E viene fornita la tecnologia mimo. La tecnologia MIMO (Multiple Input Multiple Output) è un metodo di codifica del segnale spaziale

MIMO (Multiple Input Multiple Output, multi-channel input - multi-channel output) è un metodo per l'uso coordinato di diverse antenne radio nelle comunicazioni di rete wireless, comune nei moderni router domestici a banda larga e nelle reti cellulari LTE e WiMAX.

Come funziona?

I router Wi-Fi con tecnologia MIMO utilizzano gli stessi protocolli di rete dei tradizionali router single-link. Forniscono prestazioni più elevate migliorando l'efficienza di trasmissione e ricezione di dati su un collegamento wireless. In particolare, il traffico di rete tra client e router è organizzato in flussi separati trasmessi in parallelo, con il loro successivo recupero da parte del dispositivo ricevente.

La tecnologia MIMO può aumentare il throughput, la portata e l'affidabilità della trasmissione quando esiste un rischio elevato di interferenza da parte di altre apparecchiature wireless.

Applicazione nelle reti Wi-Fi

La tecnologia MIMO è stata inclusa nello standard dalla versione 802.11n. Il suo utilizzo migliora le prestazioni e la disponibilità delle connessioni di rete rispetto ai router convenzionali.

Il numero di antenne può variare. Ad esempio, MIMO 2x2 prevede due antenne e due trasmettitori in grado di ricevere e trasmettere su due canali.

Per sfruttare questa tecnologia e realizzarne i vantaggi, il dispositivo client e il router devono stabilire una connessione MIMO tra di loro. La documentazione per l'apparecchiatura utilizzata dovrebbe indicare se supporta questa funzione. Non esiste un altro modo semplice per verificare se una connessione di rete utilizza questa tecnologia.

SU-MIMO e MU-MIMO

La prima generazione di tecnologia, introdotta con lo standard 802.11n, supportava il metodo Single User (SU). Rispetto alle soluzioni tradizionali, in cui tutte le antenne del router devono essere coordinate per comunicare con un singolo dispositivo client, SU-MIMO consente di distribuire ciascuna antenna tra diverse apparecchiature.

La tecnologia MIMO multiutente (MU) è stata creata per l'uso in reti Wi-Fi 802.11ac a 5 GHz. Mentre lo standard precedente richiedeva che i router gestissero le loro connessioni client a turno (uno alla volta), le antenne MU-MIMO possono comunicare con più client in parallelo. migliora le prestazioni di connessione. Tuttavia, anche se il router 802.11ac dispone del supporto hardware necessario per la tecnologia MIMO, esistono altre limitazioni:

• numero limitato di connessioni client simultanee (2-4) supportate a seconda della configurazione dell'antenna;
• il coordinamento dell'antenna è fornito solo in una direzione: dal router al client.

MIMO e cellulare

La tecnologia è utilizzata in diversi tipi di reti wireless. Viene sempre più utilizzato nelle comunicazioni cellulari (4G e 5G) in diverse forme:

• Network MIMO - trasmissione coordinata del segnale tra le stazioni base;
• Massive MIMO: l'uso di un gran numero (centinaia) di antenne;
• onde millimetriche - l'uso di bande a microonde, in cui la larghezza di banda è maggiore rispetto alle bande concesse in licenza per 3G e 4G.

Tecnologia multiutente

Per capire come funziona MU-MIMO, considera come un router wireless tradizionale gestisce i pacchetti di dati. Fa un buon lavoro di invio e ricezione di dati, ma solo in una direzione. In altre parole, può comunicare solo con un dispositivo alla volta. Ad esempio, se è in corso il caricamento di un video, non è possibile eseguire contemporaneamente lo streaming di un videogioco online sulla console.

Un utente può eseguire più dispositivi su una rete Wi-Fi e il router inoltra loro molto rapidamente bit di dati a turno. Tuttavia, può accedere a un solo dispositivo alla volta, motivo principale di un calo della qualità della connessione se la larghezza di banda del Wi-Fi è troppo bassa.

Poiché funziona, attira poca attenzione su di sé. Tuttavia, è possibile migliorare l'efficienza di un router che trasmette dati a più dispositivi contemporaneamente. Allo stesso tempo, funzionerà più velocemente e fornirà configurazioni di rete più interessanti. Questo è il motivo per cui sono emersi sviluppi come MU-MIMO e sono stati infine incorporati negli standard wireless odierni. Questi sviluppi consentono ai router avanzati di interagire con più dispositivi contemporaneamente.

Breve storia: SU contro MU

MIMO singolo e multiutente sono modi diversi per i router di comunicare con più dispositivi. Il primo è più vecchio. Lo standard SU consentiva di inviare e ricevere dati su più flussi contemporaneamente, a seconda del numero di antenne disponibili, ognuna delle quali poteva funzionare con dispositivi diversi. SU è stato incluso nell'aggiornamento 802.11n del 2007 e ha iniziato a essere gradualmente introdotto nelle nuove linee di prodotti.

Tuttavia, SU-MIMO aveva limitazioni oltre ai requisiti dell'antenna. Sebbene possano essere collegati più dispositivi, hanno ancora a che fare con un router che può gestirne solo uno alla volta. La velocità dei dati è aumentata, le interferenze sono diventate meno problematiche, ma c'è ancora molto spazio per migliorare.

MU-MIMO è uno standard che si è evoluto da SU-MIMO e SDMA (Space Division Multiple Access). La tecnologia consente a una stazione base di comunicare con più dispositivi utilizzando un flusso separato per ciascuno di essi, come se tutti avessero il proprio router.

Il supporto MU è stato infine aggiunto allo standard 802.11ac nell'aggiornamento del 2013. Dopo anni di sviluppo, i produttori hanno iniziato a includere questa funzionalità nei loro prodotti.

Vantaggi di MU-MIMO

Questa è una tecnologia entusiasmante perché ha un impatto notevole sull'utilizzo quotidiano del Wi-Fi senza modificare direttamente la larghezza di banda o altri parametri chiave della connessione wireless. Le reti stanno diventando molto più efficienti.

