27.08.2015

Cu siguranță, mulți au auzit deja despre tehnologie MIMO, în ultimii ani a fost adesea plin de fișe și postere, în special în magazinele de informatică și reviste. Dar ce este MIMO și cu ce se mănâncă? Să aruncăm o privire mai atentă.

Tehnologia MIMO

MIMO (Multiple Input Multiple Output; multiple inputs, multiple outputs) este o metodă de codificare spațială a semnalului care vă permite să măriți lățimea de bandă a canalului, în care două sau mai multe antene sunt folosite pentru transmisia datelor și același număr de antene pentru recepție. Antenele de transmisie și recepție sunt suficient de distanțate pentru a obține interferențe reciproce minime între antenele adiacente. Tehnologia MIMO este utilizată în comunicațiile wireless Wi-Fi, WiMAX, LTE pentru a crește lățimea de bandă și a utiliza banda de frecvență mai eficient. De fapt, MIMO permite transmiterea mai multor date într-o bandă de frecvență și un coridor de frecvență dat, de exemplu. mărește viteza. Acest lucru se realizează prin utilizarea mai multor antene de transmisie și recepție.

Istoria MIMO

Tehnologia MIMO poate fi atribuită unei dezvoltări destul de tinere. Istoria sa începe în 1984, când a fost înregistrat primul brevet pentru utilizarea acestei tehnologii. Dezvoltarea și cercetarea inițială au avut loc în companie Laboratoarele Bell, iar în 1996 compania Rețelele Airgo primul chipset MIMO a fost lansat numit MIMO adevărat... Tehnologia MIMO a primit cea mai mare dezvoltare la începutul secolului XXI, când rețelele wireless Wi-Fi și rețelele celulare 3G au început să se dezvolte într-un ritm rapid. Și acum tehnologia MIMO este în plină desfășurare în rețelele 4G LTE și Wi-Fi 802.11b/g/ac.

Ce oferă tehnologia MIMO?

Pentru utilizatorul final, MIMO oferă o creștere semnificativă a ratei de date. În funcție de configurația echipamentului și de numărul de antene utilizate, puteți obține o creștere dublă, de trei ori sau de până la opt ori a vitezei. De obicei, rețelele fără fir folosesc același număr de antene de transmisie și recepție, iar acest lucru este scris, de exemplu, ca 2x2 sau 3x3. Acestea. dacă vedem o înregistrare MIMO 2x2, atunci două antene transmit un semnal și două primesc. De exemplu, în standardul Wi-Fi un canal de 20 MHz oferă o lățime de bandă de 866 Mbit/s, în timp ce într-o configurație MIMO 8x8 sunt combinate 8 canale, ceea ce oferă o viteză maximă de aproximativ 7 Gbit/s. În mod similar, în LTE MIMO - o potențială creștere a vitezei de câteva ori. Pentru a utiliza pe deplin MIMO în rețelele LTE, aveți nevoie de cand de regulă, antenele încorporate nu sunt suficient distanțate și au un efect redus. Și, desigur, trebuie să existe suport MIMO de la stația de bază.

O antenă LTE cu suport MIMO transmite și primește un semnal în planul orizontal și vertical. Aceasta se numește polarizare. O caracteristică distinctivă a antenelor MIMO este prezența a doi conectori de antenă și, în consecință, utilizarea a două fire pentru a se conecta la un modem / router.

În ciuda a ceea ce spun mulți și nu este nerezonabil ca o antenă MIMO pentru rețele 4G LTE să fie de fapt două antene într-una, nu trebuie să vă gândiți că utilizarea unei astfel de antene va dubla viteza. Poate fi așa doar în teorie, dar în practică, diferența dintre o antenă convențională și una MIMO într-o rețea 4G LTE nu depășește 20-25%. Cu toate acestea, mai important în acest caz va fi semnalul stabil pe care îl poate furniza antena MIMO.

O abordare pentru creșterea ratei de date pentru WiFi 802.11 și pentru WiMAX 802.16 este utilizarea sistemelor wireless care utilizează mai multe antene atât pentru transmițător, cât și pentru receptor. Această abordare se numește MIMO (traducere literală - „multiple input multiple output”) sau „smart antenna systems” (sisteme de antenă inteligente). Tehnologia MIMO joacă un rol important în implementarea standardului WiFi 802.11n.

