27.08.2015

Sigurno su mnogi već čuli za tehnologiju MIMO, posljednjih godina često je pun reklamnih brošura i plakata, osobito u računalnim trgovinama i časopisima. Ali što je MIMO (MIMO) i s čime se jede? Pogledajmo pobliže.

MIMO tehnologija

MIMO (Multiple Input Multiple Output; više ulaza, više izlaza) je metoda prostornog kodiranja signala koja vam omogućuje povećanje propusnosti kanala, u kojoj se dvije ili više antena koriste za prijenos podataka i isti broj antena za prijem. Odašiljačka i prijamna antena su toliko razmaknute da se postiže minimalan međusobni utjecaj između susjednih antena. MIMO tehnologija koristi se u Wi-Fi, WiMAX, LTE bežičnim komunikacijama za povećanje kapaciteta i učinkovitije korištenje frekvencijske širine pojasa. Zapravo, MIMO vam omogućuje prijenos više podataka u jednom frekvencijskom rasponu i zadanom frekvencijskom koridoru, tj. povećati brzinu. To se postiže upotrebom nekoliko odašiljačkih i prijamnih antena.

Povijest MIMO-a

MIMO tehnologija može se smatrati relativno nedavnim razvojem. Njegova povijest počinje 1984. godine, kada je registriran prvi patent za korištenje ove tehnologije. Početni razvoj i istraživanje odvijali su se u tvrtki Bell Laboratories, a 1996. tvrtku Airgo mreže Izdan je prvi MIMO čipset tzv Pravi MIMO. MIMO tehnologija je svoj najveći razvoj doživjela početkom 21. stoljeća, kada su se Wi-Fi bežične mreže i 3G mobilne mreže počele razvijati velikom brzinom. Sada se MIMO tehnologija široko koristi u 4G LTE i Wi-Fi 802.11b/g/ac mrežama.

Što nudi MIMO tehnologija?

Za krajnjeg korisnika MIMO omogućuje značajno povećanje brzine prijenosa podataka. Ovisno o konfiguraciji opreme i broju korištenih antena, možete dobiti dvostruko, trostruko ili do osam puta povećanje brzine. Obično bežične mreže koriste isti broj odašiljačkih i prijamnih antena, a to se piše kao, na primjer, 2x2 ili 3x3. Oni. ako vidimo MIMO 2x2 snimku, to znači da dvije antene odašilju signal, a dvije primaju. Na primjer, u Wi-Fi standardu jedan kanal širine 20 MHz daje propusnost od 866 Mbps, dok konfiguracija 8x8 MIMO kombinira 8 kanala, dajući maksimalnu brzinu od oko 7 Gbps. Isto vrijedi i za LTE MIMO - potencijalno povećanje brzine za nekoliko puta. Da biste u potpunosti koristili MIMO u LTE mrežama, trebate , jer U pravilu ugrađene antene nisu dovoljno razmaknute i daju mali učinak. I naravno, mora postojati MIMO podrška od bazne stanice.

LTE antena s podrškom za MIMO odašilje i prima signale u vodoravnoj i okomitoj ravnini. To se zove polarizacija. Posebnost MIMO antena je prisutnost dva antenska konektora, a time i korištenje dvije žice za povezivanje s modemom / usmjerivačem.

Unatoč tome što mnogi kažu, i to ne bez razloga, da je MIMO antena za 4G LTE mreže zapravo dvije antene u jednoj, ne biste trebali misliti da ćete korištenjem takve antene udvostručiti brzinu. To može biti slučaj samo u teoriji, ali u praksi razlika između konvencionalne i MIMO antene u 4G LTE mreži ne prelazi 20-25%. Međutim, važniji u ovom slučaju bit će stabilan signal koji može pružiti MIMO antena.

Jedan pristup povećanju brzine prijenosa podataka za 802.11 WiFi i 802.16 WiMAX je korištenje bežičnih sustava koji koriste više antena i za odašiljač i za prijemnik. Ovaj pristup se naziva MIMO (doslovni prijevod - "višestruki ulaz višestruki izlaz") ili "pametni antenski sustavi". MIMO tehnologija igra važnu ulogu u implementaciji 802.11n WiFi standarda.

