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?
MIMO Wi-Fi usmjerivači koriste iste mrežne protokole kao i konvencionalni usmjerivači s jednom vezom. Omogućuju veće 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, s njihovim naknadnim obnavljanjem od strane uređaja za primanje.
MIMO tehnologija može povećati propusnost, domet i pouzdanost prijenosa uz visok rizik od smetnji od druge bežične opreme.
Primjena u Wi-Fi mrežama
MIMO tehnologija je uključena 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 nudi dvije antene i dva odašiljača sposobna za odašiljanje i primanje na dva kanala.
Kako bi iskoristili ovu tehnologiju i ostvarili njezine prednosti, klijentski uređaj i usmjerivač moraju uspostaviti MIMO vezu između sebe. Dokumentacija za korišteni hardver treba naznačiti podržava li 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 usporedbi s tradicionalnim rješenjima, gdje sve antene usmjerivača moraju biti koordinirane za komunikaciju s jednim klijentskim uređajem, SU-MIMO omogućuje da se svaka od njih distribuira između različite opreme.
Višekorisnička (MU) MIMO tehnologija stvorena je za korištenje na 802.11ac Wi-Fi mrežama na 5 GHz. Dok je prethodni standard zahtijevao usmjerivače da upravljaju svojim klijentskim vezama jedan po jedan (jedan po jedan), MU-MIMO antene mogu paralelno komunicirati s više klijenata. poboljšava performanse veza. Međutim, čak i ako usmjerivač 802.11ac ima potrebnu hardversku podršku za MIMO tehnologiju, postoje i druga ograničenja:
- Podržan je 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 mobilni
Tehnologija se koristi u raznim vrstama bežičnih mreža. Sve se više koristi u staničnim komunikacijama (4G i 5G) u nekoliko oblika:
- Mrežni MIMO - koordinirani prijenos signala između baznih stanica;
- Masivni MIMO - korištenje velikog broja (stotine) antena;
- milimetarski valovi - korištenje ultravisokih frekvencijskih pojasa, koji imaju veću širinu pojasa od pojaseva licenciranih za 3G i 4G.
Višekorisnička tehnologija
Da biste razumjeli kako MU-MIMO radi, trebali biste razmotriti kako tradicionalni bežični usmjerivač rukuje paketima podataka. Dobro obavlja posao slanja i primanja podataka, ali samo u jednom smjeru. Drugim riječima, može istovremeno komunicirati samo s jednim uređajem. Na primjer, ako se video učitava, ne možete istovremeno prenositi online videoigru na konzolu.
Korisnik može pokrenuti više uređaja na Wi-Fi mreži, a usmjerivač im vrlo brzo prosljeđuje bitove podataka. Međutim, može pristupiti samo jednom uređaju u isto vrijeme, što je glavni razlog loše kvalitete veze ako je Wi-Fi propusnost preniska.
Budući da radi, malo pažnje posvećuje sebi. Međutim, učinkovitost usmjerivača koji prenosi podatke na više uređaja u isto vrijeme može se poboljšati. Pritom će raditi brže i pružiti zanimljivije mrežne konfiguracije. To je razlog zašto su se pojavili razvoji poput MU-MIMO i na kraju su ugrađeni u moderne bežične komunikacijske standarde. Ovi razvoji omogućuju naprednim usmjerivačima da komuniciraju s više uređaja odjednom.
Kratka povijest: SU vs.MU
MIMO za jednog i više korisnika različiti su načini za komunikaciju usmjerivača s više uređaja. Prvi je stariji. Standard SU dopuštao je slanje i primanje podataka kroz nekoliko tokova odjednom, ovisno o dostupnom 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 osim zahtjeva za antenom imao ograničenja. Iako može biti povezano više uređaja, oni se i dalje bave usmjerivačem koji može raditi samo s jednim po jednim. Brzine prijenosa podataka su se povećale, smetnje su manji problem, ali još uvijek ima mjesta za poboljšanje.
MU-MIMO je standard koji je evoluirao iz SU-MIMO i SDMA (Space Division Multiple Access). Tehnologija omogućuje baznoj stanici da komunicira s više uređaja koristeći zaseban stream za svaki od njih, kao da svi imaju vlastiti usmjerivač.
U konačnici, MU podrška dodana je u ažuriranju 802.11ac iz 2013. Nakon nekoliko godina razvoja, proizvođači su ovu značajku počeli uključivati u svoje proizvode.
Prednosti MU-MIMO-a
Ovo je uzbudljiva tehnologija jer ima zamjetan utjecaj na svakodnevnu upotrebu Wi-Fi-ja bez izravnog mijenjanja propusnosti ili drugih ključnih bežičnih parametara. Mreže postaju sve učinkovitije.