Tehnologia MIMO folosește mai multe antene de diferite tipuri reglate pe același canal. Fiecare antenă transmite un semnal cu caracteristici spațiale diferite. Astfel, tehnologia MIMO utilizează spectrul radio mai eficient și fără a compromite fiabilitatea operațională. Fiecare receptor wi-fi „ascultă” toate semnalele de la fiecare transmițător wifi, ceea ce permite căi de transmisie mai variate. Astfel, mai multe căi pot fi recombinate pentru a amplifica semnalele necesare în rețelele fără fir.

Un alt plus al tehnologiei MIMO este că oferă Spatial Division Multiplexing (SDM). SDM multiplexează spațial mai multe fluxuri de date independente simultan (mai ales canale virtuale) într-o singură lățime de bandă a unui canal spectral. În esență, mai multe antene transmit diferite fluxuri de date codificate individual (fluxuri spațiale). Aceste fluxuri, care se deplasează în paralel prin aer, „împing” mai multe date printr-un canal dat. La receptor, fiecare antenă vede o combinație diferită de fluxuri de semnal, iar receptorul „demultiplexează” aceste fluxuri pentru utilizare. MIMO SDM poate crește semnificativ debitul de date prin creșterea numărului de fluxuri de date spațiale. Fiecare flux spațial are nevoie de propriile perechi de antene de transmisie/recepție (TX/RX) la fiecare capăt al transmisiei. Funcționarea sistemului este prezentată în Fig. 1.

De asemenea, trebuie înțeles că implementarea tehnologiei MIMO necesită un circuit RF separat și un convertor analog-digital (ADC) pentru fiecare antenă. Implementările care necesită mai mult de două antene într-un lanț trebuie proiectate cu atenție pentru a nu crește costurile, menținând în același timp un nivel adecvat de eficiență.

Un instrument important pentru creșterea vitezei fizice de transmisie a datelor în rețelele fără fir este extinderea lățimii de bandă a canalelor spectrale. Prin utilizarea lățimii de bandă mai largă a canalului de multiplexare cu diviziune ortogonală în frecvență (OFDM), transmisia de date este maximizată. OFDM este o modulație digitală care s-a dovedit a fi un instrument pentru implementarea transmisiei de date fără fir bidirecționale de mare viteză în rețelele WiMAX / WiFi. Metoda de extindere a capacității canalului este rentabilă și destul de ușor de implementat, cu o creștere moderată a procesării semnalelor digitale (DSP). Când este utilizat corect, este posibilă dublarea lățimii de bandă a standardului Wi-Fi 802.11 de la un canal de 20 MHz la un canal de 40 MHz și poate, de asemenea, să dubleze lățimea de bandă a canalelor utilizate în prezent. Prin combinarea arhitecturii MIMO cu lățimea de bandă mai largă a canalului, se obține o abordare foarte puternică și rentabilă pentru creșterea ratei de transmisie fizică.

Utilizarea tehnologiei MIMO cu canale de 20 MHz este costisitoare pentru a îndeplini cerințele IEEE WiFi 802.11n (debit de 100 Mbps per SAP MAC). De asemenea, pentru a îndeplini aceste cerințe atunci când utilizați un canal de 20 MHz, veți avea nevoie de cel puțin trei antene, atât la emițător, cât și la receptor. Dar, în același timp, operarea pe un canal de 20 MHz asigură o funcționare fiabilă cu aplicații cu lățime de bandă mare într-un mediu de utilizator real.

Utilizarea combinată a tehnologiilor MIMO și extinderea canalului îndeplinește toate cerințele utilizatorilor și este un tandem destul de fiabil. Acest lucru este valabil și atunci când utilizați mai multe aplicații de rețea care necesită mult resurse în același timp. Combinația dintre MIMO și extinderea canalului de 40 MHz va permite îndeplinirea unor cerințe mai complexe, cum ar fi Legea lui Moore și implementarea tehnologiei CMOS pentru a îmbunătăți tehnologia DSP.

La utilizarea canalului extins de 40 MHz în intervalul de 2,4 GHz, inițial au existat dificultăți în ceea ce privește compatibilitatea cu echipamentele bazate pe standardele WiFi 802.11a / b / g, precum și cu echipamentele care utilizează tehnologia Bluetooth pentru transmiterea datelor.