MIMO tehnologija koristi više antena različitih tipova podešenih na isti kanal. Svaka antena odašilje signal različitih prostornih karakteristika. Dakle, MIMO tehnologija koristi spektar radiovalova učinkovitije i bez ugrožavanja pouzdanosti. Svaki Wi-Fi prijemnik "sluša" sve signale sa svakog Wi-Fi odašiljača, što vam omogućuje da putove prijenosa podataka učinite raznolikijima. Na taj se način više puta može rekombinirati, što rezultira pojačanjem željenih signala u bežičnim mrežama.

Još jedna prednost MIMO tehnologije je ta što ova tehnologija omogućuje prostorno podijeljeno multipleksiranje (SDM). SDM prostorno multipleksira više neovisnih tokova podataka istovremeno (uglavnom virtualne kanale) unutar spektralne propusnosti jednog kanala. U biti, više antena odašilje različite tokove podataka s pojedinačnim kodiranjem signala (prostorni tokovi). Ovi tokovi, krećući se paralelno kroz zrak, "guraju" više podataka duž određenog kanala. Na prijemniku svaka antena vidi različitu kombinaciju tokova signala i prijamnik "demultipleksira" te tokove kako bi ih koristio. MIMO SDM može značajno povećati protok podataka ako se poveća broj protoka prostornih podataka. Svaki prostorni tok zahtijeva vlastite parove antena za prijenos/prijem (TX/RX) na svakom kraju prijenosa. Rad sustava prikazan je na slici 1

Također je potrebno razumjeti da MIMO tehnologija 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 bi se izbjeglo povećanje troškova uz održavanje odgovarajuće razine učinkovitosti.

Važan alat za povećanje fizičke brzine prijenosa podataka u bežičnim mrežama je proširenje propusnosti spektralnih kanala. Korištenjem veće propusnosti kanala s ortogonalnim frekventnim multipleksiranjem (OFDM), prijenos podataka se provodi uz maksimalnu učinkovitost. 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 uz umjerena povećanja digitalne obrade signala (DSP). Kada se pravilno implementira, moguće je udvostručiti propusnost standarda Wi-Fi 802.11 s kanala od 20 MHz na kanal od 40 MHz i može pružiti više od dvostruko veću propusnost od kanala koji se trenutno koriste. Kombinacijom MIMO arhitekture s većom propusnošću kanala, rezultat je vrlo moćan i isplativ pristup za povećanje fizičkih brzina prijenosa.

MIMO tehnologija s kanalima od 20 MHz skupa je za ispunjavanje zahtjeva IEEE 802.11n WiFi (propusnost od 100 Mbps na MAC SAP-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. Ali u isto vrijeme rad na kanalu od 20 MHz osigurava pouzdan rad s aplikacijama koje zahtijevaju visoku propusnost u stvarnom korisničkom okruženju.

Kombinirana uporaba MIMO i tehnologija proširenja kanala zadovoljava sve zahtjeve korisnika i prilično je pouzdan tandem. Ovo također vrijedi kada se istovremeno koristi nekoliko mrežnih aplikacija koje zahtijevaju velike resurse. Kombinacija MIMO-a i proširenja kanala od 40 MHz omogućit će ispunjavanje složenijih zahtjeva, kao što su Mooreov zakon i CMOS implementacija napredne DSP tehnologije.

Pri korištenju proširenog kanala od 40 MHz u pojasu od 2,4 GHz, u početku je bilo poteškoća s kompatibilnošću s opremom temeljenom na WiFi standardima 802.11a / b / g, kao i s opremom koja koristi Bluetooth tehnologiju za prijenos podataka.

Za rješavanje ovog problema, 802.11n Wi-Fi standard nudi niz rješenja. Jedan takav mehanizam, posebno dizajniran za zaštitu mreža, je takozvani redundantni način rada niske propusnosti (ne-HT). Prije korištenja 802.11n WiFi podatkovnog protokola, ovaj mehanizam šalje po jedan paket u svaku polovicu kanala od 40 MHz za reklamiranje mrežnog distribucijskog vektora (NAV). Nakon poruke NAV u redundantnom načinu rada bez HT-a, 802.11n protokol za prijenos podataka može se koristiti u trajanju navedenom u poruci, bez narušavanja nasljeđa (integriteta) mreže.