Per garantire una connessione stabile con un laptop, telefono, tablet o computer, lo standard non richiede che il router abbia più antenne. Ciascuno di questi dispositivi potrebbe non condividere il proprio canale MIMO con altri. Ciò è particolarmente evidente durante lo streaming di video o l'esecuzione di altre attività complesse. La velocità di Internet è soggettivamente aumentata e la connessione è più affidabile, anche se in realtà la rete diventa più intelligente. Aumenta anche il numero di dispositivi gestiti contemporaneamente.

Limitazioni di MU-MIMO

La tecnologia di accesso multiplo multiutente presenta anche una serie di limitazioni che vale la pena menzionare. Gli standard esistenti supportano 4 dispositivi ma consentono di aggiungerne altri e di condividere lo stream, il che riporta i problemi SU-MIMO. La tecnologia viene utilizzata principalmente nei downlink ed è limitata quando si tratta di uscite. Inoltre, un router MU-MIMO deve avere più informazioni sullo stato del dispositivo e del collegamento rispetto agli standard precedenti richiesti. Ciò complica la gestione e la risoluzione dei problemi delle reti wireless.

MU-MIMO è anche una tecnologia direzionale. Ciò significa che 2 dispositivi affiancati non possono utilizzare canali diversi contemporaneamente. Ad esempio, se un marito sta guardando un live streaming in TV e sua moglie nelle vicinanze sta trasmettendo in streaming un gioco PS4 alla sua Vita tramite Remote Play, deve comunque condividere la larghezza di banda. Un router può fornire flussi discreti solo a dispositivi che si trovano in direzioni diverse.

MIMO enorme

Mentre ci muoviamo verso le reti wireless di quinta generazione (5G), la crescita di smartphone e nuove applicazioni ha portato a un aumento di 100 volte della larghezza di banda richiesta rispetto all'LTE. La nuova tecnologia Massive MIMO, che ha ricevuto molta attenzione negli ultimi anni, è progettata per aumentare significativamente l'efficienza delle reti di telecomunicazioni a livelli senza precedenti. Data la scarsità e l'alto costo delle risorse disponibili, gli operatori sono attratti dall'opportunità di aumentare la banda nelle bande di frequenza inferiori a 6 GHz.

Nonostante i progressi significativi, Massive MIMO è tutt'altro che perfetto. La tecnologia continua ad essere attivamente esplorata sia nel mondo accademico che nell'industria, dove gli ingegneri cercano di ottenere risultati teorici con soluzioni commercialmente valide.

Massive MIMO può aiutare a risolvere due problemi chiave: throughput e copertura. Per gli operatori mobili, la banda di frequenza rimane una risorsa scarsa e relativamente costosa, ma è una condizione fondamentale per aumentare la velocità di trasmissione del segnale. Nelle città, la distanza tra le stazioni base è determinata dalla larghezza di banda anziché dalla copertura, il che richiede grandi implementazioni e costi aggiuntivi. Massive MIMO consente di aumentare la capacità di una rete esistente. Nelle aree in cui lo spiegamento delle stazioni base è dovuto alla copertura, la tecnologia consente di aumentarne la portata.

Concetto

Massive MIMO rivoluziona la pratica attuale utilizzando un numero molto elevato di antenne di servizio 4G che operano in modo coerente e adattivo (centinaia o migliaia). Ciò aiuta a concentrare la trasmissione e la ricezione dell'energia del segnale in aree di spazio più piccole, migliorando notevolmente le prestazioni e l'efficienza energetica, soprattutto se combinata con la pianificazione di un gran numero di terminali utente (decine o centinaia) contemporaneamente. La tecnica era originariamente concepita per il duplexing a divisione di tempo (TDD), ma ha il potenziale per essere applicata anche al duplexing a divisione di frequenza (PDD).

Tecnologia MIMO: vantaggi e svantaggi

I vantaggi del metodo sono l'uso diffuso di componenti economici a bassa potenza, la riduzione della latenza, la semplificazione del livello di controllo degli accessi (MAC), la resistenza alle interferenze casuali e deliberate. Il throughput previsto dipende dal mezzo di propagazione che fornisce canali asintoticamente ortogonali ai terminali e gli esperimenti finora non hanno rivelato alcuna limitazione al riguardo.

Tuttavia, insieme all'eliminazione di molti problemi, ne appaiono di nuovi che richiedono soluzioni urgenti. Ad esempio, nei sistemi MIMO, è necessario garantire che molti componenti a basso costo e bassa precisione lavorino insieme in modo efficiente, raccolgano dati sullo stato del canale e allochino risorse ai terminali appena collegati. È inoltre necessario utilizzare i gradi di libertà aggiuntivi forniti dall'eccesso di antenne di servizio, ridurre il consumo energetico interno per ottenere l'efficienza energetica complessiva e trovare nuovi scenari di implementazione.

La crescita del numero di antenne 4G coinvolte nell'implementazione di MIMO richiede solitamente una visita a ciascuna stazione base per modificare la configurazione e il cablaggio. L'implementazione iniziale delle reti LTE ha richiesto l'installazione di nuove apparecchiature. Ciò ha permesso di produrre la configurazione 2x2 MIMO dello standard LTE originale. Ulteriori modifiche alle stazioni base vengono apportate solo come ultima risorsa e le implementazioni di ordine superiore dipendono dall'ambiente operativo. Un altro problema è che l'operazione MIMO determina un comportamento di rete completamente diverso rispetto ai sistemi precedenti, il che introduce una certa incertezza nella pianificazione. Pertanto, gli operatori tendono a utilizzare prima altri progetti, soprattutto se possono essere implementati tramite aggiornamenti software.

Viviamo nell'era della rivoluzione digitale, caro anonimo. Prima che avessimo il tempo di abituarci a qualche nuova tecnologia, ci vengono già offerti da tutti i lati ancora più nuovi e avanzati. E mentre stiamo pensando se questa tecnologia ci aiuterà davvero a ottenere un Internet più veloce o siamo solo stati truffati di nuovo per soldi, i designer in questo momento stanno sviluppando una tecnologia ancora più nuova che ci verrà offerta al posto di quella attuale in soli 2 anni. Questo vale anche per la tecnologia dell'antenna MIMO.

