Și tehnologia mimo este furnizată. Tehnologia MIMO (Multiple Input Multiple Output) - o metodă de codificare spațială a semnalului

MIMO (Multiple Input Multiple Output) este o metodă de utilizare coordonată a mai multor antene radio în comunicațiile de rețea fără fir, comună în routerele moderne de bandă largă și în rețelele celulare LTE și WiMAX.

Cum functioneaza?

Routerele Wi-Fi MIMO folosesc aceleași protocoale de rețea ca și routerele convenționale cu o singură legătură. Acestea oferă performanțe mai mari prin îmbunătățirea eficienței transmiterii și recepționării datelor prin legătura wireless. În special, traficul de rețea dintre clienți și un router este organizat în fluxuri separate, transmise în paralel, cu restabilirea lor ulterioară de către dispozitivul receptor.

Tehnologia MIMO poate crește debitul, raza de acțiune și fiabilitatea transmisiei cu un risc ridicat de interferență de la alte echipamente fără fir.

Aplicație în rețele Wi-Fi

Tehnologia MIMO a fost inclusă în standard începând cu 802.11n. Utilizarea acestuia îmbunătățește performanța și disponibilitatea conexiunilor de rețea în comparație cu routerele convenționale.

Numărul de antene poate varia. De exemplu, MIMO 2x2 oferă două antene și două transmițătoare capabile să transmită și să recepționeze pe două canale.

Pentru a profita de această tehnologie și a-și realiza beneficiile, dispozitivul client și routerul trebuie să stabilească o conexiune MIMO între ele. Documentația pentru hardware-ul utilizat ar trebui să indice dacă acceptă această capacitate. Nu există o altă modalitate ușoară de a verifica dacă o conexiune de rețea folosește această tehnologie.

SU-MIMO și MU-MIMO

Prima generație de tehnologie, introdusă în standardul 802.11n, a acceptat metoda cu utilizator unic (SU). În comparație cu soluțiile tradiționale, în care toate antenele unui router trebuie să fie coordonate pentru a comunica cu un dispozitiv client, SU-MIMO permite ca fiecare dintre ele să fie distribuită între diferite echipamente.

Tehnologia MIMO multi-utilizator (MU) a fost creată pentru a fi utilizată pe rețelele Wi-Fi 802.11ac la 5 GHz. În timp ce standardul anterior cerea ca routerele să-și gestioneze conexiunile clienților una câte una (una câte una), antenele MU-MIMO pot comunica cu mai mulți clienți în paralel. îmbunătățește performanța conexiunilor. Cu toate acestea, chiar dacă routerul 802.11ac are suportul hardware necesar pentru tehnologia MIMO, există și alte limitări:

• un număr limitat de conexiuni client simultane (2-4) sunt suportate, în funcție de configurația antenei;
• Coordonarea antenei este asigurată doar într-o singură direcție - de la router la client.

MIMO și celular

Tehnologia este utilizată în diferite tipuri de rețele wireless. Este din ce în ce mai utilizat în comunicațiile celulare (4G și 5G) sub mai multe forme:

• Network MIMO - transmisie coordonată a semnalului între stațiile de bază;
• MIMO masiv - utilizarea unui număr mare (sute) de antene;
• unde milimetrice - utilizarea benzilor de frecvență ultra-înaltă, care au o lățime de bandă mai mare decât benzile licențiate pentru 3G și 4G.

Tehnologie multi-utilizator

Pentru a înțelege cum funcționează MU-MIMO, ar trebui să luați în considerare modul în care un router wireless tradițional gestionează pachetele de date. Face o treabă bună de a trimite și de a primi date, dar numai într-o singură direcție. Cu alte cuvinte, poate comunica doar cu un dispozitiv la un moment dat. De exemplu, dacă se încarcă un videoclip, nu puteți transmite un joc video online pe consolă în același timp.

Un utilizator poate lansa mai multe dispozitive într-o rețea Wi-Fi, iar routerul le transmite biți de date foarte rapid la rândul lor. Cu toate acestea, poate accesa doar un dispozitiv la un moment dat, care este principalul motiv pentru calitatea slabă a conexiunii dacă lățimea de bandă Wi-Fi este prea mică.

Din moment ce funcționează, își acordă puțină atenție. Cu toate acestea, eficiența unui router care transmite date către mai multe dispozitive în același timp poate fi îmbunătățită. Procedând astfel, va rula mai rapid și va oferi configurații de rețea mai interesante. Acesta este motivul pentru care au apărut dezvoltări precum MU-MIMO și au fost în cele din urmă încorporate în standardele moderne de comunicații fără fir. Aceste evoluții permit routerelor avansate să comunice cu mai multe dispozitive simultan.

O scurtă istorie: SU vs.MU

MIMO unic și multi-utilizator sunt moduri diferite prin care routerele pot comunica cu mai multe dispozitive. Primul este mai vechi. Standardul SU permitea trimiterea și primirea de date pe mai multe fluxuri simultan, în funcție de numărul de antene disponibil, fiecare dintre acestea putând funcționa cu dispozitive diferite. SU a fost inclus în actualizarea 802.11n din 2007 și a început să se extindă treptat în noi linii de produse.

Cu toate acestea, SU-MIMO a avut limitări în plus față de cerințele antenei. Deși pot fi mai multe dispozitive conectate, acestea au de-a face cu un router care poate funcționa doar cu unul la un moment dat. Ratele de date au crescut, interferența este o problemă mai mică, dar mai este loc de îmbunătățire.

MU-MIMO este un standard care a evoluat de la SU-MIMO și SDMA (Space Division Multiple Access). Tehnologia permite unei stații de bază să comunice cu mai multe dispozitive folosind un flux separat pentru fiecare dintre ele, ca și cum toate ar avea propriul lor router.

În cele din urmă, suportul MU a fost adăugat în actualizarea 802.11ac din 2013. După câțiva ani de dezvoltare, producătorii au început să includă această caracteristică în produsele lor.

Beneficiile MU-MIMO

Aceasta este o tehnologie captivantă, deoarece are un impact vizibil asupra utilizării de zi cu zi a Wi-Fi fără a modifica direct lățimea de bandă sau alți parametri cheie wireless. Rețelele devin mult mai eficiente.