Drugi mehanizam je vrsta signalizacije koja sprječava bežične mreže da prošire kanal preko 40 MHz. Na primjer, prijenosno računalo ima instalirane 802.11n i Bluetooth module; ovaj mehanizam zna za mogućnost potencijalnih smetnji kada ova dva modula rade istovremeno i onemogućuje prijenos preko kanala od 40 MHz jednog od modula.

Ovi mehanizmi osiguravaju da WiFi 802.11n radi sa starijim 802.11 mrežama bez potrebe za migracijom cijele mreže na 802.11n opremu.

Primjer korištenja MIMO sustava možete vidjeti na sl. 2

Ako imate pitanja nakon čitanja, možete ih postaviti putem obrasca za slanje poruka u odjeljku

MIMO - m tehnologije s više antena u LTE-u

MIMO funkcije (M višestruki ulaz – višestruki izlaz)

Korištenje MIMO (višestruki ulaz – višestruki izlaz) tehnologija rješava dva problema:

Povećana kvaliteta komunikacije zbog prostornog vremenskog/frekvencijskog kodiranja i (ili) oblikovanja snopa,

Povećanje brzine prijenosa pri korištenju prostornog multipleksiranja.

MIMO struktura

U različitim implementacijama MIMO-a, to se odnosi na istovremeni prijenos nekoliko neovisnih poruka na jednom fizičkom kanalu. Za implementaciju MIMO-a koriste se višeantenski sustavi: na odašiljačkoj strani postoji Nt odašiljačke antene, te na prijemnoj strani Br usvojeni Ova je struktura prikazana na sl. 1.

Riža. 1. MIMO struktura

Što je MIMO?

MIMO (engleski) Višestruki ulaz Višestruki izlaz) -metoda prostornog kodiranja signala koja vam omogućuje povećanje propusnosti kanala, u kojem se prijenos podataka provodi pomoću N antene i njihov prijem M antene. Odašiljačka i prijamna antena dovoljno su razdvojene da se postigne slaba korelacija između susjednih antena.

Povijest MIMO-a

Povijest MIMO sustava kao objekta bežične komunikacije još nije jako duga. Prvi patent za korištenje MIMO-a u radijskim komunikacijama registriran je 1984. godine u ime zaposlenika Bell Laboratoriesa Jacka Wintersa. Na temelju svojih istraživanja, Jack Salz iz iste tvrtke objavio je prvi rad o MIMO rješenjima 1985. godine. Razvoj ovog područja nastavili su stručnjaci Bell Laboratories i drugi istraživači do 1995. godine. Godine 1996. Greg Raleigh i Gerald J. Foschini predložili su novu implementaciju MIMO sustava, čime su povećali njegovu učinkovitost. Nakon toga, Greg Raleigh, koji je zaslužan za OFDM ( Ortogonalno frekvencijsko multipleksiranje– orthogonal carrier multiplexing) za MIMO, osnovao Airgo Networks, koji je razvio prvi MIMO čipset nazvan True MIMO.

Međutim, unatoč prilično kratkom vremenskom razdoblju od svog pojavljivanja, smjer MIMO razvija se na vrlo višestruk način i uključuje heterogenu obitelj metoda koje se mogu klasificirati prema principu razdvajanja signala u prijemnom uređaju. Pritom MIMO sustavi koriste kako pristupe razdvajanja signala koji su već ušli u praksu, tako i nove. Tu spadaju, primjerice, prostorno-vremensko, prostorno-frekvencijsko, prostorno-polarizacijsko kodiranje, kao i super-razlučivost u smjeru dolaska signala do prijamnika. Zahvaljujući obilju pristupa razdvajanju signala, trebalo je toliko vremena da se razviju standardi za korištenje MIMO sustava u komunikacijama. Međutim, sve vrste MIMO-a usmjerene su na postizanje jednog cilja - povećanje vršne brzine prijenosa podataka u komunikacijskim mrežama poboljšanjem otpornosti na buku.

Najjednostavnija MIMO antena je sustav od dva asimetrična vibratora (monopola), orijentirana pod kutom od ±45° u odnosu na okomitu os (slika 2).

