Recenzii despre routere cu tehnologie mu mimo. Tehnologia de transmisie a datelor MIMO în rețelele wireless WIFI

Una dintre cele mai semnificative și importante inovații Wi-Fi în ultimii 20 de ani - Multi User - Multiple Input Multiple Output (MU-MIMO). MU-MIMO extinde funcționalitatea unei actualizări recente standard wireless 802.11ac „Val 2”. Fără îndoială, aceasta este o descoperire uriașă pentru comunicații fără fir. Această tehnologie ajută la creșterea vitezei maxime teoretice conexiune fără fir de la 3,47 Gbps în specificația originală 802.11ac la 6,93 Gbps în upgrade-ul la 802.11ac Wave 2. Aceasta este una dintre cele mai complexe caracteristici Wi-Fi de până acum.

Să vedem cum funcționează!

Tehnologia MU-MIMO ridică ștacheta permițând mai multor dispozitive să primească mai multe fluxuri de date. Se bazează pe MIMO pentru utilizator unic (SU-MIMO), care a fost introdus cu aproape 10 ani în urmă cu standardul 802.11n.

SU-MIMO crește viteza unei conexiuni Wi-Fi, permițând unei perechi de dispozitive fără fir să primească sau să trimită mai multe fluxuri de date în același timp.

Figura 1. Tehnologia SU-MIMO oferă fluxuri de intrare și ieșire multicanal către același dispozitiv în același timp. Tehnologia MU-MIMO permite comunicarea simultană cu mai multe dispozitive.

În esență, există două tehnologii care revoluționează Wi-Fi. Prima dintre aceste tehnologii, numită beamforming, permite ruterelor și punctelor de acces Wi-Fi să utilizeze mai eficient canalele radio. Înainte de apariția acestei tehnologii, routerele și punctele de acces Wi-Fi funcționau ca niște becuri, trimițând un semnal în toate direcțiile. Problema era că Este dificil ca un semnal nefocalizat de putere limitată să ajungă la dispozitivele client Wi-Fi.

Folosind tehnologia de formare a fasciculului, un router Wi-Fi sau un punct de acces schimbă informații despre locația sa cu un dispozitiv client. Routerul își schimbă apoi faza și puterea pentru a forma un semnal mai bun. Drept urmare: semnalele radio sunt utilizate mai eficient, transferul de date este mai rapid și, eventual, distanța maximă de conectare este mărită.

Posibilitățile de formare a fasciculului se extind. Până acum, routerele sau punctele de acces Wi-Fi au fost în mod inerent cu o singură sarcină, trimițând sau primind date de la un singur dispozitiv client la un moment dat. În versiunile anterioare ale familiei de standarde transmisie fără fir Date 802.11, inclusiv standardul 802.11n și prima versiune a standardului 802.11ac, era posibil să se primească sau să transmită mai multe fluxuri de date în același timp, dar până acum nu exista nicio metodă care să permită un router sau un punct de acces Wi-Fi să „vorbească” în același timp cu mai mulți clienți deodată. De acum, cu ajutorul MU-MIMO, a apărut o astfel de oportunitate.

Acesta este într-adevăr o mare descoperire, deoarece capacitatea de a transmite date către mai multe dispozitive client simultan extinde foarte mult lățimea de bandă disponibilă pentru clienții wireless. Tehnologia MU-MIMO avansează rețelele fără fir din vechiul mod CSMA-SD, când un singur dispozitiv era deservit în același timp, la un sistem în care mai multe dispozitive pot „vorbește” în același timp. Pentru a clarifica acest exemplu, imaginați-vă că vă mutați de la un drum de țară cu o singură bandă la o autostradă largă.

Astăzi, routerele și punctele de acces wireless 802.11ac Wave 2 de a doua generație preiau piața. Toți cei care implementează Wi-Fi înțeleg specificul modului în care funcționează tehnologia MU-MIMO. Vă aducem în atenție 13 fapte care vă vor accelera învățarea în această direcție.