Cos'è questa tecnologia - MIMO? Input multiplo Output multiplo - output multiplo con input multipli. Innanzitutto, la tecnologia MIMO è una soluzione complessa e non si limita alle antenne. Per una migliore comprensione di questo fatto, vale la pena fare una breve digressione nella storia dello sviluppo delle comunicazioni mobili. Gli sviluppatori devono affrontare il compito di trasmettere una maggiore quantità di informazioni per unità di tempo, ad es. aumentare una velocità. Per analogia con un sistema di approvvigionamento idrico - per fornire un volume d'acqua maggiore all'utente per unità di tempo. Possiamo farlo aumentando il "diametro del tubo" o, per analogia, ampliando la banda di comunicazione. Inizialmente, lo standard GSM è stato adattato per il traffico vocale e aveva una larghezza del canale di 0,2 MHz. Questo era abbastanza. Inoltre, c'è il problema di fornire l'accesso multiutente. Può essere risolto dividendo gli abbonati per frequenza (FDMA) o per tempo (TDMA). In GSM, entrambi i metodi vengono utilizzati contemporaneamente. Di conseguenza, abbiamo un equilibrio tra il numero massimo possibile di abbonati nella rete e la larghezza di banda minima possibile per il traffico vocale. Con lo sviluppo di Internet mobile, questa corsia minima è diventata una corsia di ostacolo per aumentare la velocità. Due tecnologie basate sulla piattaforma GSM, GPRS e EDGE, hanno raggiunto un limite di velocità di 384 kbps. Per aumentare ulteriormente la velocità, è stato necessario ampliare la larghezza di banda per il traffico Internet utilizzando, se possibile, l'infrastruttura GSM. Di conseguenza, è stato sviluppato lo standard UMTS. La differenza principale qui è l'espansione della larghezza di banda fino a 5 MHz contemporaneamente e per fornire l'accesso multiutente - l'uso della tecnologia di accesso del codice CDMA, in cui più abbonati lavorano contemporaneamente sullo stesso canale di frequenza. Questa tecnologia è stata chiamata W-CDMA, sottolineando che funziona in una banda larga. Questo sistema è stato chiamato il sistema di terza generazione - 3G, ma allo stesso tempo è una sovrastruttura su GSM. Quindi, abbiamo ottenuto un ampio "tubo" di 5 MHz, che ci ha permesso di aumentare inizialmente la velocità a 2 Mbps.

In quale altro modo possiamo aumentare la velocità se non abbiamo modo di aumentare ulteriormente il "diametro del tubo"? Possiamo parallelizzare il flusso in più parti, far passare ciascuna parte attraverso un piccolo tubo separato e quindi combinare questi flussi separati sul lato ricevente in un flusso ampio. Inoltre, la velocità dipende dalla probabilità di errori nel canale. Riducendo questa probabilità attraverso la sovracodifica, la correzione dell'errore in avanti e migliori tecniche di modulazione radio, possiamo anche aumentare la velocità. Tutti questi sviluppi (insieme all'espansione del "pipe" aumentando il numero di portanti per canale) sono stati costantemente utilizzati nell'ulteriore miglioramento dello standard UMTS e hanno ricevuto il nome HSPA. Questo non è un sostituto di W-CDMA, ma un aggiornamento soft+hard di questa piattaforma principale.

Il consorzio internazionale 3GPP sta sviluppando standard per 3G. La tabella riassume alcune delle caratteristiche delle diverse versioni di questo standard:

La tecnologia 4G LTE, oltre alla retrocompatibilità con le reti 3G, che le ha permesso di prevalere sul WiMAX, è in grado di sviluppare velocità ancora più elevate, fino a 1Gbps e oltre. Qui vengono utilizzate tecnologie ancora più avanzate per il trasferimento di un flusso digitale all'interfaccia aerea, come la modulazione OFDM, che si integra molto bene con la tecnologia MIMO.

Allora, cos'è MIMO? Parallelizzando il flusso in più canali, è possibile inviarli in modi diversi attraverso più antenne "over the air" e riceverli con le stesse antenne indipendenti sul lato ricevente. Pertanto, otteniamo diversi "tubi" indipendenti sull'interfaccia aerea senza bande di espansione. Questa è l'idea principale MIMO. Quando le onde radio si propagano nel canale radio, si osserva una dissolvenza selettiva. Ciò è particolarmente evidente nelle aree urbane dense, se l'abbonato è in movimento o ai margini dell'area di servizio cellulare. La dissolvenza in ogni "tubo" spaziale non si verifica contemporaneamente. Pertanto, se trasmettiamo la stessa informazione su due canali MIMO con un piccolo ritardo, avendo preventivamente sovrapposto ad esso un codice speciale (il metodo Alamuoti, sovrapponendo il codice a forma di quadrato magico), possiamo recuperare i simboli perduti sul lato ricevente, che equivale a migliorare il segnale/rumore fino a 10-12 dB. Di conseguenza, questa tecnologia porta ancora una volta ad un aumento della velocità. In effetti, questa è una ben nota ricezione della diversità (Rx Diversity) organicamente integrata nella tecnologia MIMO.

In definitiva, dobbiamo capire che MIMO deve essere supportato sia sulla base che sul nostro modem. Solitamente in 4G il numero di canali MIMO è multiplo di due - 2, 4, 8 (nei sistemi Wi-Fi si è diffuso un sistema 3x3 a tre canali) e si raccomanda che il loro numero corrisponda sia sulla base che sul modem. Pertanto, per risolvere questo fatto, MIMO è definito con canali di ricezione∗trasmissione - 2x2 MIMO, 4x4 MIMO, ecc. Finora abbiamo a che fare principalmente con 2x2 MIMO.

Quali antenne vengono utilizzate nella tecnologia MIMO? Queste sono antenne ordinarie, devono solo essere due (per 2x2 MIMO). Per separare i canali viene utilizzata la cosiddetta polarizzazione X ortogonale. In questo caso, la polarizzazione di ciascuna antenna rispetto alla verticale viene spostata di 45° e l'una rispetto all'altra di 90°. Un tale angolo di polarizzazione mette entrambi i canali su un piano di parità, poiché con un orientamento orizzontale/verticale delle antenne, uno dei canali riceverebbe inevitabilmente una maggiore attenuazione a causa dell'influenza della superficie terrestre. Allo stesso tempo, uno spostamento di polarizzazione di 90° tra le antenne consente di disaccoppiare i canali l'uno dall'altro di almeno 18-20 dB.