Kako bi se osigurala stabilna veza s prijenosnim računalom, telefonom, tabletom ili računalom, standard ne zahtijeva više antena za usmjerivač. Svaki takav uređaj možda neće dijeliti svoj MIMO kanal s drugima. To je osobito vidljivo pri streamingu videa ili obavljanju drugih složenih zadataka. Brzina interneta se subjektivno povećava, a veza se uspostavlja pouzdanije, iako zapravo organizacija mreže postaje inteligentnija. Povećava se i broj uređaja koji se istodobno servisiraju.
MU-MIMO ograničenja
Višekorisnička tehnologija višestrukog pristupa ima niz ograničenja koja vrijedi spomenuti. Postojeći standardi podržavaju 4 uređaja, ali dopuštaju dodavanje više i morat će dijeliti stream, što vraća probleme sa SU-MIMO. Tehnologija se uglavnom koristi u downlink-u i ograničena je kada je riječ o odlaznoj. Osim toga, MU-MIMO usmjerivač mora imati više informacija o uređajima i stanjima veze nego što su to zahtijevali prethodni standardi. 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 online TV prijenos, a njegova supruga u blizini prenosi PS4 igru na svoju Vitu putem Remote Playa, i dalje će morati dijeliti propusnost. Usmjerivač može osigurati samo diskretne tokove uređajima koji se nalaze u različitim smjerovima.
Ogroman MIMO
Kako se krećemo prema 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, kojoj se posljednjih godina posvećuje velika pozornost, osmišljena je za značajno povećanje učinkovitosti telekomunikacijskih mreža do neviđenih razina. S obzirom na oskudicu i visoku cijenu raspoloživih resursa, operatere privlači mogućnost povećanja propusnosti u frekvencijskim pojasevima ispod 6 GHz.
Unatoč značajnom napretku, Massive MIMO je daleko od savršenog. Tehnologija se nastavlja aktivno istraživati iu akademskim krugovima iu industriji, gdje inženjeri nastoje postići teorijske rezultate s komercijalno održivim rješenjima.
Masivni MIMO može pomoći u rješavanju dva ključna problema - propusnosti i pokrivenosti. Za mobilne operatere frekvencijski raspon ostaje rijedak i relativno skup resurs, ali je ključni uvjet za povećanje brzine prijenosa signala. U gradovima se razmak baznih stanica temelji na širini pojasa, a ne na pokrivenosti, što zahtijeva postavljanje velikog broja baznih stanica i dodatne troškove. Masivni MIMO vam omogućuje da proširite kapacitet vaše postojeće mreže. U područjima gdje se postavljanje baznih stanica temelji na pokrivenosti, tehnologija može povećati njihov domet.
Koncept
Masivni MIMO iz temelja mijenja trenutnu praksu korištenjem vrlo velikog broja koherentnih i prilagodljivo operativnih antena 4G usluga (stotine ili tisuće). To pomaže usredotočiti prijenos i prijem energije signala u manjim područjima prostora, uvelike poboljšavajući performanse i energetsku učinkovitost, osobito u kombinaciji s istovremenim planiranjem velikog broja korisničkih terminala (desetke ili stotine). Metoda je izvorno bila zamišljena za dupleks s vremenskom 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, sloj pojednostavljene kontrole pristupa (MAC) i otpornost na slučajne i namjerne smetnje. Očekivana propusnost ovisi o mediju za propagaciju koji osigurava asimptotski ortogonalne kanale do terminala, a eksperimenti do sada nisu otkrili nikakva ograničenja u tom pogledu.
No, uz otklanjanje mnogih problema, pojavljuju se i novi koji zahtijevaju hitna rješenja. Na primjer, u MIMO sustavima, višestruke komponente niske vjernosti i niske cijene moraju se učinkovito surađivati, podaci o stanju kanala moraju biti prikupljeni i resursi se moraju dodijeliti novo spojenim terminalima. To također zahtijeva iskorištavanje dodatnih stupnjeva slobode koje pružaju antene za višak usluga, smanjenje unutarnje potrošnje energije za postizanje ukupne energetske učinkovitosti i pronalaženje novih scenarija implementacije.