Standardul Wi-Fi 802.11n oferă o varietate de soluții pentru a rezolva această problemă. Un astfel de mecanism, special conceput pentru a proteja rețelele, este așa-numitul mod redundant cu lățime de bandă redusă (non-HT). Înainte de a utiliza protocolul WiFi 802.11n, acest mecanism trimite câte un pachet către fiecare dintre jumătățile de canal de 40 MHz pentru a face publicitate unei rețele de distribuție vectorială (NAV). Urmând mesajul NAV în mod dublu non-HT, protocolul de transfer de date 802.11n poate fi utilizat pentru timpul specificat în mesaj, fără a compromite moștenirea (integritatea) rețelei.

Un alt mecanism este un fel de semnalizare și împiedică rețelele wireless să extindă canalul la mai mult de 40 MHz. De exemplu, un laptop are module 802.11n și Bluetooth, acest mecanism știe despre posibilitatea unei potențiale interferențe cu funcționarea acestor două module în același timp și oprește transmisia pe canalul de 40 MHz al unuia dintre module.

Aceste mecanisme asigură că 802.11n WiFi va funcționa cu rețelele 802.11 anterioare fără a fi nevoie să migreze întreaga rețea la hardware 802.11n.

Puteți vedea un exemplu de utilizare a sistemului MIMO în Fig. 2

Dacă aveți întrebări după citire, le puteți adresa prin intermediul formularului de trimitere mesaj din secțiune

MIMO - m Tehnologia antenă în LTE

Funcții MIMO (M Intrări multiple - Ieșiri multiple)

Utilizarea tehnologiilor MIMO (multiple input - multiple output) rezolvă două probleme:

Creșterea calității comunicării prin codificare în timp/frecvență spațială și/sau beamforming,

Creșterea vitezei de transmisie atunci când se utilizează multiplexarea spațială.

Structura MIMO

În diverse implementări MIMO, ne referim la transmiterea simultană a mai multor mesaje independente într-un canal fizic. Pentru implementarea actiunii MIMO se folosesc sisteme multi-antena: pe partea de transmisie exista N t antene de transmisie, iar pe partea de recepție Nr recepţionerii. Această structură este prezentată în Fig. unu.

Orez. 1. Structura MIMO

Ce este MIMO?

MIMO (ing. Intrări multiple Ieșiri multiple) -o metodă de codificare spațială a unui semnal, care permite creșterea lățimii de bandă a canalului, în care transmisia de date se realizează folosind N antenele și recepția acestora M antene. Antenele de transmisie și de recepție sunt suficient de distanțate pentru a obține o corelație slabă între antenele adiacente.

Istoria MIMO

Istoria sistemelor MIMO ca obiect al comunicațiilor fără fir este încă foarte scurtă. Primul brevet pentru utilizarea principiului MIMO în comunicațiile radio a fost depus în 1984 în numele angajatului Bell Laboratories, Jack Winters. Pe baza cercetărilor sale, Jack Salz de la aceeași companie a publicat primul articol despre soluțiile MIMO în 1985. Dezvoltarea acestei direcții a continuat de către specialiștii Bell Laboratories și alți cercetători până în 1995. În 1996, Greg Raleigh și Gerald J. Foschini au propus o nouă implementare a sistemului MIMO, crescând astfel eficiența acestuia. Ulterior, Greg Raleigh, care a fost creditat cu OFDM ( Multiplexarea cu diviziune ortogonală în frecvență- orthogonal carrier multiplexing) pentru MIMO, a fondat Airgo Networks, care a dezvoltat primul chipset MIMO numit True MIMO.

Cu toate acestea, în ciuda unei perioade destul de scurte de la începuturi, direcția MIMO se dezvoltă într-o direcție foarte diversă și include o familie eterogenă de metode care pot fi clasificate după principiul separării semnalului în dispozitivul de recepție. Mai mult, în sistemele MIMO, sunt utilizate atât abordări ale separării semnalelor care au intrat deja în practică, cât și altele noi. Acestea includ, de exemplu, codarea spațiu-timp, spațiu-frecvență, spațiu-polarizare, precum și superrezoluție în direcția de sosire a semnalului la receptor. Datorită abundenței de abordări ale separării semnalelor, a fost posibil să se asigure o dezvoltare atât de lungă a standardelor pentru utilizarea sistemelor MIMO în comunicații. Cu toate acestea, toate tipurile de MIMO au ca scop atingerea unui singur obiectiv - creșterea ratei de transmisie a datelor de vârf în rețelele de comunicații prin îmbunătățirea imunității la zgomot.

Cea mai simplă antenă MIMO este un sistem de două monopoluri monopolare orientate la un unghi de ± 45 ° față de axa verticală (Fig. 2).