Pentru a asigura o conexiune stabilă cu un laptop, telefon, tabletă sau computer, standardul nu necesită mai multe antene pentru router. Este posibil ca fiecare astfel de dispozitiv să nu-și partajeze canalul MIMO cu alții. Acest lucru este vizibil mai ales atunci când redați videoclipuri sau efectuați alte sarcini complexe. Viteza internetului este crescută subiectiv, iar conexiunea este stabilită mai fiabil, deși, de fapt, organizarea rețelei devine mai inteligentă. Numărul de dispozitive deservite simultan este, de asemenea, în creștere.

Limitări MU-MIMO

Tehnologia de acces multiplu multi-utilizator are o serie de limitări care merită menționate. Standardele existente acceptă 4 dispozitive, dar permit să fie adăugate mai multe și vor trebui să partajeze fluxul, ceea ce readuce problemele SU-MIMO. Tehnologia este folosită mai ales în downlink și este limitată atunci când vine vorba de outbound. În plus, routerul MU-MIMO trebuie să aibă mai multe informații despre dispozitive și stări de legături decât era cerut de standardele anterioare. Acest lucru face dificilă gestionarea și depanarea rețelelor wireless.

MU-MIMO este, de asemenea, o tehnologie direcțională. Aceasta înseamnă că 2 dispozitive unul lângă altul nu pot folosi canale diferite în același timp. De exemplu, dacă un soț urmărește o emisiune TV online și în apropiere soția lui transmite un joc PS4 către Vita prin Remote Play, ei vor trebui totuși să partajeze lățimea de bandă. Un router poate furniza fluxuri discrete numai dispozitivelor care sunt situate în direcții diferite.

MIMO masiv

Pe măsură ce ne îndreptăm către rețelele wireless de a cincea generație (5G), creșterea numărului de smartphone-uri și aplicații noi a dus la o creștere de 100 de ori a lățimii de bandă necesare pe LTE. Noua tehnologie Massive MIMO, care a primit multă atenție în ultimii ani, este concepută pentru a crește semnificativ eficiența rețelelor de telecomunicații la niveluri fără precedent. Având în vedere raritatea și costul ridicat al resurselor disponibile, operatorii sunt atrași de oportunitatea de a crește lățimea de bandă în benzile de frecvență sub 6 GHz.

În ciuda progreselor semnificative, Massive MIMO este departe de a fi perfect. Tehnologia continuă să fie cercetată activ atât în ​​mediul academic, cât și în industrie, unde inginerii se străduiesc să obțină rezultate teoretice cu soluții viabile din punct de vedere comercial.

MIMO masiv poate ajuta la rezolvarea a două probleme cheie - debitul și acoperirea. Pentru operatorii de telefonie mobilă, intervalul de frecvență rămâne o resursă limitată și relativ costisitoare, dar este o condiție cheie pentru creșterea vitezei de transmisie a semnalului. În orașe, distanța dintre stațiile de bază se bazează pe lățime de bandă, nu pe acoperire, ceea ce necesită instalarea unui număr mare de stații de bază și implică costuri suplimentare. Massive MIMO vă permite să extindeți capacitatea rețelei existente. În zonele în care instalarea stațiilor de bază se bazează pe acoperire, tehnologia le poate crește raza de acțiune.

Concept

Massive MIMO schimbă fundamental practica actuală prin utilizarea unui număr foarte mare de antene de servicii 4G coerente și care funcționează adaptiv (sute sau mii). Acest lucru ajută la focalizarea transmisiei și recepției energiei semnalului în zone mai mici din spațiu, îmbunătățind semnificativ performanța și eficiența energetică, mai ales atunci când este combinată cu programarea simultană a unui număr mare de terminale de utilizator (zeci sau sute). Metoda a fost concepută inițial pentru duplexul cu diviziunea în timp (TDD), dar are potențialul de a fi aplicat și în duplexul cu diviziunea în frecvență (PDD).

Tehnologia MIMO: avantaje și dezavantaje

Avantajele metodei sunt utilizarea pe scară largă a componentelor ieftine de putere redusă, latența redusă, stratul de control al accesului simplificat (MAC) și rezistența la interferențe aleatorii și deliberate. Debitul așteptat depinde de mediul de propagare care furnizează canale asimptotic ortogonale terminalelor, iar experimentele nu au evidențiat până acum nicio limită în acest sens.

Cu toate acestea, odată cu eliminarea multor probleme, apar și altele noi care necesită soluții urgente. De exemplu, în sistemele MIMO, mai multe componente low-fidelity, low-cost trebuie să fie colaborate eficient, datele despre starea canalului trebuie colectate și resursele trebuie alocate terminalelor nou conectate. De asemenea, necesită profitarea gradelor suplimentare de libertate oferite de antenele de serviciu în exces, reducerea consumului intern de energie pentru a obține eficiența energetică globală și găsirea de noi scenarii de implementare.

Creșterea numărului de antene 4G care participă la implementarea MIMO necesită de obicei vizite la fiecare stație de bază pentru modificări de configurare și cablare. Implementarea inițială a rețelelor LTE a necesitat instalarea de noi echipamente. Acest lucru a făcut posibilă configurarea MIMO 2x2 a standardului LTE original. Modificările ulterioare ale stațiilor de bază se fac doar în cazuri extreme, iar implementările de ordin superior depind de mediul de operare. O altă problemă este că operarea MIMO are ca rezultat un comportament al rețelei complet diferit față de sistemele anterioare, ceea ce creează o anumită incertitudine de planificare. Prin urmare, operatorii tind să folosească mai întâi alte modele, mai ales dacă acestea pot fi implementate prin actualizări de software.

Trăim în era revoluției digitale, dragi anonimi. Nu am avut timp să ne obișnuim cu niște tehnologii noi, ni se oferă deja din toate părțile și mai noi și mai avansate. Și în timp ce ne gândim dacă această tehnologie ne va ajuta cu adevărat să obținem un internet mai rapid sau pur și simplu suntem înșelați din nou pe bani, designerii dezvoltă o tehnologie și mai nouă, care o va înlocui pe cea actuală în doar 2 ani. Acest lucru se aplică și tehnologiei antenei MIMO.