Rast broja 4G antena koje sudjeluju u implementaciji MIMO obično zahtijeva posjete svakoj baznoj stanici radi promjene konfiguracije i ožičenja. Početna implementacija LTE mreža zahtijevala je instalaciju nove opreme. To je omogućilo konfiguriranje 2x2 MIMO izvornog LTE standarda. Daljnje promjene baznih stanica vrše se samo u ekstremnim slučajevima, a implementacije višeg reda ovise o radnom okruženju. Drugi problem je taj što MIMO rad rezultira potpuno drugačijim ponašanjem mreže od prethodnih sustava, što stvara određenu nesigurnost u rasporedu. Stoga operateri obično prvo koriste druge dizajne, osobito 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 vlakom koji, primjerice, ne može prevesti više od stotinu ljudi. Kapacitet između takvih gradova bit će ograničen, jer vlak može povesti 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, zapravo samo udvostručujemo broj niti. Broj streamova je određen MIMO standardom, dva toka - MIMO 2x2, četiri streama - MIMO 4x4 itd. Za prijenos podataka putem interneta, bilo da je to 4G LTE ili WiFi, danas se u pravilu koristi MIMO 2x2 standard. Da biste istovremeno primali dvostruki stream, trebat će vam dvije konvencionalne antene ili, po analogiji, dvije stanice, ili, radi uštede, jedna MIMO antena, kao da je jedna stanica s dvije platforme. To jest, MIMO antena su dvije antene unutar jedne.
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 spojen na drugu utičnicu.
I može imati jedan set zakrpa, ali imati dva porta (ortogonalno) napajanje, tako da se elementi antene napajaju s faznim pomakom od 90 stupnjeva, a onda će svaki patch raditi u vertikalnoj i horizontalnoj polarizaciji u isto vrijeme.
U ovom slučaju, jedan set zakrpa bit će spojen na dvije utičnice odjednom, to su MIMO antene koje se prodaju u našoj online trgovini.
Više detalja
Mobilno emitiranje LTE digitalnog streama izravno je povezano s novim razvojem 4G. Uzimajući 3G mrežu za analizu, možete otkriti da je njezina brzina prijenosa podataka 11 puta manja od 4G. Ipak, brzina primanja i emitiranja LTE podataka često je loše kvalitete. To je zbog nedostatka snage ili razine signala koju 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, digitalni razdjelnik toka potreban je 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 stvoriti dva toka - oba na 100 megabita u sekundi. Svaki stream mora se emitirati putem zasebne antene. Polarizacija radio vala koji se prenosi sa svake od dvije antene bit će različita kako bi se dekodirali podaci tijekom prijema. Prijemni uređaj, kako bi održao brzinu prijenosa podataka, također mora imati dvije prijamne 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 dođu do neovisnih prijamnih uređaja za emitiranje radio valova. To vam omogućuje značajno poboljšanje propusnosti signala bez pribjegavanja proširenju propusnosti.
Prilikom emitiranja radio valova, digitalni tok u radijskom kanalu selektivno se zamrzava. To se može primijetiti kada ste okruženi urbanim višekatnicama, krećete se velikom brzinom ili se udaljavate od područja koje mogu prekriti radio valovi. Kako bi se riješio ovog problema, stvorena je MIMO antena, sposobna emitirati informacije na nekoliko kanala s malim kašnjenjem. Informacije se unaprijed kodiraju i zatim rekonstruiraju na strani primatelja. Kao rezultat, ne samo da se povećava brzina distribucije podataka, već se i kvaliteta signala značajno poboljšava.
Prema svojim značajkama dizajna, LTE antene se dijele na obične i sastoje se od dva primopredajna uređaja (MIMO). Konvencionalni sustav širenja signala može postići brzinu od najviše 50 megabita u sekundi. MIMO daje priliku 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.
Simultani prijem i distribucija digitalnog toka putem antena do primatelja odvija se preko dva neovisna kabela. To vam omogućuje značajno povećanje parametara brzine. MIMO se uspješno koristi u bežičnim sustavima kao što su WiFi, kao i mobilne mreže i WiMAX. Korištenje ove tehnologije, koja u pravilu ima dva ulaza i dva izlaza, omogućuje poboljšanje spektralnih kvaliteta WiFi, WiMAX, 4G / LTE i drugih sustava, kako bi se povećala brzina prijenosa informacija i kapacitet protoka podataka. Navedene prednosti postižu se prijenosom podataka od 4G MIMO antene do primatelja putem više bežičnih veza. Otuda i naziv ove tehnologije (Multiple Input Multiple Output – višestruki ulaz i višestruki izlaz).
. Gdje se primjenjuje MIMO
MIMO je brzo stekao popularnost povećanjem kapaciteta i propusnosti 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.
Osim što je ubrzao prijenos informacijskih tokova, zahvaljujući MIMO-u, bežična mreža je dobila poboljšane karakteristike u pogledu kvalitete prijenosa podataka čak i na mjestima gdje je razina primljenog signala prilično niska. Zahvaljujući novoj tehnologiji, WiMAX je dobio mogućnost prijenosa podataka brzinom do 40 megabita u sekundi.