Orez. 2 Cea mai simplă antenă MIMO

Un astfel de unghi de polarizare permite canalelor să fie în condiții egale, deoarece cu o orientare orizontal-verticală a emițătorilor, una dintre componentele de polarizare ar primi inevitabil o atenuare mai mare la propagarea de-a lungul suprafeței pământului. Semnalele emise independent de fiecare monopol sunt polarizate reciproc ortogonal, cu o izolare reciprocă suficient de mare în componenta de polarizare încrucișată (cel puțin 20 dB). O antenă similară este utilizată pe partea de recepție. Această abordare permite transmiterea simultană a semnalelor cu aceleași purtători, modulate în moduri diferite. Principiul separării polarizării asigură o dublare a debitului unei legături radio în comparație cu cazul unui singur monopol (în condiții ideale de vizibilitate cu orientări identice ale antenelor de recepție și de transmisie). Astfel, în esență, orice sistem de polarizare dublă poate fi considerat un sistem MIMO.

Evoluție ulterioară a MIMO

În momentul în care tehnologia MIMO a fost specificată în versiunea 7, standardul se răspândea activ în întreaga lume. Au existat încercări de a combina rețelele de generația a treia cu tehnologia MIMO, dar nu au fost adoptate pe scară largă. Potrivit Asociației Globale a Furnizorilor de Echipamente Mobile ( Asociația globală a furnizorilor de telefonie mobilă, GSA) din 11/04/2010 la acel moment din 2776 de tipuri de dispozitive cu suport HSPA de pe piață, doar 28 de modele acceptă MIMO. În plus, introducerea unei rețele MIMO cu penetrare redusă a terminalelor MIMO duce la o scădere a lățimii de bandă a rețelei. Nokia a dezvoltat tehnologie pentru a minimiza pierderile de lățime de bandă, dar ar fi eficientă numai dacă penetrarea terminalului MIMO ar fi de cel puțin 40% din dispozitivele abonaților. Adăugând la cele de mai sus, merită să reamintim că pe 14 decembrie 2009 a fost lansată prima rețea mobilă din lume bazată pe tehnologie LTE, ceea ce a făcut posibilă atingerea unor viteze mult mai mari. Pe baza acestui fapt, este clar că operatorii s-au concentrat pe implementarea timpurie a rețelelor LTE, mai degrabă decât pe modernizarea rețelelor de a treia generație.

Astăzi, se remarcă o creștere rapidă a volumului de trafic în rețelele mobile de 4 generații, iar pentru a oferi viteza necesară tuturor abonaților lor, operatorii trebuie să caute diverse metode de creștere a vitezei de transmitere a datelor sau de creștere. eficienţa utilizării resursei de frecvenţă. MIMO, pe de altă parte, permite în banda de frecvență disponibilă să transmită de aproape 2 ori mai multe date în același interval de timp cu opțiunea 2x2. Dacă folosim o implementare de antenă 4x4, atunci, din păcate, viteza maximă de descărcare a informațiilor va fi de 326 Mbit / s, și nu de 400 Mbit / s, așa cum sugerează calculul teoretic. Acest lucru se datorează particularității transmisiei prin 4 antene. Fiecărei antene îi sunt alocate anumite elemente de resurse (RE) pentru transmiterea simbolurilor de referință. Ele sunt necesare pentru organizarea demodulării coerente și estimarea canalului. Locația acestor ER este prezentată în Fig. 3. Antenelor de transmisie li se atribuie numere logice ale portului de antenă. Caracterele marcate cu R0 sunt transmise pe portul 0, caracterele marcate cu R1 - pe portul 1 și așa mai departe. Ca urmare, 14,3% din toate RE-urile sunt alocate pentru transmiterea simbolurilor de referință, ceea ce explică diferența dintre ratele teoretice și practice.

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.

Tehnologie bazată pe standardul WiFi IEEE 802.11n.

Wi - Viață prezintă o privire de ansamblu asupra tehnologiei WiFi IEEE 802.11 n .
Informații extinse către noastre publicații video.

Primul generație de dispozitive care acceptă standardul WiFi 802.11n a apărut pe piață în urmă cu câțiva ani. Tehnologia MIMO ( MIMO - intrări multiple / ieșiri multiple -intrari multiple / iesiri multiple) este coloana vertebrala a 802.11n. Este un sistem radio cu multe căi separate de transmisie și recepție. Sistemele MIMO sunt descrise folosind numărul de transmițători și receptoare. Standardul WiFi 802.11n definește un set de combinații posibile de la 1x1 la 4x4.