Per MIMO, io e te abbiamo bisogno di un modem con due ingressi antenna e due antenne sul tetto. Tuttavia, resta la domanda se questa tecnologia sia supportata sulla stazione base. Negli standard 4G LTE e WiMAX, tale supporto è disponibile sia sul lato dei dispositivi dell'abbonato che sulla base. Nella rete 3G non tutto è così semplice. Migliaia di dispositivi non MIMO operano già sulla rete, per i quali l'introduzione di questa tecnologia ha l'effetto opposto: la larghezza di banda della rete è ridotta. Pertanto, gli operatori non hanno ancora fretta di implementare MIMO ovunque nelle reti 3G. Affinché la base sia in grado di fornire agli abbonati un'alta velocità, essa stessa deve disporre di un buon trasporto, ad es. ad esso dovrebbe essere collegato un "tubo spesso", preferibilmente una fibra ottica, il che non è sempre il caso. Pertanto, nelle reti 3G, la tecnologia MIMO è attualmente agli albori e allo sviluppo, essendo testata sia dagli operatori che dagli utenti, e questi ultimi non sempre hanno successo. Pertanto, vale la pena riporre speranze sulle antenne MIMO solo nelle reti 4G. Ai margini dell'area di copertura cellulare, è possibile utilizzare antenne ad alto guadagno, come i riflettori, per i quali sono già disponibili in commercio feed MIMO.

Nelle reti Wi-Fi, la tecnologia MIMO è fissata negli standard IEEE 802.11n e IEEE 802.11ac ed è già supportata da molti dispositivi. Mentre assistiamo all'arrivo della tecnologia 2x2 MIMO nella rete 3G-4G, gli sviluppatori non stanno fermi. Le tecnologie MIMO 64x64 sono già in fase di sviluppo con antenne intelligenti con un diagramma di radiazione adattivo. Quelli. se ci spostiamo dal divano alla poltrona o andiamo in cucina, il nostro tablet lo noterà e girerà il pattern dell'antenna incorporata nella giusta direzione. Qualcuno avrà bisogno di questo sito in quel momento?

La tecnologia MIMO ha svolto un ruolo enorme nello sviluppo del WiFi. Alcuni anni fa, era impossibile immaginare altri dispositivi con un throughput di 300 Mbps o più. L'emergere di nuovi standard di comunicazione ad alta velocità, ad esempio 802.11n, è stato in gran parte dovuto al MIMO.

In generale, vale la pena ricordare qui che quando parliamo di tecnologia WiFi, in realtà, intendiamo uno degli standard di comunicazione, e nello specifico IEEE 802.11. Il WiFi è diventato un marchio dopo che sono state delineate le allettanti prospettive per l'utilizzo della trasmissione di dati wireless. Qualcosa in più sulla tecnologia Wi-Fi e lo standard 802.11 può essere trovato in.

Cos'è la tecnologia MIMO?

Se diamo la definizione più semplice possibile, allora MIMO è il trasferimento di dati multi-stream.. L'abbreviazione può essere tradotta dall'inglese come "ingressi multipli, uscite multiple". A differenza del suo predecessore (SingleInput / SingleOutput), nei dispositivi con supporto MIMO, il segnale viene trasmesso su un canale radio utilizzando non uno, ma più ricevitori e trasmettitori. Quando si designano le caratteristiche tecniche dei dispositivi WiFi, il loro numero è indicato accanto all'abbreviazione. Ad esempio, 3x2 significa 3 trasmettitori di segnale e 2 antenne riceventi.

Oltretutto, MIMO utilizza il multiplexing spaziale. Dietro il nome intimidatorio si nasconde una tecnologia per la trasmissione simultanea di più pacchetti di dati su un unico canale. Grazie a questa "densificazione" del canale, il suo throughput può essere raddoppiato o più.

MIMO e Wi-Fi

Con la crescente popolarità della trasmissione di dati wireless tramite connessioni WiFi, ovviamente, i requisiti per la loro velocità sono aumentati. Ed è stata la tecnologia MIMO e altri sviluppi a prenderla come base che ha permesso di aumentare la produttività di diverse volte. Lo sviluppo del WiFi segue il percorso di sviluppo degli standard 802.11 - a, b, g, n e così via. Abbiamo menzionato l'emergere dello standard 802.11n per una ragione. Multiple Input Multiple Output - il suo componente chiave, che ha permesso di aumentare la velocità del canale della connessione wireless da 54 Mbps a oltre 300 Mbps.

Lo standard 802.11n consente sia la larghezza del canale standard di 20 MHz che la larghezza di banda maggiore di 40 MHz. Come accennato in precedenza, il segnale viene riflesso più volte, utilizzando così più flussi sullo stesso canale di comunicazione.

Grazie a ciò, l'accesso a Internet basato su WiFi consente ora non solo di navigare, controllare la posta e chattare in ICQ, ma anche giochi online, video online, chat Skype e altro traffico "pesante".

Lo standard più recente utilizza anche la tecnologia MIMO.

Sfide dell'utilizzo di MIMO in WIFI

All'alba della formazione della tecnologia, c'era una difficoltà nel combinare dispositivi, lavorando con il supporto MIMO e senza di esso. Tuttavia, ora questo non è più così rilevante: quasi tutti i produttori di apparecchiature wireless che si rispettino lo utilizzano nei propri dispositivi.

Inoltre, uno dei problemi con l'emergere della tecnologia di trasmissione dati che utilizza più ricevitori e più trasmettitori è stato il prezzo del dispositivo. Tuttavia, qui la vera rivoluzione dei prezzi è stata fatta dall'azienda. Non solo è riuscita a stabilire la produzione di apparecchiature wireless con supporto MIMO, ma anche a farlo a prezzi molto convenienti. Guarda, ad esempio, al costo di un tipico kit aziendale - (stazione base), (lato client). E in questi dispositivi, non solo MIMO, ma un proprietario migliorato tecnologia airmax basato su di esso.