U 4G (LTE) standardu, MIMO se može koristiti s konfiguracijom do 8x8. U teoriji, to će omogućiti emitiranje digitalnog toka od glavne stanice do prijamnika brzinom većom od 300 megabita u sekundi. Još jedna atraktivna točka korištenja novog sustava 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 komunikacijski sustav. Treba napomenuti da je potencijal ovog sustava neiscrpan.
Neumorno traže načine za razvoj novih MIMO konfiguracija antena, na primjer, do 64x64. U bliskoj budućnosti to će omogućiti daljnje poboljšanje učinkovitosti spektralnih pokazatelja, povećanje kapaciteta mreža i vrijednost brzine prijenosa informacija.
9. travnja 2014
Svojedobno je tiho i neprimjetno nestala IR veza, a onda su prestali koristiti Bluetooth za razmjenu podataka. A sada je na redu Wi-Fi...
Razvijen je višekorisnički sustav s više ulaza i izlaza koji omogućuje komunikaciju mreže s više računala u isto vrijeme. Kreatori tvrde da se korištenjem istog radio valnog pojasa dodijeljenog za Wi-Fi, tečaj može utrostručiti.
Qualcomm Atheros je razvio sustav za više korisnika, više ulaza/izlaza (MU-MIMO protokol) koji omogućuje komunikaciju mreže s više računala u isto vrijeme. Tvrtka planira početi demonstrirati tehnologiju tijekom sljedećih nekoliko mjeseci, prije isporuke kupcima početkom sljedeće godine.
Međutim, kako bi postigli ovaj visoki tečaj, korisnici će morati nadograditi i svoja računala i mrežne usmjerivače.
Koristeći Wi-Fi protokol, klijenti se poslužuju sekvencijalno – tijekom određenog vremenskog intervala koristi se samo jedan uređaj za prijenos i primanje informacija – tako da se koristi samo mali dio propusnosti mreže.
Akumulacija ovih uzastopnih događaja stvara pad tečaja kako se sve više uređaja povezuje na mrežu.
MU-MIMO (multi-user, multiple input, multiple output) protokol omogućuje istovremeni prijenos informacija grupi klijenata, čime se učinkovitije koristi dostupna širina pojasa Wi-Fi mreže i time se ubrzava prijenos.
Qualcomm vjeruje da će takve mogućnosti biti posebno korisne u kongresnim centrima i internetskim kafićima kada je više korisnika spojeno na istu mrežu.
Tvrtka također vjeruje da se ovdje ne radi samo o povećanju apsolutne brzine, već i o učinkovitijem korištenju mreže i vremena emitiranja za podršku rastućem broju povezanih uređaja, usluga i aplikacija.
MU-Mimo čipove Qualcomm će prodavati proizvođačima usmjerivača, pristupnih točaka, pametnih telefona, tableta i drugih uređaja s podrškom za Wi-Fi. Prvi čipovi moći će istovremeno raditi s četiri toka podataka; podrška za tehnologiju bit će uključena u čipove Atheros 802.11ac i mobilne procesore Snapdragon 805 i 801. Demonstracija tehnologije održat će se ove godine, a prve isporuke čipova predviđene su za prvo tromjesečje sljedeće godine.
Pa, tko se želi detaljnije upustiti u ovu tehnologiju, nastavljamo ...
MIMO Višestruki ulaz Višestruki izlaz (Multiple Input Multiple Output) je tehnologija koja se koristi u bežičnim komunikacijskim sustavima (WIFI, WI-MAX, mobilne komunikacijske mreže), koja može značajno poboljšati spektralnu učinkovitost sustava, maksimalnu brzinu prijenosa podataka i kapacitet mreže. Glavni način za postizanje navedenih prednosti je prijenos podataka od izvora do odredišta putem više radijskih veza, odakle je ova tehnologija i dobila ime. Razmotrimo pozadinu ovog problema i identificiramo glavne razloge za raširenu upotrebu MIMO tehnologije.
Potreba za brzim vezama koje pružaju visoku kvalitetu usluge (QoS) uz visoku dostupnost raste iz godine u godinu. To je uvelike olakšano pojavom usluga kao što su VoIP (Voice over Internet Protocol), videokonferencije, VoD (Video on Demand) itd. Međutim, većina bežičnih tehnologija ne dopušta pretplatnicima pružanje usluge visoke kvalitete na rubu područje pokrivenosti. U staničnim i drugim bežičnim komunikacijskim sustavima kvaliteta veze, kao i dostupna brzina prijenosa podataka, naglo opadaju s udaljenosti od bazne stanice (BTS). Uz to, smanjuje se i kvaliteta usluga, što u konačnici dovodi do nemogućnosti pružanja kvalitetnih usluga u stvarnom vremenu na cijelom području radio pokrivenosti mreže. Da biste riješili ovaj problem, možete pokušati instalirati bazne stanice što je moguće čvršće 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 koristi, ako je moguće, trenutni frekvencijski raspon i ne zahtijeva izgradnju novih mrežnih objekata.