Ce este această tehnologie - MIMO? Multiple Input Multiple Output - intrări multiple ieșiri multiple. În primul rând, tehnologia MIMO este o soluție complexă și nu se aplică doar antenelor. Pentru o mai bună înțelegere a acestui fapt, merită să faceți o scurtă excursie în istoria dezvoltării comunicațiilor mobile. Dezvoltatorii se confruntă cu sarcina de a transmite o cantitate mai mare de informații pe unitatea de timp, adică. mărește viteza. Prin analogie cu un sistem de alimentare cu apă - pentru a furniza utilizatorului un volum mai mare de apă pe unitatea de timp. Putem face acest lucru prin creșterea „diametrului conductei” sau, prin analogie, prin extinderea lățimii de bandă de comunicare. Inițial, standardul GSM a fost adaptat pentru traficul de voce și avea o lățime a canalului de 0,2 MHz. A fost suficient. În plus, există și problema furnizării accesului multi-utilizator. Poate fi rezolvată prin împărțirea abonaților la frecvență (FDMA) sau la timp (TDMA). GSM folosește ambele metode în același timp. Ca urmare, avem un echilibru între numărul maxim posibil de abonați în rețea și lățimea de bandă minimă posibilă pentru traficul de voce. Odată cu dezvoltarea internetului mobil, această lățime de bandă minimă a devenit un obstacol în calea creșterii vitezei. Două tehnologii bazate pe platforma GSM - GPRS și EDGE - au atins o viteză maximă de 384 kbit/s. Pentru a crește și mai mult viteza, a fost necesară extinderea lățimii de bandă pentru traficul de Internet în același timp, dacă este posibil, folosind infrastructura GSM. Ca urmare, a fost dezvoltat standardul UMTS. Principala diferență aici este extinderea lățimii de bandă până la 5 MHz simultan și pentru a asigura accesul multi-utilizator - utilizarea tehnologiei de acces cod CDMA, în care mai mulți abonați lucrează simultan pe un canal de frecvență. Această tehnologie a fost numită W-CDMA pentru a sublinia faptul că funcționează într-o lățime de bandă largă. Acest sistem a fost numit sistemul de a treia generație - 3G, dar în același timp este o suprastructură peste GSM. Deci, am obținut o „țeavă” largă la 5 MHz, ceea ce ne-a permis să creștem inițial viteza la 2 Mb/s.

Cum altfel putem crește viteza dacă nu avem capacitatea de a crește și mai mult „diametrul țevii”? Putem paraleliza fluxul în mai multe părți, putem rula fiecare parte într-o conductă mică separată și apoi adăugați aceste fluxuri separate pe partea de recepție într-un singur flux larg. În plus, viteza depinde de probabilitatea erorilor de canal. Prin reducerea acestei probabilități prin codificare redundantă, corectarea erorilor înainte și tehnici de modulare radio mai sofisticate, putem crește și rata. Toate aceste evoluții (împreună cu extinderea „țevii” prin creșterea numărului de purtători pe canal) au fost aplicate în mod constant în îmbunătățirea ulterioară a standardului UMTS și au primit numele HSPA. Acesta nu este un înlocuitor pentru W-CDMA, ci o actualizare soft + hard a acestei platforme principale.

Consorțiul internațional 3GPP dezvoltă standarde pentru 3G. Tabelul rezumă câteva dintre caracteristicile diferitelor versiuni ale acestui standard:

Tehnologia 4G LTE, pe lângă compatibilitatea cu rețelele 3G, care i-a permis să prevaleze asupra WiMAX, este capabilă să dezvolte viteze și mai mari în viitor, de până la 1 Gbps și mai mari. Folosește tehnologii și mai avansate pentru transferul fluxului digital către interfața radio, de exemplu, modulația OFDM, care se integrează foarte bine cu tehnologia MIMO.

Deci, ce este exact MIMO? Paralelizând fluxul în mai multe canale, le puteți trimite în moduri diferite prin mai multe antene „prin aer”, și le puteți primi cu aceleași antene independente pe partea de recepție. Astfel, obținem mai multe „țevi” independente prin interfața radio. fără a lărgi dungile... Aceasta este ideea principală MIMO. Când undele radio se propagă în canalul radio, se observă decolorarea selectivă. Acest lucru este vizibil mai ales în zonele urbane dense, dacă abonatul se află în mișcare sau la marginea zonei de serviciu a celulei. Decolorarea în fiecare „tub” spațial nu are loc simultan. Prin urmare, dacă transmitem aceeași informație pe două canale MIMO cu o mică întârziere, după ce i-am impus anterior un cod special (metoda Alamuți, suprapunând un cod pătrat magic), putem recupera simbolurile pierdute pe partea de recepție, ceea ce este echivalent. la îmbunătățirea semnalului/zgomotului până la 10-12 dB. Drept urmare, această tehnologie duce din nou la o creștere a vitezei. De fapt, aceasta este o tehnică de diversitate cunoscută de mult timp (Rx Diversity) integrată organic în tehnologia MIMO.

În cele din urmă, trebuie să înțelegem că MIMO trebuie să fie suportat atât pe bază, cât și pe modemul nostru. De obicei, în 4G, numărul de canale MIMO este multiplu de două - 2, 4, 8 (în sistemele Wi-Fi, sistemul 3x3 cu trei canale a devenit larg răspândit) și se recomandă ca numărul acestora să coincidă atât pe bază, cât și pe pe modem. Prin urmare, pentru a remedia acest fapt, MIMO este determinat cu recepția canalelor * transmisie - 2x2 MIMO, 4x4 MIMO etc. Până acum, avem de-a face în principal cu 2x2 MIMO.

Ce antene sunt folosite în tehnologia MIMO? Acestea sunt antene obișnuite, ar trebui să fie doar două (pentru 2x2 MIMO). Ortogonală, așa-numita polarizare X este utilizată pentru separarea canalelor. În acest caz, polarizarea fiecărei antene față de verticală este deplasată cu 45 ° și una față de cealaltă - 90 °. Acest unghi de polarizare pune ambele canale pe picior de egalitate, deoarece odată cu orientarea orizontală/verticală a antenelor, unul dintre canale ar primi inevitabil o atenuare mai mare din cauza influenței suprafeței pământului. În același timp, deplasarea de polarizare de 90 ° între antene face posibilă decuplarea canalelor unul de celălalt cu cel puțin 18-20 dB.