1. MU-MIMO folosește numai Flux „Downstream” (de la punctul de acces la dispozitivul mobil).

Spre deosebire de SU-MIMO, MU-MIMO în prezent funcționează numai pentru transferul de date de la punctul de acces la dispozitivul mobil. Doar routerele sau punctele de acces fără fir pot transmite date către mai mulți utilizatori în același timp, indiferent dacă este vorba despre unul sau mai multe fluxuri pentru fiecare dintre ei. Dispozitivele wireless în sine (cum ar fi smartphone-urile, tabletele sau laptopurile) trebuie încă să trimită pe rând date către routerul wireless sau punctul de acces, deși pot folosi individual tehnologia SU-MIMO pentru a transmite mai multe fluxuri atunci când este rândul lor.

Tehnologia MU-MIMO va fi utilă în special în rețelele în care utilizatorii descarcă mai multe date decât încarcă.

Poate că în viitor va fi implementată o versiune a tehnologiei Wi-Fi: 802.11ax, unde metoda MU-MIMO va fi aplicabilă pentru traficul „în amonte”.

2. MU-MIMO funcționează doar în banda Wi-Fi de 5GHz

Tehnologia SU-MIMO operează în ambele benzi de frecvență de 2,4 GHz și 5 GHz. Routerele și punctele de acces fără fir 802.11ac Wave 2 de a doua generație pot deservi mai mulți utilizatori în același timp pe aceeași bandă de frecvență 5 GHz. Pe de o parte, desigur, este păcat că în banda de frecvență de 2,4 GHz mai îngustă și mai congestionată nu vom putea folosi tehnologie nouă. Dar, pe de altă parte, există tot mai multe dispozitive wireless dual-band pe piață care acceptă tehnologia MU-MIMO, pe care o putem folosi pentru a implementa rețele Wi-Fi corporative de înaltă performanță.

3. Tehnologia Beamforming ajută la ghidarea semnalelor

În literatura URSS, se poate întâlni conceptul de rețea de antene în faze, care a fost dezvoltat pentru radarele militare la sfârșitul anilor 80. O tehnologie similară a fost aplicată Wi-Fi-ului modern. MU-MIMO folosește modelarea direcțională a semnalului (cunoscută ca „beamforming” în literatura tehnică engleză). Beamfiorming permite semnalelor să fie direcționate către locația dorită a unui dispozitiv (sau dispozitive) fără fir, în loc să fie trimise la întâmplareîn toate direcţiile. Astfel, se dovedește că concentrează semnalul și crește semnificativ raza și viteza conexiunii Wi-Fi.

Deși tehnologia de formare a fasciculului a devenit disponibilă opțional cu standardul 802.11n, totuși, majoritatea producătorilor au implementat propriile versiuni proprietare ale acestei tehnologii. Acești furnizori încă oferă implementări proprietare ale tehnologiei în dispozitivele lor, dar acum vor trebui să includă cel puțin o versiune simplificată și standardizată a tehnologiei de semnalizare direcțională dacă doresc să accepte tehnologia MU-MIMO în linia lor de produse 802.11ac.

4. MU-MIMO acceptă un număr limitat de fluxuri și dispozitive simultane

Din păcate, routerele sau punctele de acces cu tehnologia MU-MIMO implementată nu pot servi simultan un număr nelimitat de fluxuri și dispozitive. Routerul sau punctul de acces are propria limită în ceea ce privește numărul de fluxuri pe care le servește (adesea 2, 3 sau 4 fluxuri), iar acest număr de fluxuri spațiale limitează, de asemenea, numărul de dispozitive pe care punctul de acces le poate servi în același timp. De exemplu, un punct de acces cu suport pentru patru fluxuri poate servi simultan patru diverse dispozitive, sau, de exemplu, trimiteți un flux pe un dispozitiv și agregați alte trei fluxuri pe alt dispozitiv (creșterea vitezei de la combinarea canalelor).​