Značajke širenja radio valova
Da bismo razumjeli principe MIMO tehnologije, potrebno je razmotriti opća načela širenja radio valova u svemiru. Valovi koje emitiraju razni bežični radijski sustavi u rasponu iznad 100 MHz ponašaju se na mnogo načina poput snopa svjetlosti. Kada se radio valovi, šireći se, susreću s bilo kojom površinom, tada se, ovisno o materijalu i veličini prepreke, dio energije apsorbira, dio prolazi, a ostatak se reflektira. Na omjer udjela apsorbirane, reflektirane i prenesene kroz dijelove energija utječu brojni vanjski čimbenici, uključujući frekvenciju signala. Štoviše, reflektirane i propuštene energije signala mogu promijeniti smjer svog daljnjeg širenja, a sam signal se dijeli na nekoliko valova.
Signal koji se širi prema gore navedenim zakonima od izvora do prijamnika, nakon susreta s brojnim preprekama, raspada se na mnogo valova od kojih će samo dio doći do prijemnika. Svaki od valova koji dopiru do prijemnika tvori takozvani put širenja signala. Štoviše, zbog činjenice da se različiti valovi reflektiraju 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 dođu do signala prijemnika. Međutim, kao što je gore navedeno, višestruko reflektirani signal više nema početnu energiju i može doći s kašnjenjem. Posebnu poteškoću predstavlja činjenica da objekti ne ostaju uvijek nepomični i da se situacija s vremenom može značajno promijeniti. To otvara problem širenja višestaznog signala – jedan od najznačajnijih problema u bežičnim komunikacijskim sustavima.
Višeputno širenje - problem ili prednost?
Nekoliko različitih rješenja koristi se za borbu protiv višestaznih signala. 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 jedna od druge. Dakle, prijemnik ima ne jednu, već dvije kopije odaslanog signala, koji su došli na različite načine. To omogućuje prikupljanje više energije izvornog signala, jer valove koje prima jedna antena možda neće primiti druga i obrnuto. Također, signali koji dolaze u protufazi na jednu antenu mogu stići u fazi s drugom. Ova shema radio sučelja može se nazvati Single Input Multiple Output (SIMO), za razliku od standardne Single Input Single Output (SISO) sheme. Može se primijeniti i obrnuti pristup: kada se više antena koristi za odašiljanje i jedna za prijem. To također povećava ukupnu energiju izvornog signala koji prima prijemnik. Ovaj sklop se zove Multiple Input Single Output (MISO). U obje sheme (SIMO i MISO) nekoliko antena je instalirano sa strane bazne stanice, budući da Teško je implementirati diverzitet antene u mobilnom uređaju na dovoljno velikoj udaljenosti bez povećanja veličine same terminalne opreme.
Kao rezultat daljnjeg razmišljanja dolazimo do sheme Multiple Input Multiple Output (MIMO). U tom je slučaju instalirano nekoliko antena za odašiljanje i prijem. Međutim, za razliku od gore navedenih shema, ova shema raznolikosti omogućuje ne samo borbu protiv višestaznog širenja signala, već i dobivanje nekih dodatnih prednosti. Korištenjem više antena za odašiljanje i prijem, svaki par antena za odašiljanje/prijem može se povezati s zasebnom stazom za prijenos informacija. U tom slučaju diverzitetni prijem obavljat će preostale antene, a ova antena će također djelovati kao dodatna antena za druge putove prijenosa. Kao rezultat toga, teoretski, moguće je povećati brzinu prijenosa podataka za onoliko puta koliko će se koristiti dodatni broj antena. Međutim, kvaliteta svake radio staze nameće značajno ograničenje.
Kako MIMO radi
Kao što je gore navedeno, za organizaciju 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 je postignuta 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 sustava, a B na izlazu. U ovom slučaju sustav znači radio vezu.
Da bi MIMO tehnologija funkcionirala, potrebne su neke promjene u strukturi odašiljača u usporedbi s konvencionalnim sustavima. 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 stvoriti 4 toka od 50 Mbps svaki. Nadalje, svaki od ovih tokova mora se prenositi putem vlastite antene. Obično su antene za odašiljanje razmaknute kako bi osigurale što više lažnih signala koji su rezultat višestrukih refleksija. U jednom mogućem načinu organiziranja MIMO tehnologije, signal se prenosi sa svake antene s različitim polarizacijama, što omogućuje njegovu identifikaciju tijekom prijema. Međutim, u najjednostavnijem slučaju, svaki od odaslanih signala ispada da je obilježen samim prijenosnim medijem (vremensko kašnjenje, slabljenje i druga izobličenja).
