međutim, brzina primanja i prijenosa LTE podataka često je loše kvalitete. To je zbog nedostatka snage ili razine signala koji 4G LTE modem prima od stanice. Kako bi se značajno poboljšala kvaliteta širenja informacija, uvode se 4G MIMO antene.

Modificirane antene, u usporedbi s konvencionalnim sustavima distribucije podataka, imaju drugačiji krug odašiljača. Na primjer, razdjelnik digitalnog toka je potreban za distribuciju informacija u tokove male brzine, čiji je broj povezan s brojem antena. Ako je brzina dolaznog toka približno 200 megabita u sekundi, tada će se stvoriti dva toka - oba 100 megabita u sekundi. Svaki stream mora se emitirati putem zasebne antene. Polarizacija radio vala odaslanog sa svake od dviju antena bit će različita kako bi se dešifrirali podaci tijekom prijema. Kako bi se održala brzina prijenosa podataka, prijemni uređaj također mora imati dvije prijemne antene u različitim polarizacijama.

Prednosti MIMO-a

MIMO je distribucija nekoliko tokova informacija odjednom preko samo jednog kanala, nakon čega slijedi njihov prolaz kroz par ili više antena prije nego što dođu do neovisnih prijamnih uređaja za emitiranje radiovalova. To vam omogućuje značajno poboljšanje propusnosti signala bez pribjegavanja proširenju propusnosti.

Prilikom emitiranja radio valova, digitalni tok u radio kanalu selektivno blijedi. To se može primijetiti ako ste okruženi urbanim visokim zgradama, vozite velikom brzinom ili se udaljavate od područja do kojeg mogu doći radiovalovi. Kako bi se riješio ovaj problem, stvorena je MIMO antena koja je sposobna emitirati informacije preko nekoliko kanala s malim kašnjenjem. Informacije su unaprijed kodirane i zatim vraćene na kraj primatelja. Kao rezultat toga, ne samo da se povećava brzina distribucije podataka, već se značajno poboljšava i kvaliteta signala.

LTE antene se prema konstrukcijskim značajkama dijele na obične i one koje se sastoje od dva primopredajna uređaja (MIMO). Konvencionalni sustav distribucije signala omogućuje postizanje brzine ne veće od 50 megabita u sekundi. MIMO daje šanse za povećanje brzine prijenosa signala više od dva puta. To se postiže ugradnjom nekoliko antena u kutiju odjednom, koje se nalaze na maloj udaljenosti jedna od druge.

Istovremeni prijem i distribucija digitalnog toka antenama do primatelja odvija se kroz dva neovisna kabela. To vam omogućuje značajno povećanje parametara brzine. MIMO se uspješno koristi u bežičnim sustavima kao što je WiFi, kao iu mobilnim mrežama i WiMAX-u. Korištenjem ove tehnologije, koja obično ima dva ulaza i dva izlaza, moguće je poboljšati spektralne kvalitete WiFi, WiMAX, 4G/LTE i drugih sustava, povećati brzinu prijenosa informacija i kapacitet protoka podataka. Navedene prednosti ostvarljive su prijenosom podataka s 4G MIMO antene do primatelja putem više bežičnih veza. Odatle dolazi i naziv ove tehnologije (Multiple Input Multiple Output – višestruki ulaz i višestruki izlaz).

. Gdje se koristi MIMO?

MIMO je brzo stekao popularnost povećanjem kapaciteta i propusnosti protokola za prijenos podataka kao što je WiFi. Standard WiFi 802.11n možete uzeti kao najpopularniji slučaj upotrebe za MIMO. Zahvaljujući MIMO komunikacijskoj tehnologiji, ovaj WiFi protokol postiže brzine veće od 300 megabita u sekundi.

Osim što je ubrzao prijenos protoka informacija, bežična mreža je zahvaljujući MIMO-u dobila poboljšane karakteristike u pogledu kvalitete prijenosa podataka, čak i na mjestima gdje je razina prijemnog signala dosta niska. WiMAX, zahvaljujući novoj tehnologiji, ima mogućnost emitiranja podataka brzinama do 40 megabita u sekundi.