5. Dispozitivele utilizatorului nu trebuie să aibă mai multe antene

Ca și în cazul tehnologiei SU-MIMO, numai dispozitivele wireless cu suport MU-MIMO încorporat pot agrega fluxuri (rata). Dar, spre deosebire de situația cu tehnologia SU-MIMO, dispozitivele wireless nu trebuie neapărat să aibă mai multe antene pentru a primi fluxuri MU-MIMO de la routere și puncte de acces wireless. În cazul în care un dispozitiv fără fir echipat cu o singură antenă, poate primi un singur flux de date MU-MIMO de la punctul de acces, folosind beamforming pentru a îmbunătăți recepția.

Mai multe antene vor permite dispozitivului utilizatorului wireless să primească mai multe fluxuri de date în același timp (de obicei, un flux pe antenă), ceea ce va avea cu siguranță un efect pozitiv asupra performanței acestui dispozitiv. Cu toate acestea, prezența mai multor antene într-un dispozitiv de utilizator afectează negativ consumul de energie și dimensiunea acestui produs, care este esențială pentru smartphone-uri.

Cu toate acestea, tehnologia MU-MIMO impune mai puține cerințe hardware pe dispozitivele client decât greoaie termeni tehnici Tehnologia SU-MIMO, este sigur să presupunem că producătorii vor fi mult mai dispuși să-și echipeze laptopuri și tablete care acceptă tehnologia MU-MIMO.​

6. Punctele de acces fac munca grea

Într-un efort de a simplifica cerințele pentru dispozitivele utilizatorului final, dezvoltatorii tehnologiei MU-MIMO au încercat să transfere cea mai mare parte a procesului de semnal către punctele de acces. Acesta este un alt pas înainte față de tehnologia SU-MIMO, unde sarcina procesării semnalului a fost în mare parte asupra dispozitivelor utilizatorului. Și din nou, acest lucru va ajuta producătorii de dispozitive clienți să economisească energie, dimensiune și alte costuri în producția soluțiilor lor de produse cu suport pentru MU-MIMO, care ar trebui să aibă un efect foarte pozitiv asupra popularizării acestei tehnologii.

7. Chiar și dispozitivele bugetare beneficiază de transmisie simultană prin mai multe fluxuri spațiale

Similar cu agregarea linkurilor în Rețele Ethernet(802.3ad și LACP), agregarea fluxului 802.1ac nu crește viteza unei conexiuni punct la punct. Acestea. dacă sunteți singurul utilizator și aveți o singură aplicație care rulează, veți folosi doar 1 flux spațial.

Cu toate acestea, este posibil să crească lățimea generală de bandă a rețelei, oferind posibilitatea de a deservi punctul de acces al mai multor dispozitive de utilizator în același timp.

Dar dacă toate sunt folosite în rețeaua dvs dispozitivele utilizatorului acceptă un singur flux, MU-MIMO va permite punctului dvs. de acces să servească până la trei dispozitive în același timp, în loc de unul câte unul, în timp ce altele Dispozitivele utilizator (mai avansate) vor trebui să stea la coadă.

8. Unele dispozitive de utilizator au suport ascuns pentru tehnologia MU-MIMO

Deși încă nu există multe routere, puncte de acces sau dispozitive mobile care acceptă în prezent MU-MIMO, compania de cipuri Wi-Fi susține că unii producători au ținut cont de cerințele hardware în procesul lor de producție pentru a susține noua tehnologie pentru unele dintre ele. dispozitive pentru utilizatorii finali acum câțiva ani. Upgrade relativ ușor pentru astfel de dispozitive software va adăuga suport pentru tehnologia MU-MIMO, care ar trebui, de asemenea, să accelereze popularizarea și difuzarea tehnologiei, precum și să încurajeze companiile și organizațiile să își modernizeze rețelele wireless corporative cu echipamente care acceptă standardul 802.11ac.