Pentru MIMO, tu și cu mine avem nevoie de un modem cu două intrări de antenă și două antene pe acoperiș. Cu toate acestea, rămâne întrebarea dacă această tehnologie este acceptată pe stația de bază. În standardele 4G LTE și WiMAX, un astfel de suport este disponibil atât pe partea laterală a dispozitivelor abonaților, cât și pe bază. Nu totul este atât de simplu în rețeaua 3G. Există deja mii de dispozitive care nu acceptă MIMO în rețea, pentru care introducerea acestei tehnologii are efectul opus - lățimea de bandă a rețelei scade. Prin urmare, operatorii nu se grăbesc să implementeze MIMO în rețelele 3G de peste tot. Pentru ca baza să ofere abonaților viteză mare, ea însăși trebuie să aibă un transport bun, adică. la ea trebuie conectată o „țeavă groasă”, de preferință fibră optică, ceea ce nu este întotdeauna cazul. Prin urmare, în rețelele 3G, tehnologia MIMO se află în prezent în stadiul de formare și dezvoltare, este testată atât de operatori, cât și de utilizatori, iar aceștia din urmă nu au întotdeauna succes. Prin urmare, bazarea pe antene MIMO este doar în rețelele 4G. La marginea zonei de acoperire a celulei pot fi folosite antene cu câștig mare, cum ar fi antene reflectoare, pentru care fluxurile MIMO sunt deja disponibile pe piață.

În rețelele Wi-Fi, tehnologia MIMO este fixată în standardele IEEE 802.11n și IEEE 802.11ac și este deja acceptată de multe dispozitive. În timp ce vedem sosirea tehnologiei 2x2 MIMO în rețelele 3G-4G, dezvoltatorii nu stau nemișcați. Deja, tehnologiile MIMO 64x64 sunt dezvoltate cu antene inteligente care au un model de radiație adaptiv. Acestea. dacă ne mutăm de pe canapea pe un fotoliu sau mergem în bucătărie, tableta noastră va observa acest lucru și va întoarce modelul direcțional al antenei încorporate în direcția corectă. Va avea cineva nevoie de acest site la acel moment?

Tehnologia MIMO a jucat un rol imens în dezvoltarea WiFi. În urmă cu câțiva ani, era imposibil să ne imaginăm alte dispozitive cu o lățime de bandă de 300 Mbps și mai mare. Apariția unor noi standarde de comunicare de mare viteză, de exemplu, 802.11n, sa datorat în mare parte MIMO.

În general, merită menționat aici că atunci când vorbim despre tehnologia WiFi, ne referim de fapt la unul dintre standardele de comunicare și în mod specific - IEEE 802.11. WiFi a devenit un brand după ce s-au conturat perspectivele tentante pentru utilizarea datelor wireless. Puteți citi puțin mai multe despre tehnologia Wi-Fi și standardul 802.11 în.

Ce este tehnologia MIMO?

Dacă dăm cea mai simplă definiție posibilă, atunci MIMO este transmisia de date multi-streaming... Abrevierea poate fi tradusă din engleză ca „intrări multiple, ieșiri multiple” Spre deosebire de predecesorul său (SingleInput / SingleOutput), în dispozitivele cu suport MIMO, semnalul este transmis pe un canal radio folosind nu unul, ci mai multe receptoare și transmițătoare. La specificarea caracteristicilor tehnice ale dispozitivelor WiFi, numărul acestora este indicat lângă abreviere. De exemplu, 3x2 înseamnă 3 transmițătoare de semnal și 2 antene de recepție.

În plus, MIMO folosește multiplexarea spațială... În spatele numelui terifiant se află tehnologia transmiterii simultane a mai multor pachete de date pe un canal. Datorită acestei „compacții” a canalului, debitul acestuia poate fi dublat sau mai mult.

MIMO și WiFi

Odată cu popularitatea tot mai mare a transferului de date wireless prin conexiuni WiFi, desigur, cerințele pentru viteza lor au crescut. Și tehnologia MIMO și alte dezvoltări au luat-o ca bază, ceea ce a făcut posibilă creșterea lățimii de bandă de mai multe ori. Dezvoltarea WiFi urmează calea dezvoltării standardelor 802.11 - a, b, g, n și așa mai departe. Am menționat apariția standardului 802.11n dintr-un motiv. Intrări multiple Ieșirea multiplă este o componentă cheie care a crescut viteza canalului conexiunii fără fir. de la 54 Mbps la peste 300 Mbps.

Standardul 802.11n vă permite să utilizați atât lățimea standard de canal de 20 MHz, cât și utilizarea unei linii de bandă largă de 40 MHz cu rate de debit mai mari. După cum sa menționat mai sus, semnalul este reflectat de mai multe ori, utilizând astfel mai multe fluxuri pe un canal de comunicație.

Datorită acestui fapt, accesul la Internet bazat pe WiFi permite acum nu numai navigarea, verificarea e-mailurilor și chatul în ICQ, ci și jocuri online, video online, comunicare prin Skype și alt trafic „greu”.

Noul standard folosește și tehnologia MIMO.

Probleme de utilizare a MIMO în WIFI

În zorii formării tehnologiei, a existat o dificultate în combinarea dispozitivelor, lucrul cu și fără suport MIMO. Cu toate acestea, acum acest lucru nu mai este atât de relevant - aproape fiecare producător care se respectă de echipamente fără fir îl folosește în dispozitivele lor.

De asemenea, una dintre problemele cu apariția tehnologiei de transmisie a datelor folosind mai multe receptoare și mai multe transmițătoare a fost prețul dispozitivului. Totuși, aici compania a făcut o adevărată revoluție a prețurilor... Ea nu numai că a reușit să stabilească producția de echipamente wireless cu suport MIMO, ci și să o facă la prețuri foarte accesibile. Luați în considerare, de exemplu, costul unui kit tipic de companie - (stație de bază), (partea client). Și în aceste dispozitive, nu doar MIMO, ci și un proprietar îmbunătățit tehnologia airMax pe baza ei.