4G (LTE) standard može koristiti MIMO s konfiguracijom do 8x8. Teoretski, to će omogućiti emitiranje digitalnog toka od glavne stanice do primatelja brzinom većom od 300 megabita u sekundi. Još jedan atraktivan aspekt korištenja novog sustava je kvalitetna i stabilna veza, uočena 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 brzinskih karakteristika. MIMO se može koristiti u gotovo svakom bežičnom komunikacijskom sustavu. Treba napomenuti da je potencijal ovog sustava neiscrpan.

Stalno traže načine za razvoj novih konfiguracija MIMO antena, na primjer, do 64x64. U bliskoj budućnosti to će omogućiti daljnje poboljšanje učinkovitosti spektralnih indikatora, povećanje kapaciteta mreža i brzine prijenosa informacija.

MIMO(Multiple Input Multiple Output - višestruki ulaz višestruki izlaz) je tehnologija koja se koristi u bežičnim komunikacijskim sustavima (WIFI, mobilne komunikacijske mreže), a koja može značajno poboljšati spektralnu učinkovitost sustava, maksimalnu brzinu prijenosa podataka i kapacitet mreže. Glavni način za postizanje gore navedenih prednosti je prijenos podataka od izvora do odredišta putem više radio veza, po čemu je tehnologija i dobila svoje ime. Razmotrimo pozadinu ovog problema i odredimo glavne razloge koji su doveli do široke upotrebe MIMO tehnologije.

Potreba za brzim vezama koje pružaju visoku kvalitetu usluge (QoS) s visokom tolerancijom na pogreške raste iz godine u godinu. To je uvelike olakšano pojavom usluga kao što su VoIP (), VoD () itd. Međutim, većina bežičnih tehnologija ne dopušta pretplatnicima pružanje usluge visoke kvalitete na rubu područja pokrivenosti. U mobilnim i drugim bežičnim komunikacijskim sustavima, kvaliteta veze, kao i dostupna brzina prijenosa podataka, brzo opada s udaljenošću od (BTS). Istodobno se smanjuje i kvaliteta usluga, što u konačnici dovodi do nemogućnosti pružanja usluga visoke kvalitete u stvarnom vremenu u cijelom području radio pokrivenosti mreže. Da biste riješili ovaj problem, možete pokušati instalirati bazne stanice što je moguće gušće i organizirati internu pokrivenost na svim mjestima s niskom razinom 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, ako je moguće, koristi postojeći frekvencijski raspon i ne zahtijeva izgradnju novih mrežnih objekata.

Značajke širenja radiovalova

Da bi se razumjeli principi rada MIMO tehnologije, potrebno je razmotriti općenite u prostoru. Valovi koje emitiraju različiti bežični radijski sustavi u rasponu iznad 100 MHz ponašaju se na mnogo načina poput svjetlosnih zraka. Kada radiovalovi tijekom širenja naiđu na bilo koju površinu, ovisno o materijalu i veličini prepreke, dio energije se apsorbira, dio prolazi, a ostatak se reflektira. Na omjer udjela apsorbirane, reflektirane i odaslane energije utječu mnogi vanjski čimbenici, uključujući i frekvenciju signala. Štoviše, energija signala koja se reflektira i prenosi može promijeniti smjer svog daljnjeg širenja, a sam signal se dijeli na nekoliko valova.

Signal koji se širi prema navedenim zakonima od izvora do primatelja, nakon što naiđe na brojne prepreke, dijeli se na mnoštvo valova od kojih samo dio dolazi do prijamnika. Svaki od valova koji dolazi do prijamnika tvori takozvani put širenja signala. Štoviše, zbog činjenice da se različiti valovi odbijaju od različitog broja prepreka i putuju različitim udaljenostima, različite staze imaju različite putanje.