9. Dispozitivele fără suport MU-MIMO beneficiază și ele

Deși dispozitivele Wi-Fi trebuie să aibă suport MU-MIMO pentru a putea utiliza această tehnologie, chiar și acele dispozitive client care nu au un astfel de suport pot beneficia indirect de operarea pe o rețea wireless în care un router sau puncte de acces acceptă tehnologia MU-MIMO. Trebuie reținut că rata de transfer de date prin rețea depinde direct de timpul total în care dispozitivele abonaților sunt conectate la canalul radio. Și dacă tehnologia MU-MIMO vă permite să deserviți mai rapid unele dispozitive, atunci aceasta înseamnă că punctele de acces dintr-o astfel de rețea vor avea mai mult timp pentru a deservi alte dispozitive client.

10. MU-MIMO ajută la creșterea lățimii de bandă wireless

Când creșteți viteza conexiunii Wi-Fi, creșteți și lățimea de bandă a rețelei wireless. Pe măsură ce dispozitivele sunt deservite mai rapid, rețeaua are mai mult timp de difuzare pentru a servi mai multe dispozitive client. Astfel, tehnologia MU-MIMO poate optimiza foarte mult performanța rețelelor wireless cu trafic intens sau a unui număr mare de dispozitive conectate, precum rețelele Wi-Fi publice. Aceasta este o veste excelentă, deoarece numărul de smartphone-uri și alte dispozitive mobile cu conectivitate Wi-Fi este probabil să continue să crească.

11. Orice lățime de canal este acceptată

O modalitate de extindere lățime de bandă Canalul Wi-Fi este legătura de canale atunci când sunt combinate două canalul adiacentîntr-un canal care este de două ori mai larg, dublând efectiv viteza conexiunii Wi-Fi dintre dispozitiv și punctul de acces. Standardul 802.11n a oferit suport pentru canale de până la 40 MHz lățime, în specificația originală a standardului 802.11ac, lățimea canalului acceptată a fost mărită la 80 MHz. Standardul actualizat 802.11ac Wave 2 acceptă canale de 160 MHz.

Figura 3. 802.11ac acceptă în prezent canale cu o lățime de până la 160 MHz în banda de 5 GHz

Cu toate acestea, nu trebuie uitat că utilizarea de canale mai largi într-o rețea fără fir crește probabilitatea de interferență în co-canale. Prin urmare, această abordare nu va fi întotdeauna alegerea corecta pentru a implementa toate rețelele Wi-Fi fără excepție. Cu toate acestea, tehnologia MU-MIMO, după cum putem vedea, poate fi utilizată pentru canale de orice lățime.

Cu toate acestea, chiar dacă rețeaua dvs. fără fir folosește canale mai înguste de 20MHz sau 40MHz, MU-MIMO o poate ajuta în continuare să funcționeze mai rapid. Dar cât de repede va depinde de câte dispozitive client trebuie servite și de câte fluxuri acceptă fiecare dintre aceste dispozitive. Astfel, utilizarea tehnologiei MU-MIMO, chiar și fără canale largi asociate, poate mai mult decât dubla debitul conexiunii wireless de ieșire pentru fiecare dispozitiv.

12. Procesarea semnalului îmbunătățește siguranța

Un efect secundar interesant al tehnologiei MU-MIMO este că routerul sau punctul de acces criptează datele înainte de a le trimite prin aer. Este destul de dificil să decodați datele transmise folosind tehnologia MU-MIMO, deoarece nu este clar care parte a codului se află în ce flux spațial. Deși instrumentele speciale pot fi dezvoltate ulterior pentru a permite altor dispozitive să intercepteze traficul transmis, astăzi tehnologia MU-MIMO maschează în mod eficient datele de la dispozitivele de ascultare din apropiere. Astfel, noua tehnologie ajută la îmbunătățirea securității Wi-Fi, ceea ce este valabil mai ales pentru rețelele wireless deschise, cum ar fi rețelele Wi-Fi publice, precum și punctele de acces care funcționează în modul personal sau care utilizează un mod simplificat de autentificare a utilizatorului (Pre-Shared Key). , PSK) pe baza tehnologiilor de securitate Wi-Fi WPA sau WPA2.