Il problema resta solo l'aumento del numero di antenne e trasmettitori (ora al massimo 3) per i dispositivi con PoE. Alimentare un design più affamato di energia è difficile, ma ancora una volta Ubiquiti sta facendo continui cambiamenti in questa direzione.

Tecnologia AirMAX

Ubiquiti Networks è un leader riconosciuto nello sviluppo e nell'implementazione di tecnologie WiFi innovative, incluso MIMO. È su queste basi che Ubiquiti ha sviluppato e brevettato la tecnologia Air Max. La sua essenza è che la ricezione e la trasmissione di un segnale da più antenne su un canale è ordinata e strutturata dal protocollo TDMA con accelerazione hardware: i pacchetti di dati sono distanziati in slot temporali separati, le code di trasmissione sono coordinate.

Ciò consente di espandere la larghezza di banda del canale, aumentare il numero di abbonati collegati senza perdere la qualità della comunicazione. Questa soluzione è efficiente, facile da usare e, soprattutto, economica. A differenza di apparecchiature simili utilizzate nelle reti WiMAX, le apparecchiature di Ubiquiti Networks con tecnologia AirMAX soddisfano i prezzi.

Sulle dita su MIMO.

Immagina che le informazioni siano persone e che il modem e la stazione base dell'operatore siano due città tra le quali è disposto un percorso e l'antenna sia la stazione. Trasporteremo le persone in treno, che, ad esempio, non può trasportare più di cento persone. Il throughput tra tali città sarà limitato, perché. il treno può trasportare solo un centinaio di persone alla volta.

Affinché 200 persone possano arrivare contemporaneamente in un'altra città, viene costruito un secondo binario tra le città e un secondo treno viene lanciato contemporaneamente al primo, raddoppiando così il flusso di persone. La tecnologia MIMO funziona allo stesso modo, infatti, semplicemente raddoppiamo il numero di stream. Il numero di flussi è determinato dallo standard MIMO, due flussi - MIMO 2x2, quattro flussi - MIMO 4x4, ecc. Per trasferire dati su Internet, che si tratti di 4G LTE o WiFi, oggi, di norma, viene utilizzato lo standard MIMO 2x2. Per ricevere un doppio stream contemporaneamente, sono necessarie due antenne convenzionali, o, per analogia, due stazioni o, per risparmiare, un'antenna MIMO, come se fosse una stazione con due piattaforme. Cioè, un'antenna MIMO è composta da due antenne all'interno di una.

Un'antenna MIMO a pannello può letteralmente avere due serie di elementi radianti ( "cerotti") in un caso( ad esempio, quattro patch operano in polarizzazione verticale, le altre quattro in polarizzazione orizzontale, per un totale di otto patch). Ogni set è collegato alla propria presa.

E può avere un set di patch ma con un feed a due porte (ortogonale), quindi gli elementi dell'antenna sono alimentati con uno sfasamento di 90 gradi, quindi ogni patch funzionerà contemporaneamente in polarizzazione verticale e orizzontale.

In questo caso, un set di patch verrà collegato a due prese contemporaneamente, queste sono le antenne MIMO vendute nel nostro negozio online.

Di più

La trasmissione mobile del flusso digitale LTE è direttamente correlata ai nuovi sviluppi del 4G. Prendendo una rete 3G per l'analisi, puoi scoprire che la sua velocità di trasferimento dei dati è 11 volte inferiore a 4G. Tuttavia, la velocità di ricezione e trasmissione dei dati LTE è spesso di scarsa qualità. Ciò è dovuto alla mancanza di alimentazione o livello del segnale che il modem 4G LTE riceve dalla stazione. Per migliorare significativamente la qualità della diffusione delle informazioni, vengono introdotte le antenne 4G MIMO.

Le antenne modificate, rispetto ai tradizionali sistemi di distribuzione dei dati, hanno uno schema di trasmissione diverso. Ad esempio, è necessario un divisore di flusso digitale per distribuire le informazioni in flussi a bassa velocità, il cui numero è correlato al numero di antenne. Se la velocità del flusso in entrata è di circa 200 Mbps, verranno creati due flussi, entrambi a 100 Mbps. Ciascun flusso deve essere trasmesso attraverso un'antenna separata. La polarizzazione dell'onda radio trasmessa da ciascuna delle due antenne sarà diversa per poter decifrare i dati al momento della ricezione. Il dispositivo ricevente, per mantenere la velocità di trasmissione dati, deve avere anche due antenne riceventi con polarizzazioni diverse.

Vantaggi di MIMO

MIMO è la distribuzione di più flussi di informazioni contemporaneamente su un solo canale, seguito dal loro passaggio attraverso una coppia o più antenne prima di entrare in dispositivi di ricezione indipendenti per la trasmissione di onde radio. Ciò consente di migliorare significativamente il throughput del segnale senza ricorrere all'espansione della larghezza di banda.

Quando vengono trasmesse onde radio, il flusso digitale nel canale radio si blocca selettivamente. Potresti notarlo se sei circondato da grattacieli urbani, ti muovi ad alta velocità o ti allontani da un'area che le onde radio possono raggiungere. Per sbarazzarsi di questo problema è stata creata un'antenna MIMO, in grado di trasmettere informazioni su più canali con poco ritardo. Le informazioni sono precodificate e quindi ricostruite all'estremità ricevente. Di conseguenza, non solo viene aumentata la velocità di distribuzione dei dati, ma anche la qualità del segnale è notevolmente migliorata.

In base alle loro caratteristiche progettuali, le antenne LTE sono suddivise in ordinarie e composte da due ricetrasmettitori (MIMO). Un tipico sistema di propagazione del segnale può raggiungere velocità non superiori a 50 megabit al secondo. MIMO offre possibilità di più del doppio della velocità di trasmissione del segnale. Ciò si ottiene installando contemporaneamente più antenne nella scatola, che si trovano a una leggera distanza l'una dall'altra.