Na prijemnoj strani, nekoliko antena prima signal s radija. Štoviše, antene na prijemnoj strani također su instalirane s određenom prostornom raznolikošću, zbog čega je osiguran diverzitetni prijem o kojem smo ranije govorili. Primljeni signali idu na prijemnike, čiji broj odgovara broju antena i prijenosnih putova. Štoviše, svaki od prijamnika prima signale sa svih antena sustava. Svaki od ovih zbrajača od ukupnog protoka odvaja energiju signala samo puta za koji je odgovoran. On to čini ili nekom unaprijed određenom značajkom, kojom je svaki od signala bio opremljen, ili analizom kašnjenja, prigušenja, faznog pomaka, t.j. skup izobličenja ili "otisak prsta" medija za distribuciju. 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 prenijeti s malim zakašnjenjem kroz druge antene.
U MIMO sustavu može se dogoditi neobičan fenomen da se brzina podataka u MIMO sustavu može smanjiti ako postoji linija vidljivosti između izvora i primatelja signala. To je prvenstveno zbog smanjenja ozbiljnosti izobličenja u okolnom prostoru, koji obilježava svaki od signala. Kao rezultat toga, na strani primatelja postaje problematično razdvojiti signale i oni počinju utjecati jedni na druge. Dakle, što je veća kvaliteta radio veze, manje koristi možete dobiti od MIMO-a.
MIMO za više korisnika (MU-MIMO)
Gore razmatrano načelo radiokomunikacije odnosi se na tzv. Single user MIMO (SU-MIMO), gdje postoji samo jedan odašiljač i prijemnik informacija. U tom slučaju i odašiljač i prijamnik mogu jasno koordinirati svoje djelovanje, a pritom nema faktora iznenađenja kada bi se novi korisnici mogli pojaviti u eteru. Takva je shema prilično prikladna za male sustave, na primjer, za organiziranje komunikacije u kućnom uredu između dva uređaja. Zauzvrat, većina sustava kao što su WI-FI, WIMAX, sustavi mobilne komunikacije su višekorisnički, t.j. imaju jedno središte 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 većem broju pretplatnika kroz isti antenski sustav (MIMO emitiranje), a istovremeno primati signal kroz iste antene od više pretplatnika (MIMO MAC - Višestruki pristupni kanali).
U smjeru uzlazne veze - od MS do BTS-a, korisnici prenose svoje informacije istovremeno na istoj frekvenciji. U ovom slučaju nastaje poteškoća za baznu stanicu: potrebno je odvojiti signale od različitih pretplatnika. Jedan od mogućih načina za borbu protiv ovog problema je i linearna obrada, koja unaprijed kodira odaslani signal. Izvorni signal, prema ovoj metodi, množi se s matricom, koja se sastoji od koeficijenata koji odražavaju smetnje od drugih korisnika. Matrica se sastavlja na temelju trenutne situacije u eteru: broja pretplatnika, brzina prijenosa itd. Dakle, prije prijenosa, signal je podvrgnut izobličenju suprotnom onom na koji će naići tijekom prijenosa u eteru.
U downlink - smjeru od BTS-a do MS-a, bazna stanica simultano prenosi signale na istom kanalu na nekoliko pretplatnika odjednom. To dovodi do činjenice da signal koji se prenosi jednom pretplatniku utječe na prijem svih ostalih signala, t.j. dolazi do smetnji. Moguća rješenja za borbu protiv ovog problema su korištenje Smart Antene ili korištenje tehnologije kodiranja prljavog papira. Pogledajmo pobliže tehnologiju prljavog papira. Njegov princip rada temelji se na analizi trenutnog stanja radijske 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, t.j. promijenite energiju svog signala tako da ne ometate prvi i ne podvrgnete svoj signal utjecaju iz prvog. Naknadni pretplatnici dodani u sustav također će slijediti ovaj princip i oslanjati se na broj aktivnih pretplatnika i učinak signala koje prenose.
MIMO aplikacija
MIMO tehnologija u posljednjem desetljeću bila je jedan od najrelevantnijih načina za povećanje propusnosti i kapaciteta bežičnih komunikacijskih sustava. Razmotrimo nekoliko primjera korištenja MIMO-a u raznim komunikacijskim sustavima.