13. MU-MIMO este cel mai bun pentru dispozitivele Wi-Fi fixe

Există, de asemenea, o avertizare despre tehnologia MU-MIMO: nu funcționează bine cu dispozitivele cu mișcare rapidă, deoarece procesul de formare a fasciculului devine mai complex și mai puțin eficient. Prin urmare, MU-MIMO nu vă va oferi un beneficiu semnificativ pentru dispozitivele care roaming frecvent în rețeaua dvs. corporativă. Cu toate acestea, trebuie înțeles că aceste dispozitive „cu probleme” nu ar trebui să afecteze în niciun fel nici transmisia de date MU-MIMO către alte dispozitive client care sunt mai puțin mobile, nici performanța acestora.

Abonați-vă la știri

MIMO multi-utilizator este o parte integrantă a standardului 802.11 ac. Dar până acum nu au existat dispozitive care să suporte noul fel tehnologie multiantenă. Routerele WLAN 802.11 ac din generația anterioară au fost denumite echipamente Wave 1. Numai cu Wave 2 este introdus Multi-User MIMO (MU-MIMO), iar acest al doilea val de dispozitive este condus de.

■ da □ nu

Deoarece MIMO multi-utilizator transmite un semnal simultan către mai multe dispozitive, protocolul de transmisie este extins corespunzător în ceea ce privește formarea antetelor blocurilor de date: în loc să transmită mai multe fluxuri separate spațial pentru un client, MIMO multi-utilizator distribuie transmisia pentru fiecare utilizator. separat, precum și codificarea . Alocarea lățimii de bandă și codarea rămân aceleași.

Utilizator unic Dacă patru dispozitive partajează același WLAN, atunci un router MIMO 4×4:4 transmite patru fluxuri de date spațiale, dar întotdeauna numai către același dispozitiv. Dispozitivele și gadgeturile sunt deservite alternativ. Multi User Cu Multi User MIMO (Multi User MIMO) acceptat, nu există nicio coadă de dispozitive care așteaptă să acceseze resursele routerului WLAN. Laptop-ul, tableta, telefonul și televizorul sunt furnizate în același timp cu date.

O rețea WLAN este ca o autostradă aglomerată: în funcție de ora din zi, pe lângă computere și laptopuri, tablete, smartphone-uri, televizoare și console de jocuri. Gospodăria medie are mai mult de cinci dispozitive conectate la Internet prin WLAN, iar acest număr este în continuă creștere. Cu viteza de 11 Mbps, care este furnizată în cadrul standardului principal IEEE 802.11b, navigarea pe web și descărcarea datelor necesită multă răbdare, deoarece routerul poate fi conectat doar la un dispozitiv odată. Dacă comunicarea radio este utilizată de trei dispozitive simultan, atunci fiecare client primește doar o treime din durata sesiunii de comunicare și două treimi din timp este petrecut în așteptare. Deși cele mai recente rețele WLAN IEEE 802.11ac oferă rate de date de până la 1 Gbps, ele au și problema scăderilor de viteză din cauza stării de așteptare. Dar deja următoarea generație de dispozitive (802.11ac Wave 2) promite performanțe mai mari pentru rețelele radio cu mai multe dispozitive active.

Pentru a înțelege mai bine esența inovației, ar trebui mai întâi să vă amintiți ce schimbări au avut loc cu rețelele WLAN în trecutul recent. Una dintre cele mai eficiente modalități de a crește rata de date, începând cu standardul IEEE 802.1In, este tehnologia MIMO (Multiple Input Multiple Output: multi-channel input - multi-channel output). Aceasta implică utilizarea mai multor antene radio pentru transmiterea paralelă a fluxurilor de date. Dacă, de exemplu, un fișier video este transmis printr-un WLAN și este utilizat un router MIMO cu trei antene, în mod ideal, fiecare transmițător va trimite (dacă receptorul are trei antene) o treime din fișier.