Singura problemă este creșterea numărului de antene și transmițătoare (în prezent maxim 3) pentru dispozitivele cu PoE. Este dificil să furnizezi putere unui design mai avid de putere, dar din nou, Ubiquiti face schimbări constante în această direcție.

Tehnologia AirMAX

Ubiquiti Networks este un lider recunoscut în dezvoltarea și implementarea tehnologiilor inovatoare WiFi, inclusiv MIMO. Pe baza sa, Ubiquiti a fost dezvoltat și brevetat tehnologia Air Max... Esența sa este că recepția și transmiterea unui semnal de mai multe antene pe un canal este ordonată și structurată prin protocolul TDMA cu accelerare hardware: pachetele de date sunt distanțate în intervale de timp separate, cozile de transmisie sunt coordonate.

Acest lucru vă permite să extindeți lățimea de bandă a canalului, să creșteți numărul de abonați conectați fără a pierde calitatea comunicării. Această soluție este eficientă, convenabilă de utilizat și, ceea ce este important, ieftină. Spre deosebire de echipamente similare folosite în rețelele WiMAX, echipamentele de la Ubiquiti Networks cu tehnologie AirMAX au un preț plăcut.

Pe degete despre MIMO.

Să ne imaginăm că informația sunt oameni, iar modemul și stația de bază a operatorului sunt două orașe între care se află o cale, iar antena este o stație. Vom transporta oameni cu trenul, care, de exemplu, nu poate transporta mai mult de o sută de persoane. Capacitatea între astfel de orașe va fi limitată, deoarece trenul poate lua doar o sută de oameni o dată.

Pentru ca 200 de persoane să poată ajunge în alt oraș în același timp, se construiește o a doua cale între orașe și se lansează un al doilea tren simultan cu primul, dublând astfel fluxul de oameni. Tehnologia MIMO funcționează exact în același mod, de fapt, doar dublem numărul de fire. Numărul de fluxuri este determinat de standardul MIMO, două fluxuri - MIMO 2x2, patru fluxuri - MIMO 4x4 etc. Pentru transmisia de date prin Internet, fie că este 4G LTE sau WiFi, astăzi, de regulă, este folosit standardul MIMO 2x2. Pentru a primi simultan un flux dual, veți avea nevoie de două antene convenționale sau, prin analogie, de două stații, sau, pentru a economisi bani, de o antenă MIMO, de parcă ar fi o stație cu două platforme. Adică, o antenă MIMO este două antene într-una.

O antenă MIMO panou poate avea literalmente două seturi de elemente radiante ( "petice") într-un caz ( de exemplu, patru petice lucrează în polarizare verticală, celelalte patru în polarizare orizontală, un total de opt petice). Fiecare set este conectat la o mufă diferită.

Și poate avea un set de patch-uri, dar având o sursă de alimentare cu două porturi (ortogonale), astfel încât elementele antenei sunt alimentate cu o schimbare de fază de 90 de grade, iar apoi fiecare patch va funcționa în polarizare verticală și orizontală în același timp.

În acest caz, un set de patch-uri va fi conectat la două prize simultan, acestea sunt antenele MIMO care sunt vândute în magazinul nostru online.

Mai multe detalii

Difuzarea pe mobil a fluxului digital LTE este direct legată de noile dezvoltări 4G. Luând o rețea 3G pentru analiză, puteți constata că rata de transfer a datelor este de 11 ori mai mică decât 4G. Cu toate acestea, viteza atât de primire, cât și de difuzare a datelor LTE este adesea de proastă calitate. Acest lucru se datorează lipsei puterii sau nivelului semnalului pe care modemul 4G LTE îl primește de la stație. Pentru a îmbunătăți semnificativ calitatea difuzării informațiilor, sunt introduse antene 4G MIMO.

Antenele modificate, în comparație cu sistemele convenționale de distribuție a datelor, au un circuit emițător diferit. De exemplu, este necesar un divizor digital de flux pentru a distribui informațiile în fluxuri cu rată scăzută, al căror număr este legat de numărul de antene. Dacă viteza fluxului de intrare este de aproximativ 200 de megabiți pe secundă, atunci vor fi create două fluxuri - ambele la 100 de megabiți pe secundă. Fiecare flux trebuie transmis printr-o antenă separată. Polarizarea undei radio transmise de la fiecare dintre cele două antene va fi diferită pentru a decoda datele în timpul recepției. Dispozitivul de recepție, pentru a menține rata de transmisie a datelor, trebuie să aibă și două antene de recepție în polarizări diferite.

Beneficiile MIMO

MIMO este distribuirea mai multor fluxuri de informații simultan printr-un singur canal, urmată de trecerea lor printr-o pereche sau mai multe antene înainte de a ajunge la dispozitive de recepție independente pentru difuzarea undelor radio. Acest lucru vă permite să îmbunătățiți semnificativ debitul semnalului fără a recurge la extinderea lățimii de bandă.

La difuzarea undelor radio, fluxul digital din canalul radio îngheață selectiv. Acest lucru poate fi observat atunci când sunteți înconjurat de clădiri urbane cu mai multe etaje, vă deplasați cu viteză mare sau vă îndepărtați de o zonă care poate fi acoperită de unde radio. Pentru a scăpa de această problemă, a fost creată o antenă MIMO, capabilă să transmită informații pe mai multe canale cu latență scăzută. Informațiile sunt pre-codificate și apoi reconstruite pe partea de recepție. Ca rezultat, nu numai viteza de distribuție a datelor crește, ci și calitatea semnalului este îmbunătățită semnificativ.

În funcție de caracteristicile lor de proiectare, antenele LTE sunt împărțite în obișnuite și constau din două dispozitive transceiver (MIMO). Un sistem convențional de propagare a semnalului poate atinge o viteză de cel mult 50 Megabiți pe secundă. MIMO oferă șansa de a crește viteza de transmisie a semnalului de mai mult de două ori. Acest lucru se realizează prin instalarea simultană a mai multor antene în cutie, care sunt situate la o distanță mică una de alta.