La ricezione simultanea, così come la distribuzione del flusso digitale da parte delle antenne al destinatario, avviene tramite due cavi indipendenti. Ciò consente di aumentare notevolmente i parametri di velocità. MIMO è stato utilizzato con successo in sistemi wireless come Wi-Fi, reti cellulari e WiMAX. L'uso di questa tecnologia, che di solito ha due ingressi e due uscite, può migliorare la qualità spettrale di WiFi, WiMAX, 4G/LTE e altri sistemi, aumentare la velocità di trasferimento delle informazioni e la capacità del flusso di dati. I vantaggi elencati sono ottenibili grazie alla trasmissione dei dati dall'antenna 4G MIMO al destinatario attraverso diverse connessioni wireless. Da qui il nome di questa tecnologia (Multiple Input Multiple Output - input multipli e output multipli).

. Dove viene applicato il MIMO?

MIMO ha rapidamente guadagnato popolarità aumentando la capacità e il throughput dei protocolli di trasferimento dati come WiFi. Si può prendere lo standard WiFi 802.11n come caso d'uso più popolare per MIMO. Grazie alla tecnologia di comunicazione MIMO, questo protocollo WiFi riesce a raggiungere velocità di oltre 300 Mbps.

Oltre a velocizzare la trasmissione del flusso informativo, la rete wireless grazie a MIMO ha ricevuto prestazioni migliorate in termini di qualità di trasmissione dati anche in luoghi dove il livello del segnale di ricezione è piuttosto basso. Grazie alla nuova tecnologia, WiMAX è stato in grado di trasmettere dati a una velocità fino a 40 megabit al secondo.

Nello standard 4G (LTE), MIMO può essere utilizzato con una configurazione fino a 8x8. In teoria, ciò consentirà di trasmettere un flusso digitale dalla stazione principale al destinatario a una velocità di oltre 300 megabit al secondo. Un altro punto interessante dell'uso del nuovo sistema è una connessione stabile e di alta qualità, osservata anche ai bordi della cella.

Ciò significa che anche a una distanza significativa dalla stazione, così come quando si trova in un locale con pareti spesse, si noterà solo un leggero calo delle prestazioni di velocità. MIMO può essere applicato a quasi tutti i sistemi di comunicazione wireless. Va notato che il potenziale di questo sistema è inesauribile.

Sono costantemente alla ricerca di modi per sviluppare nuove configurazioni di antenne MIMO, ad esempio fino a 64x64. Nel prossimo futuro, ciò consentirà di migliorare ulteriormente l'efficienza degli indicatori spettrali, aumentare la capacità delle reti e l'entità della velocità di trasmissione delle informazioni.

MIMO(Multiple Input Multiple Output - Multiple Input Multiple Output) è una tecnologia utilizzata nei sistemi di comunicazione wireless (WIFI, reti cellulari), che può migliorare significativamente l'efficienza spettrale del sistema, la velocità massima di trasferimento dati e la capacità della rete. Il modo principale per ottenere i vantaggi di cui sopra è trasmettere i dati dalla sorgente alla destinazione tramite più collegamenti radio, da cui la tecnologia prende il nome. Considera lo sfondo di questo problema e determina i motivi principali che sono serviti da un uso diffuso della tecnologia MIMO.

La necessità di connessioni ad alta velocità che forniscano un'elevata qualità del servizio (QoS) con elevata tolleranza ai guasti sta crescendo di anno in anno. Ciò è in gran parte facilitato dall'emergere di servizi come VoIP (), VoD (), ecc. Tuttavia, la maggior parte delle tecnologie wireless non consente di fornire agli abbonati un servizio di alta qualità ai margini dell'area di copertura. Nei cellulari e in altri sistemi di comunicazione wireless, la qualità della connessione, così come la velocità di trasmissione dati disponibile, diminuisce rapidamente con la distanza da (BTS). Allo stesso tempo, diminuisce anche la qualità dei servizi, il che porta in definitiva all'impossibilità di fornire servizi in tempo reale di alta qualità su tutta la copertura radiofonica della rete. Per risolvere questo problema, puoi provare a installare le stazioni base il più strettamente possibile e organizzare la copertura interna in tutti i luoghi con un livello di segnale basso. Tuttavia, ciò richiederà notevoli costi finanziari, che alla fine porteranno ad un aumento del costo del servizio e ad una diminuzione della competitività. Pertanto, per risolvere questo problema, è necessaria un'innovazione originale, utilizzando, se possibile, la gamma di frequenza attuale e non richiedendo la realizzazione di nuovi impianti di rete.

Caratteristiche della propagazione delle onde radio

Per comprendere i principi di funzionamento della tecnologia MIMO, è necessario considerare quelli generali nello spazio. Le onde emesse da vari sistemi radio wireless nella gamma superiore a 100 MHz si comportano in molti modi come fasci di luce. Quando le onde radio si propagano su una superficie, a seconda del materiale e delle dimensioni dell'ostacolo, parte dell'energia viene assorbita, parte passa e il resto viene riflesso. Il rapporto tra le quote delle parti di energia assorbita, riflessa e trasmessa è influenzato da molti fattori esterni, inclusa la frequenza del segnale. Inoltre, le energie del segnale riflesse e passate possono cambiare la direzione della loro ulteriore propagazione e il segnale stesso è diviso in più onde.

Il segnale che si propaga secondo le suddette leggi dalla sorgente al ricevitore, dopo aver incontrato numerosi ostacoli, viene suddiviso in tante onde, solo una parte delle quali raggiunge il ricevitore. Ciascuna delle onde che raggiungono il ricevitore forma un cosiddetto percorso di propagazione del segnale. Inoltre, a causa del fatto che onde diverse vengono riflesse da un numero diverso di ostacoli e percorrono distanze diverse, percorsi diversi hanno percorsi diversi.

In un ambiente urbano denso, a causa di un gran numero di ostacoli come edifici, alberi, automobili, ecc., è molto comune una situazione in cui non c'è linea di vista tra (MS) e antenne della stazione base (BTS). In questo caso, l'unico modo per raggiungere il segnale del ricevitore è attraverso le onde riflesse. Tuttavia, come notato sopra, il segnale riflesso ripetutamente non ha più l'energia iniziale e può arrivare con un ritardo. Una particolare difficoltà è creata anche dal fatto che gli oggetti non sempre rimangono fermi e la situazione può cambiare sensibilmente nel tempo. A questo proposito, sorge un problema: uno dei problemi più significativi nei sistemi di comunicazione wireless.

Propagazione multipath: un problema o un vantaggio?