Costuri în creștere cu fiecare antenă

În standardul IEEE 802.11n viteza maxima transferul de date pentru fiecare flux individual, împreună cu informațiile de serviciu, ajunge la 150 Mbps. Dispozitivele cu patru antene sunt astfel capabile să transmită date de până la 600 Mbps. Actualul standard IEEE 802.11ac iese teoretic la aproximativ 6900 Mbps. Pe lângă canalele radio largi și modulația îmbunătățită, noul standard prevede utilizarea a până la opt fluxuri MIMO.

Dar doar creșterea numărului de antene nu garantează accelerarea multiplă a transmisiei de date. În schimb, cu patru antene, cantitatea de supraîncărcare crește foarte mult, iar procesul de detectare a coliziunilor radio devine, de asemenea, mai costisitor. Pentru a justifica utilizarea mai multor antene, tehnologia MIMO continuă să se îmbunătățească. De dragul distincției, este mai corect să apelați fostul MIMO pentru un singur utilizator MIMO (Single User MIMO). Deși oferă transmiterea simultană a mai multor fluxuri spațiale, așa cum am menționat mai devreme, dar întotdeauna doar la o singură adresă. Un astfel de dezavantaj este acum eliminat cu ajutorul MIMO multi-utilizator. Cu această tehnologie, routerele WLAN pot transmite simultan un semnal către patru clienți. Un dispozitiv cu opt antene poate folosi, de exemplu, patru pentru a furniza un laptop și în paralel cu ajutorul altor două - o tabletă și un smartphone.

MIMO - semnal direcțional precis

Pentru ca un router să redirecționeze pachete WLAN către diferiți clienți în același timp, trebuie să știe unde se află clienții. Pentru a face acest lucru, în primul rând, pachetele de test sunt trimise în toate direcțiile. Clienții răspund la aceste pachete, iar stația de bază stochează datele privind puterea semnalului. Tehnologia Beamforming este unul dintre cei mai importanți ajutoare ai MU MIMO. Deși este deja acceptat de standardul IEEE 802.11n, a fost îmbunătățit în IEEE 802.11ac. Esența sa se rezumă la stabilirea direcției optime pentru transmiterea unui semnal radio către clienți. Stația de bază setează în mod specific pentru fiecare semnal radio directivitatea optimă a antenei de transmisie. Pentru modul multi-utilizator, găsirea căii optime de semnal este deosebit de importantă, deoarece schimbarea locației unui singur client poate schimba toate căile de transmisie și poate perturba debitul întregii rețele WLAN. Prin urmare, la fiecare 10 ms, se efectuează o analiză a canalului.

În comparație, MIMO pentru un singur utilizator analizează doar la fiecare 100 ms. MIMO multi-utilizator poate deservi patru clienți simultan, fiecare client primind până la patru fluxuri de date în paralel, pentru un total de 16 fluxuri. Acest MIMO multi-utilizator necesită noi routere WLAN pe măsură ce nevoia de putere de procesare crește.

Una dintre cele mai mari probleme în MIMO multi-utilizator este interferența de la client la client. Deși congestionarea canalului este adesea măsurată, acest lucru nu este suficient. Dacă este necesar, unele cadre au prioritate, în timp ce altele, dimpotrivă, sunt respectate. Pentru a face acest lucru, 802.11ac folosește diverse cozi care viteză diferită efectuați procesarea în funcție de tipul de pachet de date, dând preferință, de exemplu, pachetelor video.

9 aprilie 2014

La un moment dat, conexiunea IR a plecat cumva liniștit și imperceptibil, apoi au încetat să mai folosească Bluetooth pentru schimbul de date. Și acum a venit rândul Wi-Fi-ului...