WiFi 802.11n standard jedan je od najupečatljivijih primjera korištenja MIMO tehnologije. Prema njegovim riječima, omogućuje održavanje brzine do 300 Mbps. Štoviše, prethodni standard 802.11g dopuštao je samo 50 Mbps. Osim povećanja brzine prijenosa podataka, novi standard, zahvaljujući MIMO-u, također omogućuje bolju kvalitetu usluge na mjestima s niskom razinom signala. 802.11n se koristi ne samo u Point / Multipoint sustavima - najpoznatijoj niši za korištenje WiFi tehnologije za organiziranje LAN-a (Local Area Network), već i za organiziranje točka / točka veza koje se koriste za organiziranje trunk komunikacijskih kanala brzinom od nekoliko stotina Mbps i omogućuje prijenos podataka na desetke 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. Omogućuje vam prijenos informacija brzinom do 40 Mbit / s u smjeru od bazne stanice do opreme pretplatnika. Međutim, MIMO u 802.16e smatra se opcijom i koristi se u najjednostavnijoj konfiguraciji - 2x2. U sljedećem izdanju, 802,16m MIMO smatra se obveznom tehnologijom, s mogućom konfiguracijom 4x4. WiMAX se u ovom slučaju već može pripisati sustavima mobilne komunikacije, odnosno njihovoj četvrtoj generaciji (zbog velike brzine prijenosa podataka), budući da ima niz značajki svojstvenih mobilnim mrežama: roaming, primopredaja, glasovne veze. U slučaju mobilnog korištenja, teoretski, može se postići brzina od 100 Mbps. U fiksnoj verziji, brzina može doseći 1 Gb / s.
Najveći interes je korištenje MIMO tehnologije u sustavima mobilne komunikacije. Ova tehnologija se koristi od treće generacije sustava mobilne komunikacije. Na primjer, u UMTS standardu, u Rel. 6, koristi se zajedno s HSPA tehnologijom koja podržava brzine do 20 Mbps, a u Rel. 7 - s HSPA +, gdje brzine prijenosa podataka dosežu 40 Mbps. Međutim, u 3G sustavima, MIMO nije našao široku primjenu.
Sustavi, odnosno LTE, također omogućuju korištenje MIMO-a u konfiguracijama do 8x8. U teoriji, to može omogućiti prijenos podataka s bazne stanice na pretplatnika brzinom većom od 300 Mbps. Također važna pozitivna točka je dosljedna kvaliteta spoja čak i na rubu saća. U tom slučaju, čak i na znatnoj udaljenosti od bazne stanice, ili kada ste 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. Već se razvijaju nove mogućnosti konfiguracije antene, do 64x64 MIMO. To će u budućnosti omogućiti postizanje još veće brzine prijenosa podataka, kapaciteta mreže i spektralne učinkovitosti.
Kako bismo bolje razumjeli princip MIMO antene, zamislimo sljedeću situaciju: bazna stanica (BS) operatera mobilne mreže i modem postali su dvije geografske točke A i B, između ovih objekata položen je određeni put, ljudi koji se kreću ovom stazom personificiraju informacije, A. - ovo je vaša prijemna antena, B je BS mobilnog operatera. Ljudi se kreću s jedne točke na drugu pomoću vlaka kapaciteta 100 ljudi. Ali puno je više ljudi koji žele doći od točke B do točke A. Stoga se gradi drugi kolosijek i pušta u promet novi vlak čiji je kapacitet također 100 osoba. Dakle, produktivnost i učinkovitost dvaju vlakova je 2 puta veća.
Najnovija MIMO tehnologija radi na isti način. (eng. Multiple Input Multiple Output), omogućuje primanje više streamova u isto vrijeme. Za to se koriste različite polarizacije signala, na primjer, horizontalne i vertikalne - 2x2. Ranije je za dobivanje više informacija, odnosno više streamova bila potrebna kupnja 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 omogućuje da patch funkcionira u dva smjera: vodoravno i okomito. U ovom slučaju, jedan set zakrpa je pričvršćen na dvije utičnice. To je druga opcija (s dvije kabelske uvodnice) koju možete pronaći u asortimanu naše tvrtke.
Ali kako spojiti 2 kabela koji izlaze iz antene na jedan modem? Sve je vrlo jednostavno. Danas tu funkciju ne podržavaju samo antene, već i modemi. Postoje modemi s 2 ulaza za spajanje vanjskih antena, na primjer, rašireni 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. Budući da tehnologija prvo kodira podatke, a zatim ih obnavlja na strani primatelja.
Brzina prijenosa signala je više nego udvostručena.
Mnogi drugi parametri brzine također su povećani zbog korištenja dva neovisna kabela, preko kojih se informacije simultano distribuiraju i primaju u obliku digitalnog toka. Poboljšana je kvaliteta spektra sljedećih sustava: 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. Kvaliteta prijenosa podataka također je poboljšana, čak iu onim područjima gdje je signal prijema slab. Primjer vanjske pristupne točke s MIMO antenom je dobro poznat.