Per combattere la propagazione del segnale multipath, vengono utilizzate diverse soluzioni. Una delle tecnologie più comuni è Receive Diversity -. La sua essenza sta nel fatto che non una, ma diverse antenne (di solito due, meno spesso quattro) vengono utilizzate per ricevere il segnale, situate a una distanza l'una dall'altra. Pertanto, il destinatario non ha una, ma due copie del segnale trasmesso, che è arrivato in modi diversi. Ciò consente di raccogliere più energia dal segnale originale, poiché le onde ricevute da un'antenna potrebbero non essere ricevute da un'altra e viceversa. Inoltre, i segnali che arrivano fuori fase su un'antenna possono arrivare all'altra in fase. Questo schema di organizzazione dell'interfaccia radio può essere chiamato Single Input Multiple Output (SIMO), in contrasto con lo schema SISO (Single Input Single Output) standard. Può essere applicato anche l'approccio inverso: quando si utilizzano più antenne per trasmettere e una per ricevere. Ciò aumenta anche l'energia totale del segnale originale ricevuto dal ricevitore. Questo schema è chiamato Multiple Input Single Output (MISO). In entrambi gli schemi (SIMO e MISO), diverse antenne sono installate sul lato della stazione base, poiché è difficile implementare la diversità di antenna in un dispositivo mobile su una distanza sufficientemente ampia senza aumentare le dimensioni dell'apparecchiatura terminale stessa.

Come risultato di ulteriori ragionamenti, arriviamo allo schema MIMO (Multiple Input Multiple Output). In questo caso, sono installate diverse antenne per la trasmissione e la ricezione. Tuttavia, a differenza degli schemi di cui sopra, questo schema di diversità consente non solo di gestire la propagazione del segnale multipath, ma anche di ottenere alcuni vantaggi aggiuntivi. Utilizzando più antenne di trasmissione e ricezione, a ciascuna coppia di antenne di trasmissione/ricezione può essere assegnato un percorso separato per la trasmissione delle informazioni. In questo caso, la ricezione della diversità verrà eseguita dalle antenne rimanenti e questa antenna fungerà anche da antenna aggiuntiva per altri percorsi di trasmissione. Di conseguenza, in teoria, è possibile aumentare la velocità dei dati tante volte quante antenne aggiuntive verranno utilizzate. Tuttavia, una limitazione significativa è imposta dalla qualità di ciascun percorso radio.

Come funziona MIMO

Come notato sopra, l'organizzazione della tecnologia MIMO richiede l'installazione di più antenne sul lato trasmittente e ricevente. Di solito, un numero uguale di antenne è installato all'ingresso e all'uscita del sistema, poiché in questo caso si raggiunge la massima velocità di trasferimento dati. Per mostrare il numero di antenne in ricezione e trasmissione, insieme al nome della tecnologia MIMO, viene solitamente menzionata la designazione "AxB", dove A è il numero di antenne all'ingresso del sistema e B è all'uscita . Il sistema in questo caso si riferisce alla connessione radio.

Affinché la tecnologia MIMO funzioni, sono necessari alcuni cambiamenti nella struttura del trasmettitore rispetto ai sistemi convenzionali. Consideriamo solo uno dei modi possibili, più semplici, di organizzare la tecnologia MIMO. Innanzitutto, sul lato trasmittente è necessario un divisore di flusso, che dividerà i dati destinati alla trasmissione in diversi sottostream a bassa velocità, il cui numero dipende dal numero di antenne. Ad esempio, per MIMO 4x4 e una velocità dati in ingresso di 200 Mbps, il divisore creerà 4 flussi da 50 Mbps ciascuno. Inoltre, ciascuno di questi flussi deve essere trasmesso attraverso la propria antenna. Tipicamente, le antenne trasmittenti sono impostate con una certa separazione spaziale per consentire il maggior numero possibile di segnali spuri risultanti da percorsi multipli. In uno dei modi possibili per organizzare la tecnologia MIMO, il segnale viene trasmesso da ciascuna antenna con una polarizzazione diversa, che ne consente l'identificazione al momento della ricezione. Tuttavia, nel caso più semplice, ciascuno dei segnali trasmessi è contrassegnato dal mezzo di trasmissione stesso (ritardo e altre distorsioni).

Sul lato ricevente, diverse antenne ricevono un segnale dalla radio. Inoltre, le antenne sul lato ricevente sono anche installate con una certa diversità spaziale, grazie alla quale viene fornita la ricezione della diversità discussa in precedenza. I segnali ricevuti vengono inviati ai ricevitori, il cui numero corrisponde al numero di antenne e percorsi di trasmissione. Inoltre, ciascuno dei ricevitori riceve segnali da tutte le antenne del sistema. Ciascuno di questi sommatori estrae dal flusso totale l'energia del segnale del solo percorso di cui è responsabile. Lo fa in base a un segno predeterminato di cui era dotato ciascuno dei segnali, o in base all'analisi del ritardo, dell'attenuazione, dello sfasamento, ad es. un insieme di distorsioni o "impronta digitale" del mezzo di distribuzione. A seconda di come funziona il sistema (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC), ecc.), il segnale trasmesso può essere ripetuto dopo un certo tempo o trasmesso con un leggero ritardo attraverso altre antenne.

In un sistema con tecnologia MIMO, può verificarsi un fenomeno insolito in quanto la velocità dei dati nel sistema MIMO può diminuire se c'è una linea di vista tra la sorgente del segnale e il ricevitore. Ciò è dovuto principalmente a una diminuzione della gravità delle distorsioni dello spazio circostante, che contrassegna ciascuno dei segnali. Di conseguenza, diventa problematico sul lato ricevente separare i segnali e iniziano a influenzarsi a vicenda. Pertanto, maggiore è la qualità della connessione radio, minore è il vantaggio che si può ottenere da MIMO.