A fost dezvoltat un sistem multi-utilizator cu mai multe intrări și ieșiri, permițând rețelei să comunice cu mai mult de un computer în același timp. Creatorii susțin că atunci când se utilizează aceeași gamă de unde radio alocată pentru Wi-Fi, cursul de schimb poate fi triplat.

Qualcomm Atheros a dezvoltat un sistem multi-user, multiple-in/out (MU-MIMO) care permite unei rețele să comunice cu mai multe computere în același timp. Compania intenționează să înceapă să demonstreze tehnologia în următoarele câteva luni înainte de livrarea către clienți la începutul anului viitor.

Cu toate acestea, pentru a obține această viteză mare, utilizatorii vor trebui să își actualizeze atât computerele, cât și routerele de rețea.

Cu protocolul Wi-Fi, clienții sunt serviți secvențial - este utilizat un singur dispozitiv de transmisie și recepție pentru o anumită perioadă de timp - astfel încât să fie utilizată doar o mică parte din lățimea de bandă a rețelei.

Acumularea acestor evenimente consecutive creează o scădere a cursului de schimb pe măsură ce tot mai multe dispozitive se conectează la rețea.

Protocolul MU-MIMO (multi-user, multiple input, multiple output) asigură transmiterea simultană a informațiilor către un grup de clienți, ceea ce face o utilizare mai eficientă a lățimii de bandă disponibile a rețelei Wi-Fi și, prin urmare, accelerează transmisia.

Qualcomm consideră că astfel de capabilități vor fi deosebit de utile pentru centrele de conferințe și cafenele internet atunci când mai mulți utilizatori se conectează la aceeași rețea.

De asemenea, compania crede că nu este vorba doar de creșterea vitezei absolute, ci și de utilizarea mai eficientă a rețelei și a timpului de antenă pentru a susține un număr tot mai mare de dispozitive, servicii și aplicații conectate.

Qualcomm intenționează să vândă cipuri MU-Mimo producătorilor de routere, puncte de acces, smartphone-uri, tablete și alte dispozitive compatibile cu Wi-Fi. Primele cipuri vor putea funcționa simultan cu patru fluxuri de date; suportul tehnologic va fi inclus în cipurile Atheros 802.11ac și procesoare mobile Snapdragon 805 și 801. Demonstrația tehnologiei va avea loc anul acesta, iar primele livrări de cipuri sunt programate pentru primul trimestru al anului viitor.

Ei bine, acum cine vrea să se aprofundeze în această tehnologie mai detaliat, continuăm...

MIMO(Multiple Input Multiple Output - multiple input multiple output) este o tehnologie utilizată în sistemele de comunicații fără fir (WIFI, WI-MAX, 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 transmiterea datelor de la sursă la destinație prin mai multe legături radio, de unde își trage numele tehnologia. Luați în considerare povestea de fundal această problemă, și să determine 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 toleranță ridicată la erori crește de la an la an. Acest lucru este în mare măsură facilitat de apariția unor servicii precum VoIP (Voice over Internet Protocol), videoconferințe, VoD (Video on Demand) etc. Cu toate acestea, majoritatea tehnologiilor wireless nu permit furnizarea abonaților de servicii de înaltă calitate la marginea zona de acoperire. În sistemele celulare și în alte sisteme de comunicații fără fir, calitatea conexiunii, precum și rata de date disponibilă, scade rapid odată cu distanța de la stația de bază (BTS). Odată cu aceasta scade și calitatea serviciilor, ceea ce duce în cele din urmă la imposibilitatea furnizării serviciilor în timp real cu calitate superioară pe toată acoperirea radio a rețelei. Pentru a rezolva această problemă, puteți încerca să instalați stațiile 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 rezolvarea acestei probleme este necesară o inovație originală, folosind, dacă este posibil, gama de frecvență actuală și nefiind necesară construirea de noi dotări de rețea.