U gustim urbanim sredinama, zbog velikog broja prepreka kao što su zgrade, drveće, automobili i sl., vrlo često dolazi do situacije da nema izravne vidljivosti između MS-a i antena bazne stanice (BTS). U ovom slučaju, jedina mogućnost da signal dođe do prijemnika je putem reflektiranih valova. Međutim, kao što je gore navedeno, opetovano reflektirani signal više nema izvornu energiju i može kasniti. Posebnu poteškoću stvara i činjenica da predmeti ne ostaju uvijek nepomični i da se situacija može značajno promijeniti tijekom vremena. Ovo otvara problem - jedan od najznačajnijih problema u bežičnim komunikacijskim sustavima.

Višestazno širenje - problem ili prednost?

Za borbu protiv višestaznog širenja signala koristi se nekoliko različitih rješenja. Jedna od najčešćih tehnologija je Receive Diversity - . Njegova bit leži u činjenici da se za primanje signala koristi ne jedna, već nekoliko antena (obično dvije, rjeđe četiri), smještene na udaljenosti jedna od druge. Dakle, primatelj nema jednu, već dvije kopije poslanog signala, koje su stigle na različite načine. To omogućuje prikupljanje više energije iz izvornog signala, jer valove koje prima jedna antena možda neće primiti druga i obrnuto. Također, signali koji dolaze izvan faze do jedne antene mogu doći u fazi do druge. Ovaj dizajn radijskog sučelja može se nazvati Single Input Multiple Output (SIMO), za razliku od standardnog Single Input Single Output (SISO) dizajna. Može se koristiti i obrnuti pristup: kada se nekoliko antena koristi za prijenos i jedna za prijem. Ovo također povećava ukupnu energiju izvornog signala koji prima prijamnik. Ovaj sklop se naziva višestruki ulaz i jedan izlaz (MISO). U obje sheme (SIMO i MISO) postavljeno je nekoliko antena na strani bazne stanice, jer Teško je implementirati različitost antene u mobilni uređaj na dovoljno velikoj udaljenosti bez povećanja veličine same terminalne opreme.

Kao rezultat daljnjeg razmišljanja dolazimo do sheme višestrukog ulaza višestrukog izlaza (MIMO). U ovom slučaju instalirano je nekoliko antena za prijenos i prijem. Međutim, za razliku od gornjih shema, ova shema raznolikosti omogućuje ne samo borbu protiv višestaznog širenja signala, već i dobivanje nekih dodatnih prednosti. Korištenjem više antena za prijenos i prijem, svakom paru antena za odašiljanje/prijam može se dodijeliti zaseban put za prijenos informacija. U tom će slučaju diversity prijam obavljati preostale antene, a ova će antena također služiti kao dodatna antena za druge prijenosne staze. Kao rezultat toga, teoretski, moguće je povećati brzinu prijenosa podataka onoliko puta koliko se koriste dodatne antene. Međutim, značajno ograničenje nameće kvaliteta svakog radijskog puta.

Kako radi MIMO

Kao što je gore navedeno, za organiziranje MIMO tehnologije potrebno je instalirati nekoliko antena na odašiljačkoj i prijemnoj strani. Obično se na ulazu i izlazu sustava instalira jednak broj antena, jer u ovom slučaju se postiže maksimalna brzina prijenosa podataka. Za prikaz broja antena na prijemu i prijenosu, uz naziv MIMO tehnologije obično se navodi oznaka “AxB”, gdje je A broj antena na ulazu sustava, a B na izlazu. U ovom slučaju sustav znači radio vezu.