Într-o implementare Wi-Fi tipică în interior, cum ar fi un birou, un atelier, un hangar, un spital, semnalul radio urmează rareori calea cea mai scurtă dintre emițător și receptor din cauza pereților, ușilor și altor obstacole. Cele mai multe dintre aceste medii au multe suprafețe diferite care reflectă un semnal radio (undă electromagnetică) ca o oglindă care reflectă lumina. După reflecție, se formează mai multe copii ale semnalului WiFi original. Când mai multe copii ale unui semnal WiFi călătoresc pe căi diferite de la transmițător la receptor, semnalul de calea cea mai scurtă va fi primul, iar următoarele copii (sau ecoul repetat al semnalului) vor veni puțin mai târziu, din cauza căilor mai lungi. Aceasta se numește multipath. Condițiile de propagare multiple sunt în continuă schimbare ca Dispozitivele Wi-Fi se mișcă adesea (un smartphone cu Wi-Fi în mâinile utilizatorului), se deplasează în jurul diferitelor obiecte creând interferențe (oameni, mașini etc.). Dacă semnalele sosesc în momente și unghiuri diferite, acest lucru poate cauza distorsiuni și posibilă atenuare a semnalului.

Este important să rețineți că suportul pentru WiFi 802.11 n cu MIMO și un număr mare de receptoare pot reduce efectele interferențelor multipath și distructive, dar, în orice caz, este mai bine să reduceți condițiile multipath acolo unde și cât mai curând posibil. Unul dintre cele mai importante puncte este să ținem antenele cât mai departe de obiectele metalice (în special antene omni WiFi, care au un model de radiație circular sau omnidirecțional).

Necesarînțelegeți clar că nu toți clienții Wi-Fi și punctele de acces WiFi sunt la fel în ceea ce privește MIMO.
Există clienți 1x1, 2x1, 3x3 etc. De exemplu, dispozitivele mobile precum smartphone-urile acceptă cel mai adesea MIMO 1x 1, uneori 1x 2. Acest lucru se datorează a două probleme cheie:
1. necesitatea de a asigura un consum redus de energie și o durată lungă de viață a bateriei,
2. Dificultate în aranjarea mai multor antene cu o distanță adecvată într-un pachet mic.
Același lucru este valabil și pentru alte dispozitive mobile: tablete, PDA-uri etc.

Laptopurile de ultimă generație acceptă deja MIMO până la 3x3 (MacBook Pro etc.).

hai sa luați în considerare principalele tipuri MIMO în rețelele WiFi.
Deocamdată, vom omite detaliile numărului de emițătoare și receptoare. Este important să înțelegem principiul.

Primul tip: Diversitate la primirea semnalului pe dispozitivul WiFi

Dacă există cel puțin două receptoare de diversitate de antene cuplate la punctul de recepție,
este destul de realist să analizezi toate copiile de pe fiecare receptor pentru a selecta cele mai bune semnale.
În plus, cu aceste semnale pot fi efectuate diverse manipulări, dar ne interesează în primul rând
posibilitatea de a le combina folosind tehnologia MRC (Maximum Ratio Combined). Tehnologia MRC va fi discutată mai detaliat mai târziu.

Al doilea tip: Diversitate Trimite semnal către dispozitivul WiFi

Dacă există cel puțin două transmițătoare WiFi conectate cu antene de diversitate la punctul de plecare, atunci devine posibilă trimiterea unui grup de semnale identice pentru a crește numărul de copii ale informațiilor, a crește fiabilitatea transmisiei și a reduce nevoia de re- trimiteți date în canalul radio în caz de pierdere.

Al treilea tip: Multiplexarea spațială a semnalelor pe un dispozitiv WiFi
(combinarea semnalelor)

Dacă în punctul de plecare și în punctul de recepție există cel puțin două transmițătoare WiFi conectate cu antene diversitate, atunci devine posibilă trimiterea unui set de informații diferite peste semnale diferite pentru a crea posibilitatea combinării virtuale a unor astfel de fluxuri de informații. într-un singur canal de transmisie de date, a cărui lățime de bandă totală tinde spre suma fluxurilor individuale din care constă. Aceasta se numește multiplexare spațială. Dar aici este extrem de important să se asigure posibilitatea separării de înaltă calitate a tuturor semnalelor inițiale, ceea ce necesită o valoare mare. SNR - raportul semnal-zgomot.