Riža. 2 Najjednostavnija MIMO antena

Ovaj polarizacijski kut omogućuje da kanali budu u jednakim uvjetima, budući da bi s vodoravno-vertikalnom orijentacijom emitera jedna od polarizacijskih komponenti neizbježno dobila veće prigušenje pri širenju duž zemljine površine. Signali koje neovisno emitira svaki monopol su međusobno ortogonalno polarizirani s dovoljno visokom međusobnom izolacijom u komponenti unakrsne polarizacije (barem 20 dB). Slična antena koristi se na prijemnoj strani. Ovaj pristup omogućuje istovremeni prijenos signala s istim nositeljima moduliranim na različite načine. Načelo polarizacijskog odvajanja omogućuje udvostručenje kapaciteta radiokomunikacijske veze u usporedbi sa slučajem jednog monopola (u idealnim uvjetima linije vidljivosti s identičnom orijentacijom prijemne i odašiljačke antene). Stoga se u biti svaki sustav s dvostrukom polarizacijom može smatrati MIMO sustavom.

Daljnji razvoj MIMO-a

U vrijeme kad je MIMO tehnologija navedena u izdanju 7, standard se aktivno širio svijetom. Bilo je pokušaja kombiniranja mreža treće generacije s MIMO tehnologijom, ali oni nisu postali rašireni. Prema Globalnom udruženju dobavljača mobilne opreme ( Globalno udruženje dobavljača mobilnih uređaja, GSA) od 4. studenog 2010. U to vrijeme, od 2.776 vrsta uređaja s HSPA-om na tržištu, samo 28 modela podržava MIMO. Osim toga, implementacija MIMO mreže s niskom penetracijom MIMO terminala dovodi do smanjenja propusnosti mreže. Nokia je razvila tehnologiju za minimiziranje gubitaka propusnosti, ali bi bila učinkovita samo ako bi penetracija MIMO terminala bila najmanje 40% pretplatničkih uređaja. Nadovezujući se na navedeno, vrijedi podsjetiti da je 14. prosinca 2009. godine puštena u rad prva svjetska mobilna mreža temeljena na LTE tehnologiji, koja je omogućila postizanje puno većih brzina. Na temelju toga jasno je da su operateri bili usmjereni na brzu implementaciju LTE mreža, a ne na nadogradnju mreža treće generacije.

Danas možemo primijetiti brzi rast obima prometa u mobilnim mrežama 4. generacije, a kako bi osigurali potrebnu brzinu svim svojim pretplatnicima, operateri moraju tražiti razne načine povećanja brzine prijenosa podataka ili poboljšanja učinkovitosti koristeći frekvencijske resurse. MIMO, s druge strane, omogućuje prijenos gotovo 2 puta više podataka u dostupnom frekvencijskom pojasu u istom vremenskom razdoblju s 2x2 opcijom. Ako koristite implementaciju antene 4x4, tada će, nažalost, maksimalna brzina preuzimanja informacija biti 326 Mbit/s, a ne 400 Mbit/s, kako sugerira teoretski izračun. To je zbog osobitosti prijenosa kroz 4 antene. Svakoj anteni dodijeljeni su određeni elementi resursa (RE) za prijenos referentnih simbola. Oni su neophodni za organiziranje koherentne demodulacije i estimacije kanala. Položaj ovih RE prikazan je na sl. 3. Odašiljačkim antenama dodijeljeni su logički brojevi priključaka antene. Znakovi označeni R0 prenose se portom 0, znakovi R1 prenose se portom 1 itd. Kao rezultat toga, 14,3% svih RE je alocirano za prijenos referentnih simbola, što objašnjava razliku između teoretskih i praktičnih brzina.

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.

Tehnologija temeljena na WiFi IEEE 802.11n standardu.

Wi-Life daje kratak pregled WiFi tehnologije IEEE 802.11n .
Proširena informacija za naše video publikacije.

Prvi generacije uređaja koji podržavaju WiFi 802.11n standard pojavio se na tržištu prije nekoliko godina. MIMO tehnologija ( MIMO - višestruki ulaz / višestruki izlaz -višestruki ulaz/višestruki izlaz) je jezgra 802.11n. Radi se o radijskom sustavu s višestrukim odvojenim odašiljačkim i prijamnim stazama. MIMO sustavi opisani su pomoću broja odašiljača i prijamnika. Standard WiFi 802.11n definira skup mogućih kombinacija od 1x1 do 4x4.