MIMO tehnologija zahtijeva neke promjene u strukturi odašiljača u usporedbi s konvencionalnim sustavima. Razmotrimo samo jedan od mogućih, najjednostavnijih načina organiziranja MIMO tehnologije. Prije svega, na odašiljačkoj strani je potreban stream divider koji će podatke namijenjene prijenosu dijeliti na nekoliko substreamova malih brzina, čiji broj ovisi o broju antena. Na primjer, za MIMO 4x4 i ulaznu brzinu podataka od 200 Mbit/s, razdjelnik će stvoriti 4 toka od 50 Mbit/s svaki. Dalje, svaki od ovih tokova mora se odaslati kroz vlastitu antenu. Tipično, prijenosne antene postavljaju se s određenim prostornim odvajanjem kako bi pružile što više lažnih signala koji nastaju kao rezultat refleksije. U jednom od mogućih načina organizacije MIMO tehnologije, signal se odašilje sa svake antene s različitom polarizacijom, što omogućuje njegovu identifikaciju prilikom 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 iz radijskog zraka. Štoviše, antene na prijemnoj strani također su instalirane s određenom prostornom raznolikošću, čime se osigurava prijam različitosti, o čemu je ranije bilo riječi. Primljeni signali dolaze do prijamnika, čiji broj odgovara broju antena i prijenosnih puteva. Štoviše, svaki od prijemnika prima signale sa svih antena sustava. Svaki od ovih zbrajala izdvaja iz ukupnog toka energiju signala samo onog puta za koji je odgovoran. On to čini ili prema nekom unaprijed određenom atributu koji je dostavljen svakom od signala, ili kroz analizu kašnjenja, prigušenja, faznog pomaka, tj. skup izobličenja ili "otisak prsta" medija za širenje. Ovisno o principu rada sustava (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC) itd.), odaslani signal se može ponoviti nakon određenog vremena ili odaslati s malim kašnjenjem kroz druge antene.

Neobičan fenomen koji se može dogoditi u MIMO sustavu je da se brzina prijenosa podataka MIMO sustava može smanjiti kada postoji linija vidljivosti između izvora signala i prijamnika. To je prvenstveno zbog smanjenja ozbiljnosti izobličenja u okolnom prostoru, što označava svaki od signala. Kao rezultat toga postaje teško razdvojiti signale na prijemnom kraju i oni počinju utjecati jedni na druge. Dakle, što je veća kvaliteta radijske veze, to se manje koristi može dobiti od MIMO-a.

Višekorisnički MIMO (MU-MIMO)

Načelo organiziranja radiokomunikacija o kojem se govori gore odnosi se na takozvani Single user MIMO (SU-MIMO), gdje postoji samo jedan odašiljač i primatelj informacija. U ovom slučaju, i odašiljač i prijamnik mogu jasno koordinirati svoje radnje, au isto vrijeme ne postoji faktor iznenađenja kada se novi korisnici mogu pojaviti u eteru. Ova je shema sasvim prikladna za male sustave, na primjer, za organiziranje komunikacije u kućnom uredu između dva uređaja. Zauzvrat, većina sustava, kao što su WI-FI, WIMAX, mobilni komunikacijski sustavi su višekorisnički, tj. u njima postoji jedan centar i nekoliko udaljenih objekata, sa svakim od kojih je potrebno organizirati radio vezu. Stoga se javljaju dva problema: s jedne strane, bazna stanica mora odašiljati signal velikom broju pretplatnika kroz isti antenski sustav (MIMO emitiranje), au isto vrijeme primati signal preko istih antena od nekoliko pretplatnika (MIMO MAC - višestruki pristupni kanali).

U uplink smjeru - od MS-a do BTS-a, korisnici istovremeno prenose svoje informacije na istoj frekvenciji. U ovom slučaju nastaje poteškoća za baznu stanicu: potrebno je odvojiti signale od različitih pretplatnika. Jedan od mogućih načina borbe protiv ovog problema je i metoda linearne obrade, koja uključuje preliminarni prijenos odaslanog signala. Izvorni signal, prema ovoj metodi, množi se s matricom koja se sastoji od koeficijenata koji odražavaju učinak smetnji od drugih pretplatnika. Matrica se sastavlja na temelju trenutne situacije na radiju: broj pretplatnika, brzine prijenosa itd. Dakle, prije prijenosa, signal je podložan izobličenju obrnutom onom na koje će naići tijekom radio prijenosa.

U downlinku - smjer od BTS-a do MS-a, bazna stanica odašilje signale istovremeno na istom kanalu do nekoliko pretplatnika odjednom. To dovodi do činjenice da signal odaslan za jednog pretplatnika utječe na prijem svih ostalih signala, tj. dolazi do smetnji. Moguće opcije za borbu protiv ovog problema su korištenje ili korištenje tehnologije kodiranja prljavog papira. Pogledajmo pobliže tehnologiju prljavog papira. Princip rada temelji se na analizi trenutnog stanja radijskog etera i broja aktivnih pretplatnika. Jedini (prvi) pretplatnik prenosi svoje podatke baznoj stanici bez kodiranja ili promjene svojih podataka, jer nema smetnji drugih pretplatnika. Drugi pretplatnik će kodirati, tj. promijenite energiju svog signala tako da ne ometa prvi i da ne izložite svoj signal utjecaju prvog. Naknadni pretplatnici dodani u sustav također će slijediti ovaj princip, a temeljit će se na broju aktivnih pretplatnika i učinku signala koje emitiraju.