Tehnologia MRC (raportul maxim combinat ) este folosit în multe puncte de acces moderne Wifi clasa corporativă.
Mrc are drept scop ridicarea nivelului semnalului în direcția de la Wifi client la punctul de acces WiFi 802.11.
Algoritm de lucru Mrc implică colectarea tuturor semnalelor directe și multiple pe mai multe antene și receptoare. Mai mult, un procesor special ( DSP ) preia cel mai bun semnal de la fiecare receptor și efectuează combinația. De fapt, procesarea matematică implementează o schimbare de fază virtuală pentru a crea interferențe pozitive cu adăugarea semnalului. Astfel, semnalul suma rezultat este semnificativ mai bun ca caracteristici decât toate cele originale.

Mrc vă permite să oferiți condiții de lucru semnificativ mai bune pentru dispozitivele mobile cu putere redusă într-o rețea standard Wifi .

În sistemele WiFi 802.11n Avantajele multipath sunt folosite pentru a transmite mai multe semnale radio în același timp. Fiecare dintre aceste semnale, numite „ fluxuri spațiale„Este trimis de la o antenă separată folosind un transmițător separat. Datorită prezenței unei anumite distanțe între antene, fiecare semnal urmează o cale ușor diferită către receptor. Acest efect se numește „ diversitatea spațială". Receptorul este, de asemenea, echipat cu mai multe antene cu propriile module radio separate, care decodifică independent semnalele de intrare, iar fiecare semnal este combinat cu semnale de la alte module radio receptoare. Ca rezultat, mai multe fluxuri de date sunt primite simultan. Aceasta oferă o lățime de bandă semnificativ mai mare decât sistemele WiFi 802.11 vechi, dar necesită și un client 802.11n.

Acum să aprofundăm puțin acest subiect:
În dispozitivele WiFi cu MIMO este posibilă împărțirea întregului flux de informații primite în mai multe fluxuri de date diferite folosind multiplexarea spațială pentru trimiterea lor ulterioară. Mai multe transmițătoare și antene sunt folosite pentru a trimite fluxuri diferite pe același canal de frecvență. Puteți vizualiza acest lucru în așa fel încât o anumită frază text să poată fi transmisă, astfel încât primul cuvânt să fie trimis printr-un emițător, al doilea printr-un alt transmițător etc.
Desigur, partea de recepție trebuie să suporte aceeași funcționalitate (MIMO) pentru a separa complet diferitele semnale, a le reasambla și a le combina folosind, din nou, multiplexarea spațială. Așa că avem ocazia de a restabili fluxul de informații inițial. Tehnologia prezentată vă permite să împărțiți un flux mare de date într-un set de fluxuri mai mici și să le transferați separat unul de celălalt. În general, acest lucru face posibilă utilizarea mai eficientă a mediului radio și în special a frecvențelor alocate pentru Wi-Fi.

Tehnologia WiFi 802.11n definește, de asemenea, modul în care MIMO poate fi utilizat pentru a îmbunătăți SNR-ul la receptor utilizând formarea fasciculului de transmisie. Cu această tehnică, este posibil să se controleze procesul de trimitere a semnalelor de la fiecare antenă astfel încât să se îmbunătățească parametrii semnalului recepționat la receptor. Cu alte cuvinte, pe lângă trimiterea mai multor fluxuri de date, mai multe transmițătoare pot fi utilizate pentru a obține un SNR mai mare la punctul de recepție și, ca urmare, o rată de date mai mare la client.
Trebuie reținute următoarele lucruri:
1. Procedura de formare a fasciculului de transmisie definită în standardul Wi-Fi 802.11n necesită colaborarea cu receptorul (de fapt cu dispozitivul client) pentru a obține feedback de starea semnalului la receptor. Aici trebuie să aveți suport pentru această funcționalitate pe ambele părți ale canalului - atât pe transmițător, cât și pe receptor.
2. Datorită complexității acestei proceduri, transmiterea beamforming nu a fost acceptată în prima generație de cipuri 802.11n, nici pe partea terminală, nici pe partea AP. În prezent, majoritatea cipurilor existente pentru dispozitivele client, de asemenea, nu acceptă această funcționalitate.
3. Există soluții pentru construirea de rețele Wifi , care vă permit să controlați pe deplin modelul de radiații la punctele de acces fără a fi nevoie să primiți feedback de la dispozitivele client.

Pentru a primi anunțuri când sunt lansate noi articole tematice sau apar noi materiale pe site, vă sugerăm.

Alăturați-vă grupului nostru pe