U tipičnom slučaju postavljanja Wi-Fi mreže u zatvorenom prostoru, na primjer u uredu, radionici, hangaru, bolnici, radijski signal rijetko putuje najkraćim putem između odašiljača i prijamnika zbog zidova, vrata i drugih prepreka. Većina takvih okruženja ima mnogo različitih površina koje reflektiraju radio signal (elektromagnetske valove) kao što ogledalo reflektira svjetlost. Nakon refleksije formiraju se višestruke kopije izvornog WiFi signala. Kada više kopija WiFi signala putuje različitim putovima od odašiljača do prijamnika, signal koji ide najkraćim putem bit će prvi, a sljedeće kopije (ili reflektirani odjek signala) stići će malo kasnije zbog duljeg staze. To se zove višestruko širenje signala (multipath). Uvjeti višestrukog razmnožavanja stalno se mijenjaju jer... Wi-Fi uređaji se često pomiču (pametni telefon s Wi-Fi u rukama korisnika), razni objekti se pomiču stvarajući smetnje (ljudi, automobili itd.). Ako signali stižu u različito vrijeme i pod različitim kutovima, to može uzrokovati izobličenje i moguće slabljenje signala.

Važno je zapamtiti da WiFi 802.11 n s MIMO podrškom i veliki broj prijamnika mogu smanjiti efekte višestaznosti i destruktivne smetnje, ali u svakom slučaju bolje je smanjiti uvjete višestaznosti gdje god i kad god je to moguće. Jedna od najvažnijih točaka je držati antene što dalje od metalnih predmeta (prije svega WiFi omni antena koje imaju kružni ili višesmjerni dijagram zračenja).

Neophodno jasno razumjeti da nisu svi Wi-Fi klijenti i WiFi pristupne točke isti s MIMO gledišta.
Postoje 1x1, 2x1, 3x3 itd. klijenti. Na primjer, mobilni uređaji poput pametnih telefona najčešće podržavaju MIMO 1x 1, ponekad 1x 2. To je zbog dva ključna problema:
1. potreba da se osigura niska potrošnja energije i dugo trajanje baterije,
2. poteškoće u postavljanju nekoliko antena s odgovarajućim razmakom u malom paketu.
Isto vrijedi i za druge mobilne uređaje: tablet računala, dlanovnike itd.

Vrhunska prijenosna računala često već podržavaju MIMO do 3x3 (MacBook Pro, itd.).

Hajdemo Pogledajmo glavne vrste MIMO u WiFi mrežama.
Za sada ćemo izostaviti podatke o broju odašiljača i prijamnika. Važno je razumjeti princip.

Prva vrsta: Raznolikost prilikom primanja signala na WiFi uređaju

Ako postoje najmanje dva spojena prijemnika s antenskim diverzitetom na prijemnoj točki,
tada je sasvim moguće analizirati sve kopije na svakom prijemniku kako bi se odabrali najbolji signali.
Nadalje, s tim se signalima mogu izvoditi razne manipulacije, ali nas prije svega zanima
mogućnost njihovog kombiniranja pomoću MRC (Maximum Ratio Combined) tehnologije. O MRC tehnologiji bit će detaljnije riječi u nastavku.

Druga vrsta: Raznolikost prilikom slanja signala na WiFi uređaj

Ako na točki slanja postoje najmanje dva povezana WiFi odašiljača s razmaknutim antenama, tada postaje moguće slati grupu identičnih signala kako bi se povećao broj kopija informacija, povećala pouzdanost u prijenosu i smanjila potreba za ponovnim slanjem podataka u radio kanal u slučaju gubitka.

Treća vrsta: Prostorno multipleksiranje signala na WiFi uređaju
(kombiniranje signala)

Ako na točki slanja i na točki primanja postoje najmanje dva povezana WiFi odašiljača s odvojenim antenama, tada postaje moguće slati skup različitih informacija preko različitih signala kako bi se stvorila mogućnost virtualnog kombiniranja takvih tokova informacija u jedan kanal za prijenos podataka, čija ukupna propusnost teži zbroju pojedinačnih tokova od kojih se sastoji. Ovo se zove prostorno multipleksiranje. Ali ovdje je iznimno važno osigurati mogućnost visokokvalitetnog odvajanja svih izvornih signala, što zahtijeva veliku SNR - odnos signal/šum.