Recepția și distribuirea simultană a unui flux digital de către antene către destinatar are loc prin două cabluri independente. Acest lucru vă permite să creșteți semnificativ parametrii de viteză. MIMO a fost folosit cu succes în sisteme wireless precum WiFi, precum și în rețelele celulare și WiMAX. Utilizarea acestei tehnologii, care, de regulă, are două intrări și două ieșiri, permite îmbunătățirea calităților spectrale ale WiFi, WiMAX, 4G / LTE și alte sisteme, pentru a crește rata de transfer de informații și capacitatea de flux de date. Avantajele enumerate sunt obținute datorită transmiterii datelor de la antena 4G MIMO către destinatar prin mai multe conexiuni wireless. De aici se ia denumirea acestei tehnologii (Multiple Input Multiple Output - multiple input and multiple output).

. Unde se aplică MIMO

MIMO a câștigat rapid popularitate prin creșterea capacității și lățimii de bandă a protocoalelor de transfer de date, cum ar fi WiFi. Putem lua WiFi 802.11n drept cel mai popular caz de utilizare MIMO. Datorită tehnologiei de comunicare MIMO din acest protocol WiFi, este posibilă dezvoltarea unei viteze de peste 300 Megabiți pe secundă.

Pe lângă accelerarea transmiterii fluxurilor de informații, datorită MIMO, rețeaua wireless a primit caracteristici îmbunătățite în ceea ce privește calitatea transmisiei datelor chiar și în locurile în care nivelul semnalului recepționat este destul de scăzut. Datorită noii tehnologii, WiMAX a câștigat capacitatea de a transmite date cu o viteză de până la 40 Megabiți pe secundă.

În standardul 4G (LTE), MIMO poate fi utilizat cu o configurație de până la 8x8. În teorie, acest lucru va face posibilă difuzarea fluxului digital de la stația principală la receptor la o viteză de peste 300 de megabiți pe secundă. Un alt punct atractiv din utilizarea noului sistem este o conexiune de înaltă calitate și stabilă, care se observă chiar și la marginea celulei.

Aceasta înseamnă că, chiar și la o distanță semnificativă de stație, precum și atunci când este situat într-o cameră cu pereți groși, se va observa doar o ușoară scădere a caracteristicilor de viteză. MIMO poate fi aplicat aproape oricărui sistem de comunicații fără fir. De menționat că potențialul acestui sistem este inepuizabil.

Caută neobosit modalități de a dezvolta noi configurații de antene MIMO, de exemplu, până la 64x64. În viitorul apropiat, acest lucru va face posibilă îmbunătățirea în continuare a eficienței indicatorilor spectrale, creșterea capacității rețelelor și a valorii vitezei de transmitere a informațiilor.

MIMO(Multiple Input Multiple Output) este o tehnologie utilizată în sistemele de comunicații fără fir (WIFI, rețele celulare), care poate îmbunătăți semnificativ eficiența spectrală a sistemului, rata maximă de transfer de date și capacitatea rețelei. Principala modalitate de a obține avantajele de mai sus este transferul datelor de la sursă la destinație prin mai multe conexiuni radio, de unde și-a luat numele această tehnologie. Să luăm în considerare fundalul acestei probleme și să identificăm principalele motive pentru utilizarea pe scară largă a tehnologiei MIMO.

Nevoia de conexiuni de mare viteză care să ofere servicii de înaltă calitate (QoS) cu disponibilitate ridicată crește de la an la an. Acest lucru este foarte facilitat de apariția unor servicii precum VoIP (), VoD (), etc. Cu toate acestea, majoritatea tehnologiilor wireless nu permit furnizarea abonaților de servicii de înaltă calitate la marginea zonei de acoperire. În sistemele celulare și alte sisteme de comunicații fără fir, calitatea conexiunii, precum și rata de date disponibilă, scad odată cu distanța față de (BTS). Odată cu aceasta scade și calitatea serviciilor, ceea ce duce în cele din urmă la imposibilitatea furnizării de servicii în timp real de înaltă calitate pe întregul teritoriu al acoperirii radio a rețelei. Pentru a rezolva această problemă, puteți încerca să instalați stații de bază cât mai strâns posibil și să organizați acoperirea internă în toate locurile cu un nivel de semnal scăzut. Totuși, acest lucru va necesita costuri financiare semnificative, care vor duce în cele din urmă la o creștere a costului serviciului și o scădere a competitivității. Astfel, pentru a rezolva această problemă, este necesară o inovație originală care să folosească, dacă este posibil, gama de frecvență actuală și să nu necesite construirea de noi dotări de rețea.

Caracteristici ale propagării undelor radio

Pentru a înțelege principiile tehnologiei MIMO, este necesar să luăm în considerare generalul în spațiu. Undele emise de diverse sisteme radio fără fir în intervalul de peste 100 MHz se comportă în multe feluri ca niște fascicule de lumină. Când undele radio, în timp ce se propagă, întâlnesc orice suprafață, atunci, în funcție de material și de dimensiunea obstacolului, o parte din energie este absorbită, altele trece, iar restul este reflectată. Raportul dintre cotele de energie absorbite, reflectate și transmise prin părți ale energiilor este influențată de mulți factori externi, inclusiv de frecvența semnalului. Mai mult, energiile semnalului reflectate și transmise pot schimba direcția de propagare ulterioară a acestora, iar semnalul în sine este împărțit în mai multe unde.

Semnalul care se propagă conform legilor de mai sus de la sursă la receptor, după ce se întâlnește cu numeroase obstacole, se sparge în multe valuri, dintre care doar o parte va ajunge la receptor. Fiecare dintre undele care ajung la receptor formează așa-numita cale de propagare a semnalului. Mai mult, datorită faptului că diferitele valuri sunt reflectate de un număr diferit de obstacole și călătoresc pe distanțe diferite, căile diferite sunt diferite.

Într-o clădire densă de oraș, din cauza unui număr mare de obstacole precum clădiri, copaci, mașini etc., apare adesea o situație când nu există o linie de vedere între antenele (MS) și stația de bază (BTS). În acest caz, undele reflectate sunt singura modalitate de a ajunge la semnalul receptorului. Cu toate acestea, după cum sa menționat mai sus, semnalul reflectat multiplu nu mai are energia inițială și poate veni cu o întârziere. De o dificultate deosebită este faptul că obiectele nu rămân întotdeauna staționare și situația se poate schimba semnificativ în timp. Acest lucru ridică o problemă - una dintre cele mai semnificative probleme în sistemele de comunicații fără fir.