MIMO multiutente (MU-MIMO)

Il suddetto principio di organizzazione della comunicazione radio fa riferimento al cosiddetto MIMO utente singolo (SU-MIMO), dove esiste un solo trasmettitore e ricevitore di informazioni. In questo caso, sia il trasmettitore che il ricevitore possono coordinare chiaramente le loro azioni e allo stesso tempo non c'è alcun fattore di sorpresa quando nuovi utenti possono apparire in onda. Un tale schema è abbastanza adatto per piccoli sistemi, ad esempio per organizzare la comunicazione in un ufficio domestico tra due dispositivi. A loro volta, la maggior parte dei sistemi, come WI-FI, WIMAX, i sistemi di comunicazione cellulare sono multiutente, ovvero hanno un unico centro e più oggetti remoti, con ognuno dei quali è necessario organizzare un collegamento radio. Sorgono quindi due problemi: da un lato, la stazione base deve trasmettere un segnale a più abbonati attraverso lo stesso sistema di antenne (trasmissione MIMO) e allo stesso tempo ricevere un segnale attraverso le stesse antenne da più abbonati (MIMO MAC - Canali ad accesso multiplo).

Nella direzione uplink - da MS a BTS, gli utenti trasmettono le loro informazioni simultaneamente sulla stessa frequenza. In questo caso sorge una difficoltà per la stazione base: è necessario separare i segnali di abbonati diversi. Un possibile modo per affrontare questo problema è anche il metodo di elaborazione lineare, che prevede un segnale trasmesso preliminare. Il segnale originale, secondo questo metodo, viene moltiplicato con una matrice, che è composta da coefficienti che riflettono l'interferenza di altri abbonati. La matrice viene compilata in base alla situazione attuale in onda: numero di abbonati, velocità di trasmissione, ecc. Pertanto, prima della trasmissione, il segnale è soggetto a una distorsione inversa a quella che incontra durante la trasmissione radio.

In downlink - la direzione da BTS a MS, la stazione base trasmette segnali simultaneamente sullo stesso canale a più abbonati contemporaneamente. Ciò porta al fatto che il segnale trasmesso per un abbonato influisce sulla ricezione di tutti gli altri segnali, ad es. si verifica un'interferenza. Possibili opzioni per affrontare questo problema sono l'uso o l'applicazione della tecnologia di codifica della carta sporca ("carta sporca"). Diamo un'occhiata più da vicino alla tecnologia della carta sporca. Il principio del suo funzionamento si basa sull'analisi dello stato attuale della radio e del numero di abbonati attivi. L'unico (primo) abbonato trasmette i suoi dati alla stazione base senza codificare, cambiando i suoi dati, perché. non ci sono interferenze da altri abbonati. Il secondo abbonato codificherà, ad es. cambiare l'energia del suo segnale in modo da non interferire con il primo e non sottoporre il suo segnale all'influenza del primo. Anche gli abbonati successivi aggiunti al sistema seguiranno questo principio, in base al numero di abbonati attivi e all'effetto dei segnali che trasmettono.

Applicazione di MIMO

La tecnologia MIMO nell'ultimo decennio è uno dei modi più importanti per aumentare il throughput e la capacità dei sistemi di comunicazione wireless. Consideriamo alcuni esempi di utilizzo di MIMO in vari sistemi di comunicazione.

Lo standard WiFi 802.11n è uno degli esempi più importanti dell'uso della tecnologia MIMO. Secondo lui, ti consente di mantenere velocità fino a 300 Mbps. Inoltre, il precedente standard 802.11g consentiva di fornire solo 50 Mbps. Oltre ad aumentare la velocità dei dati, il nuovo standard, grazie a MIMO, consente anche una migliore qualità delle prestazioni del servizio in luoghi con bassa potenza del segnale. 802.11n è utilizzato non solo nei sistemi punto/multipunto (Point/Multipoint), la nicchia più comune per l'utilizzo della tecnologia WiFi per organizzare una LAN (Local Area Network), ma anche per organizzare connessioni punto/punto utilizzate per organizzare la comunicazione del trunk canali a una velocità di diverse centinaia di Mbps e consentendo la trasmissione di dati per decine di chilometri (fino a 50 km).

Lo standard WiMAX ha anche due versioni che offrono nuove possibilità agli utenti con l'aiuto della tecnologia MIMO. Il primo, 802.16e, fornisce servizi mobili a banda larga. Consente di trasferire informazioni a una velocità fino a 40 Mbps nella direzione dalla stazione base all'apparecchiatura dell'abbonato. Tuttavia, MIMO in 802.16e è considerato un'opzione e viene utilizzato nella configurazione più semplice: 2x2. Nella prossima versione, 802.16m MIMO è considerata una tecnologia obbligatoria, con una possibile configurazione 4x4. In questo caso, il WiMAX può già essere attribuito ai sistemi di comunicazione cellulare, ovvero la loro quarta generazione (a causa dell'elevata velocità di trasferimento dati), perché ha una serie di caratteristiche inerenti alle reti cellulari: connessioni vocali. In caso di utilizzo mobile, teoricamente si possono raggiungere 100 Mbps. Nella versione fissa, la velocità può raggiungere 1 Gbps.

Di grande interesse è l'uso della tecnologia MIMO nei sistemi di comunicazione cellulare. Questa tecnologia ha trovato la sua applicazione sin dalla terza generazione di sistemi di comunicazione cellulare. Ad esempio, nella norma, nella rel. 6, viene utilizzato in abbinamento alla tecnologia HSPA con supporto per velocità fino a 20 Mbps, e in Rel. 7 - con HSPA+, dove le velocità di trasferimento dei dati raggiungono i 40 Mbps. Tuttavia, MIMO non ha trovato ampia applicazione nei sistemi 3G.

I sistemi, ovvero LTE, prevedono anche l'utilizzo di MIMO in configurazioni fino a 8x8. Questo, in teoria, può consentire di trasmettere dati dalla stazione base all'abbonato oltre 300 Mbps. Anche un importante punto positivo è la qualità stabile della connessione anche sul bordo. In questo caso, anche a notevole distanza dalla stazione base, o quando ci si trova in una stanza remota, si osserverà solo una leggera diminuzione della velocità di trasferimento dei dati.

Pertanto, la tecnologia MIMO trova applicazione in quasi tutti i sistemi di trasmissione dati wireless. E il suo potenziale non è stato esaurito. Sono già in fase di sviluppo nuove opzioni di configurazione dell'antenna, fino a 64x64 MIMO. Ciò consentirà in futuro di ottenere velocità di trasmissione dati, capacità di rete ed efficienza spettrale ancora più elevate.