Primjena MIMO-a

U posljednjem desetljeću MIMO tehnologija je jedan od najrelevantnijih načina povećanja propusnosti i kapaciteta bežičnih komunikacijskih sustava. Pogledajmo neke primjere korištenja MIMO-a u različitim komunikacijskim sustavima.

Standard WiFi 802.11n jedan je od najupečatljivijih primjera korištenja MIMO tehnologije. Prema njemu, omogućuje vam održavanje brzine do 300 Mbit/s. Štoviše, prethodni standard 802.11g dopuštao je samo 50 Mbit/s. Osim povećanja brzine prijenosa podataka, novi standard, zahvaljujući MIMO-u, omogućuje i bolju kvalitetu usluge u područjima s niskom snagom signala. 802.11n se ne koristi samo u sustavima točka/više točaka (Point/Multipoint) - najčešća niša za korištenje WiFi tehnologije za organiziranje LAN-a (Local Area Network), već i za organiziranje veza točka/točka koje se koriste za organizaciju okosnice komunikacije kanala s nekoliko brzina od stotina Mbit/s i omogućujući prijenos podataka na desetke kilometara (do 50 km).

WiMAX standard također ima dva izdanja koja uvode nove mogućnosti korisnicima koji koriste MIMO tehnologiju. Prvi, 802.16e, pruža mobilne širokopojasne usluge. Omogućuje prijenos informacija brzinama do 40 Mbit/s u smjeru od bazne stanice do pretplatničke opreme. Međutim, MIMO u 802.16e se smatra opcijom i koristi se u najjednostavnijoj konfiguraciji - 2x2. U sljedećem izdanju, 802.16m MIMO smatra se obveznom tehnologijom, uz moguću konfiguraciju 4x4. U ovom slučaju WiMAX se već može klasificirati kao sustavi mobilne komunikacije, odnosno njihova četvrta generacija (zbog velike brzine prijenosa podataka), jer ima niz karakteristika svojstvenih mobilnim mrežama: glasovne veze. U slučaju mobilnog korištenja teoretski se mogu postići brzine od 100 Mbit/s. U fiksnoj verziji brzina može doseći 1 Gbit/s.

Od najvećeg je interesa uporaba MIMO tehnologije u sustavima mobilne komunikacije. Ova se tehnologija koristi od treće generacije mobilnih komunikacijskih sustava. Na primjer, u standardu, u Rel. 6 koristi se u kombinaciji s HSPA tehnologijom koja podržava brzine do 20 Mbit/s, au Rel. 7 – s HSPA+, gdje brzine prijenosa podataka dosežu 40 Mbit/s. Međutim, MIMO još nije našao široku primjenu u 3G sustavima.

Sustavi, točnije LTE, također omogućuju korištenje MIMO-a u konfiguracijama do 8x8. To, u teoriji, može omogućiti prijenos podataka od bazne stanice do pretplatnika preko 300 Mbit/s. Još jedna važna pozitivna točka je stabilna kvaliteta veze čak i na rubu. U tom slučaju, čak i na znatnoj udaljenosti od bazne stanice ili kada se nalazi u udaljenoj prostoriji, primijetit će se samo neznatno smanjenje brzine prijenosa podataka.

Tako MIMO tehnologija nalazi primjenu u gotovo svim sustavima bežičnog prijenosa podataka. Štoviše, njegov potencijal nije iscrpljen. Nove mogućnosti konfiguracije antene već se razvijaju, do 64x64 MIMO. To će nam omogućiti postizanje još većih brzina prijenosa podataka, kapaciteta mreže i spektralne učinkovitosti u budućnosti.