MRC tehnologija (kombinirani maksimalni omjer ) koristi se u mnogim modernim pristupnim točkama Wi-Fi korporativna klasa.
M.R.C. usmjeren na povećanje razine signala u smjeru od Wi-Fi klijenta na WiFi 802.11 pristupnu točku.
Algoritam rada M.R.C. uključuje prikupljanje na nekoliko antena i prijamnika svih izravnih i reflektiranih signala tijekom višestaznog širenja. Sljedeći je poseban procesor ( DSP ) odabire najbolji signal sa svakog prijemnika i izvodi kombinaciju. Zapravo, matematička obrada implementira virtualni fazni pomak kako bi se stvorila pozitivna interferencija sa signalima koji se dodaju. Dakle, dobiveni ukupni signal ima značajno bolje karakteristike od svih originalnih.

M.R.C. omogućuje znatno bolje uvjete rada za mobilne uređaje male snage u standardnoj mreži Wi-Fi .

Na WiFi 802.11n sustavima Prednosti višestaznog širenja koriste se za prijenos više radijskih signala istovremeno. Svaki od ovih signala, nazvan " prostorni tokovi", šalje se s zasebne antene pomoću zasebnog odašiljača. Budući da postoji određena udaljenost između antena, svaki signal slijedi nešto drugačiji put do prijamnika. Ovaj efekt se zove " prostorna raznolikost" Prijemnik je također opremljen s nekoliko antena sa svojim zasebnim radio modulima, koji neovisno dekodiraju dolazne signale, a svaki signal se kombinira sa signalima iz drugih prijemnih radio modula. Kao rezultat toga, nekoliko tokova podataka prima se istovremeno. To osigurava značajno veću propusnost od prethodnih 802.11 WiFi sustava, ali također zahtijeva klijenta koji podržava 802.11n.

Zaronimo sada malo dublje u ovu temu:
U WiFi uređajima sa MIMO moguće je cijeli dolazni tok informacija podijeliti u nekoliko različitih tokova podataka koristeći prostorno multipleksiranje za njihovo naknadno slanje. Više odašiljača i antena koristi se za slanje različitih tokova na istom frekvencijskom kanalu. Jedan od načina da se to vizualizira je da se neka tekstualna fraza može prenijeti tako da se prva riječ šalje preko jednog odašiljača, druga preko drugog odašiljača, itd.
Naravno, prijemna strana mora podržavati istu funkcionalnost (MIMO) kako bi u potpunosti izolirala različite signale, ponovno ih sastavila i kombinirala koristeći, opet, prostorno multipleksiranje. Na taj način dobivamo priliku vratiti izvorni protok informacija. Predstavljena tehnologija omogućuje vam da veliki tok podataka podijelite u niz manjih tokova i da ih prenosite odvojeno jedan od drugog. Općenito, ovo omogućuje učinkovitije korištenje radijskog okruženja, a posebno frekvencija dodijeljenih za Wi-Fi.

WiFi 802.11n tehnologija također definira kako se MIMO može koristiti za poboljšanje SNR-a na prijamniku korištenjem prijenosnog oblikovanja snopa. Ovom tehnikom moguće je kontrolirati proces slanja signala sa svake antene tako da se poboljšaju parametri primljenog signala na prijemniku. Drugim riječima, uz slanje više tokova podataka, više odašiljača se može koristiti za postizanje većeg SNR-a na prijemnoj točki i, kao rezultat toga, veće brzine prijenosa podataka na klijentu.
Potrebno je napomenuti sljedeće stvari:
1. Postupak oblikovanja snopa prijenosa definiran u standardu Wi-Fi 802.11n zahtijeva suradnju s prijamnikom (u stvari, s klijentskim uređajem) kako bi se dobila povratna informacija o stanju signala na prijemniku. Ovdje je potrebno imati podršku za ovu funkcionalnost s obje strane kanala - i na odašiljaču i na prijemniku.
2. Zbog složenosti ovog postupka, oblikovanje snopa prijenosa nije bilo podržano u prvoj generaciji 802.11n čipova ni na strani terminala ni na strani pristupne točke. Trenutačno većina postojećih čipova za klijentske uređaje također ne podržava ovu funkciju.
3. Postoje rješenja za izgradnju mreža Wi-Fi , koji vam omogućuju potpunu kontrolu uzorka zračenja na pristupnim točkama bez potrebe za primanjem povratnih informacija od klijentskih uređaja.

Za primanje najava kada se objave novi tematski članci ili se pojave novi materijali na web mjestu, nudimo.

Pridružite se našoj grupi na