WiMAX mreža, koristeći MIMO, sada može emitirati informacije brzinom do 40 megabita / sekundi.
Koristi MIMO tehnologiju do 8x8. Zahvaljujući tome postiže se visoka brzina prijenosa - više od 35 megabita / sekundi. Osim toga, osigurana je pouzdana i kvalitetna veza izvrsne kvalitete.
Neprestano radimo na poboljšanju i poboljšanju tehnoloških konfiguracija. Uskoro će to poboljšati performanse spektra, poboljšati kapacitet mreže i ubrzati prijenos podataka.
Jedan pristup povećanju brzine prijenosa podataka za WiFi 802.11 i WiMAX 802.16 je korištenje bežičnih sustava koji koriste više antena i za odašiljač i za prijemnik. Ovaj pristup se naziva MIMO (doslovni prijevod - "višestruki ulaz i više izlaza"), ili "pametni antenski sustavi" (sustavi pametnih antena). MIMO tehnologija igra važnu ulogu u implementaciji 802.11n WiFi standarda.
MIMO tehnologija koristi više antena različitih vrsta koje su ugođene na isti kanal. Svaka antena prenosi signal s različitim prostornim karakteristikama. Dakle, MIMO tehnologija koristi radijski spektar učinkovitije i bez ugrožavanja operativne pouzdanosti. Svaki wi-fi prijamnik "sluša" sve signale sa svakog wifi odašiljača, što omogućuje raznovrsnije putove prijenosa. Stoga se više putova može rekombinirati 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 neovisnih tokova podataka istovremeno (uglavnom virtualne kanale) unutar širine jednog spektralnog kanala. U biti, više antena prenosi različite pojedinačno kodirane tokove podataka (prostorne tokove). Ti tokovi, krećući se paralelno kroz zrak, "guraju" više podataka kroz zadani kanal. Na prijamniku, svaka antena vidi različitu kombinaciju tokova signala i prijamnik "demultipleksira" te tokove za upotrebu. MIMO SDM može značajno povećati propusnost podataka povećanjem broja tokova prostornih podataka. Svaki prostorni tok treba svoje parove antena za prijenos/prijem (TX/RX) na svakom kraju prijenosa. Rad sustava prikazan je 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 se ne bi povećali troškovi uz održavanje odgovarajuće razine učinkovitosti.
Važan alat za povećanje fizičke brzine prijenosa podataka u bežičnim mrežama je proširenje pojasa spektralnih kanala. Korištenjem šire propusnosti kanala ortogonalnog frekvencijskog multipleksiranja (OFDM), prijenos 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 jednostavna za implementaciju s umjerenim rastom digitalne obrade signala (DSP). Kada se pravilno koristi, moguće je udvostručiti propusnost 802.11 Wi-Fi standarda s kanala od 20 MHz na kanal od 40 MHz, a također može više nego udvostručiti propusnost kanala koji se trenutno koriste. Kombiniranjem MIMO arhitekture sa širim propusnim opsegom kanala, dobiva se vrlo moćan i isplativ pristup povećanju fizičke brzine prijenosa.
Upotreba MIMO tehnologije s kanalima od 20 MHz skupa je za ispunjavanje zahtjeva IEEE WiFi 802.11n (propusnost 100 Mbps po SAP MAC-u). Također, da biste ispunili ove zahtjeve kada koristite kanal od 20 MHz, trebat će vam najmanje tri antene, i na odašiljaču i na prijemniku. No u isto vrijeme, rad na kanalu od 20 MHz osigurava pouzdan rad s aplikacijama velike širine pojasa u stvarnom korisničkom okruženju.
Kombinirana uporaba MIMO tehnologija i proširenja kanala zadovoljava sve zahtjeve korisnika i prilično je pouzdan tandem. To vrijedi i 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.
Prilikom korištenja proširenog kanala od 40 MHz u rasponu od 2,4 GHz, u početku je bilo poteškoća s kompatibilnošću s opremom koja se temelji na WiFi standardima 802.11a / b / g, kao i s 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 način rada 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). Slijedeći ne-HT dual mode NAV poruku, 802.11n protokol za prijenos podataka može se koristiti tijekom vremena navedenog u poruci, bez ugrožavanja naslijeđe (integriteta) mreže.
Drugi mehanizam je svojevrsna signalizacija i sprječava bežične mreže da prošire kanal na više od 40 MHz. Na primjer, prijenosno računalo 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.
Primjer korištenja MIMO sustava možete vidjeti na slici 2
Ako nakon čitanja imate bilo kakvih pitanja, možete ih postaviti putem obrasca za slanje poruke u odjeljku