Propagarea pe mai multe căi - o problemă sau un avantaj?

Mai multe soluții diferite sunt folosite pentru a combate semnalele cu mai multe căi. Una dintre cele mai comune tehnologii este Receive Diversity -. Esența sa constă în faptul că nu una, ci mai multe antene (de obicei două, mai rar patru), situate la distanță una de cealaltă, sunt folosite pentru a recepționa un semnal. Astfel, receptorul are nu una, ci două copii ale semnalului transmis, care au venit în moduri diferite. Acest lucru face posibilă colectarea mai multă energie a semnalului original, deoarece undele primite de o antenă pot să nu fie recepționate de alta și invers. De asemenea, semnalele care sosesc în antifază la o antenă pot ajunge în fază cu alta. Această schemă de interfață radio poate fi numită Single Input Multiple Output (SIMO), spre deosebire de schema standard de Single Input Single Output (SISO). Se poate aplica și abordarea inversă: atunci când se folosesc mai multe antene pentru transmisie și una pentru recepție. Acest lucru crește, de asemenea, energia totală a semnalului original primit de receptor. Acest circuit se numește Multiple Input Single Output (MISO). În ambele scheme (SIMO și MISO), mai multe antene sunt instalate pe partea laterală a stației de bază, de atunci Este dificil să se implementeze diversitatea antenei într-un dispozitiv mobil pe o distanță suficient de lungă fără a crește dimensiunea echipamentului terminal în sine.

Ca urmare a unor raționamente suplimentare, ajungem la schema MIMO (Multiple Input Multiple Output). În acest caz, sunt instalate mai multe antene de transmisie și recepție. Cu toate acestea, spre deosebire de schemele de mai sus, această schemă de diversitate permite nu numai combaterea propagării pe mai multe căi a semnalului, ci și obținerea unor beneficii suplimentare. Prin utilizarea mai multor antene de transmisie și recepție, fiecare pereche de antene de transmisie/recepție poate fi asociată cu o cale separată pentru transmiterea informațiilor. În acest caz, recepția diversității va fi efectuată de către antenele rămase, iar această antenă va acționa și ca antenă suplimentară pentru alte căi de transmisie. Ca rezultat, teoretic, este posibilă creșterea ratei de transmitere a datelor de atâtea ori cât se va folosi numărul de antene suplimentare. Cu toate acestea, o limitare semnificativă este impusă de calitatea fiecărei căi radio.

Cum funcționează MIMO

După cum sa menționat mai sus, pentru organizarea tehnologiei MIMO, este necesară instalarea mai multor antene pe părțile de transmisie și recepție. De obicei, la intrarea și la ieșirea sistemului sunt instalate un număr egal de antene, deoarece în acest caz, viteza maximă de transmisie este atinsă. Pentru a afișa numărul de antene de transmisie și recepție, împreună cu numele tehnologiei MIMO, este de obicei menționată denumirea „AxB”, unde A este numărul de antene la intrarea sistemului și B este la ieșire. În acest caz, un sistem înseamnă o conexiune radio.

Pentru ca tehnologia MIMO să funcționeze, sunt necesare unele modificări în structura emițătorului în comparație cu sistemele convenționale. Să luăm în considerare doar una dintre modalitățile posibile, cele mai simple, de organizare a tehnologiei MIMO. În primul rând, pe partea de transmisie, este necesar un divizor de flux, care va împărți datele destinate transmiterii în mai multe subfluxuri de viteză redusă, al căror număr depinde de numărul de antene. De exemplu, pentru MIMO 4x4 și o rată a datelor de intrare de 200 Mbps, divizorul va crea 4 fluxuri de 50 Mbps fiecare. În plus, fiecare dintre aceste fluxuri trebuie să fie transmis prin propria antenă. De obicei, antenele de transmisie sunt distanțate pentru a furniza cât mai multe semnale false posibil care rezultă din reflexii multiple. Într-un mod posibil de organizare a tehnologiei MIMO, semnalul este transmis de la fiecare antenă cu polarizări diferite, ceea ce face posibilă identificarea acestuia în timpul recepției. Cu toate acestea, în cel mai simplu caz, fiecare dintre semnalele transmise se dovedește a fi marcat de mediul de transmisie însuși (întârziere și alte distorsiuni).

Pe partea de recepție, mai multe antene primesc semnalul de la radio. Mai mult, antenele de pe partea de recepție sunt, de asemenea, instalate cu o anumită diversitate spațială, datorită căreia este asigurată recepția diversității discutată mai devreme. Semnalele primite ajung la receptori, al căror număr corespunde numărului de antene și căilor de transmisie. Mai mult, fiecare dintre receptori primește semnale de la toate antenele sistemului. Fiecare dintre acești sumatori separă din fluxul total energia semnalului doar a căii pentru care este responsabil. El face acest lucru fie printr-o caracteristică predeterminată, cu care a fost echipat fiecare dintre semnale, fie prin analizarea întârzierii, atenuării, defazajului, de exemplu. un set de distorsiuni sau o „amprentă” a mediului de distribuție. În funcție de principiul sistemului (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC), etc.), semnalul transmis poate fi repetat după un anumit timp, sau transmis cu o ușoară întârziere prin alte antene. .

Într-un sistem MIMO, poate apărea un fenomen neobișnuit că rata de date într-un sistem MIMO poate scădea dacă există o linie de vedere între sursa și receptorul semnalului. Acest lucru se datorează în primul rând unei scăderi a severității distorsiunilor din spațiul înconjurător, care marchează fiecare dintre semnale. Ca urmare, devine problematică din partea receptoare să se separe semnalele, iar acestea încep să se influențeze reciproc. Astfel, cu cât calitatea conexiunii radio este mai mare, cu atât mai puține beneficii poți obține de la MIMO.

MIMO multi-utilizator (MU-MIMO)

Principiul comunicației radio luate în considerare mai sus se referă la așa-numitul Single user MIMO (SU-MIMO), unde există un singur emițător și receptor de informații. În acest caz, atât emițătorul, cât și receptorul își pot coordona clar acțiunile și, în același timp, nu există nici un factor de surpriză atunci când pot apărea noi utilizatori în emisie. O astfel de schemă este destul de potrivită pentru sistemele mici, de exemplu, pentru organizarea comunicării într-un birou de acasă între două dispozitive. La rândul lor, majoritatea sistemelor precum WI-FI, WIMAX, sistemele de comunicații celulare sunt multiutilizator, adică. au un singur centru și mai multe obiecte la distanță, cu fiecare dintre ele este necesar să se organizeze o conexiune radio. Astfel, apar două probleme: pe de o parte, stația de bază trebuie să transmită un semnal către mai mulți abonați prin același sistem de antenă (difuzare MIMO) și, în același timp, să primească un semnal prin aceleași antene de la mai mulți abonați (MIMO MAC - Canale de acces multiple).

În direcția uplink - de la MS la BTS, utilizatorii își transmit informațiile simultan pe aceeași frecvență. În acest caz, apare o dificultate pentru stația de bază: este necesar să se separe semnalele de la diferiți abonați. O modalitate posibilă de a combate această problemă este și procesarea liniară, care pre-emite semnalul transmis. Semnalul original, conform acestei metode, este înmulțit cu o matrice, care este compusă din coeficienți care reflectă interferența de la alți utilizatori. Matricea este compilată pe baza situației actuale în emisie: numărul de abonați, ratele de transmisie etc. Astfel, înainte de transmitere, semnalul este supus unei distorsiuni opuse celei pe care o va întâlni în timpul transmisiei în aer.

În downlink - direcția de la BTS la MS, stația de bază transmite semnale simultan pe același canal către mai mulți abonați deodată. Aceasta duce la faptul că semnalul transmis unui abonat afectează recepția tuturor celorlalte semnale, adică. apare interferența. Modalitățile posibile de a combate această problemă sunt utilizarea sau utilizarea tehnologiei de codare a hârtiei murdare. Să aruncăm o privire mai atentă asupra tehnologiei hârtiei murdare. Principiul său de funcționare se bazează pe analiza stării actuale a emisiunii radio și a numărului de abonați activi. Singurul (primul) abonat își transmite datele către stația de bază fără codificare, schimbându-și datele, deoarece nu există interferențe din partea altor abonați. Al doilea abonat va codifica, adică. schimbați energia semnalului dvs. pentru a nu interfera cu primul și pentru a nu supune semnalul dvs. influenței din primul. Abonații ulterior adăugați în sistem vor urma și acest principiu și se vor baza pe numărul de abonați activi și pe efectul semnalelor pe care le transmit.

Aplicație MIMO

Tehnologia MIMO în ultimul deceniu a fost una dintre cele mai relevante modalități de a crește debitul și capacitatea sistemelor de comunicații fără fir. Să luăm în considerare câteva exemple de utilizare a MIMO în diferite sisteme de comunicații.

Standardul WiFi 802.11n este unul dintre cele mai izbitoare exemple de utilizare a tehnologiei MIMO. Potrivit acestuia, vă permite să mențineți viteze de până la 300 Mbps. Mai mult, standardul anterior 802.11g permitea furnizarea de numai 50 Mbps. Pe lângă creșterea ratei de transfer de date, noul standard, datorită MIMO, permite, de asemenea, o calitate mai bună a performanțelor serviciului în locuri cu niveluri scăzute de semnal. 802.11n este folosit nu numai în sistemele punct/multipunct - cea mai familiară nișă pentru utilizarea tehnologiei WiFi pentru organizarea unei rețele LAN (Local Area Network), dar și pentru organizarea conexiunilor punct/punct care sunt folosite pentru a organiza canalele de comunicație trunchi la o viteză de câteva sute de Mbps și permițând transmiterea datelor pe zeci de kilometri (până la 50 km).

Standardul WiMAX are și două versiuni care deschid noi posibilități utilizatorilor care folosesc tehnologia MIMO. Primul, 802.16e, oferă servicii mobile de bandă largă. Vă permite să transferați informații cu o viteză de până la 40 Mbit/s în direcția de la stația de bază la echipamentul abonatului. Cu toate acestea, MIMO în 802.16e este considerat o opțiune și este utilizat în cea mai simplă configurație - 2x2. În următoarea ediție, 802.16m MIMO este considerată o tehnologie obligatorie, cu o posibilă configurație 4x4. În acest caz, WiMAX poate fi deja atribuit sistemelor de comunicații celulare, și anume a patra generație a acestora (datorită ratei mari de transfer de date), deoarece posedă o serie de caracteristici inerente rețelelor celulare: conexiuni vocale. În cazul utilizării mobile, teoretic, se poate atinge o viteză de 100 Mbps. Într-o versiune fixă, viteza poate ajunge la 1 Gb/s.

De cel mai mare interes este utilizarea tehnologiei MIMO în sistemele de comunicații celulare. Această tehnologie a fost folosită încă de la a treia generație de sisteme de comunicații celulare. De exemplu, în standard, Rel. 6, este utilizat împreună cu tehnologia HSPA care acceptă viteze de până la 20 Mbps, iar în Rel. 7 - cu HSPA +, unde ratele de transfer de date ajung la 40 Mbps. Cu toate acestea, în sistemele 3G, MIMO nu a găsit o utilizare pe scară largă.

Sistemele, și anume LTE, prevăd și utilizarea MIMO în configurații de până la 8x8. În teorie, acest lucru poate face posibilă transferul de date de la o stație de bază la un abonat care depășește 300 Mbps. De asemenea, un plus important este calitatea consistentă a îmbinării, chiar și la margine. În acest caz, chiar și la o distanță considerabilă de stația de bază sau într-o cameră îndepărtată, se va observa doar o scădere ușoară a ratei de transfer de date.

Astfel, tehnologia MIMO își găsește aplicație în aproape toate sistemele de transmisie de date fără fir. În plus, potențialul său nu a fost epuizat. Deja sunt dezvoltate noi opțiuni de configurare a antenei, până la 64x64 MIMO. Acest lucru va permite în viitor să se obțină rate de date și mai mari, capacitatea rețelei și eficiența spectrală.