Caracteristici ale propagării undelor radio

Pentru a înțelege principiile de funcționare a tehnologiei MIMO, este necesar să se ia în considerare principiile generale ale propagării undelor radio în spațiu. Undele emise de diferite sisteme radio fără fir în intervalul de peste 100 MHz se comportă în multe feluri ca niște fascicule de lumină. Când undele radio se propagă pe o suprafață, în funcție de materialul și dimensiunea obstacolului, o parte din energie este absorbită, o parte trece, iar restul este reflectată. Raportul cotelor părților absorbite, reflectate și transmise ale energiei este afectat de mulți factori externi, inclusiv de frecvența semnalului. Mai mult, energiile semnalului reflectate și trecute 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 întâlnirea cu numeroase obstacole, este împărțit în mai multe unde, doar o parte din care va ajunge la receptor. Fiecare dintre undele care ajung la receptor formează o așa-numită cale de propagare a semnalului. Mai mult, datorită faptului că diferite valuri sunt reflectate de un număr diferit de obstacole și trec distanta diferita, căi diferite au întârzieri diferite.

Într-un mediu urban dens, din cauza numărului mare de obstacole precum clădiri, copaci, mașini etc., este foarte frecvent să apară o situație între echipamentul utilizatorului (MS) și antene. stație de bază(BTS) fără linie de vedere. În acest caz, singura modalitate de a ajunge la semnalul receptorului este prin undele reflectate. Cu toate acestea, după cum sa menționat mai sus, semnalul reflectat în mod repetat nu mai are energia inițială și poate ajunge cu o întârziere. O dificultate deosebită este creată și de faptul că obiectele nu rămân întotdeauna staționare și situația se poate schimba semnificativ în timp. În acest sens, se pune problema propagării semnalului cu mai multe căi - una dintre cele mai semnificative probleme în sistemele de comunicații fără fir.

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

Pentru a combate propagarea semnalului pe mai multe căi, sunt utilizate mai multe soluții diferite. Una dintre cele mai comune tehnologii este Receive Diversity - recepția diversității. Esența sa constă în faptul că nu una, ci mai multe antene (de obicei două, mai rar patru) sunt folosite pentru a recepționa semnalul, situate la distanță una de cealaltă. Astfel, destinatarul are nu una, ci două copii ale semnalului transmis, care au venit în moduri diferite. Acest lucru face posibilă colectarea mai multă energie din semnalul original, deoarece undele primite de o antenă pot să nu fie recepționate de alta și invers. De asemenea, semnalele care sosesc defazate la o antenă pot ajunge la cealaltă în fază. Această schemă de organizare a interfeței 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: 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. Această schemă se numește Multiple Input Single Output (MISO). În ambele scheme (SIMO și MISO), mai multe antene sunt instalate pe partea stației de bază, de atunci realiza diversitatea antenei în dispozitiv mobil pe o distanță suficient de mare este dificil fără creșterea dimensiunilor 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 pentru transmisie și recepție. Cu toate acestea, spre deosebire de schemele de mai sus, această schemă de diversitate permite nu numai să se ocupe de propagarea semnalului pe mai multe căi, ci și de a obține unele beneficii aditionale. Prin utilizarea mai multor antene de transmisie și recepție, fiecărei perechi de antene de transmisie/recepție i se poate atribui o cale separată pentru transmiterea informațiilor. În acest caz, recepția diversității va fi efectuată de către antenele rămase, iar această antenă va servi și ca antenă suplimentară pentru alte căi de transmisie. Ca rezultat, teoretic, este posibilă creșterea ratei de date de atâtea ori câte antene suplimentare vor fi utilizate. Cu toate acestea, o limitare semnificativă este impusă de calitatea fiecărei căi radio.

Cum funcționează MIMO

După cum sa menționat mai sus, organizarea tehnologiei MIMO necesită instalarea mai multor antene pe părțile de transmisie și recepție. De obicei, la intrarea și la ieșirea sistemului este instalat un număr egal de antene, deoarece în acest caz, este atinsă rata maximă de transfer de date. Pentru a afișa numărul de antene la recepție și transmisie, 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. . Sistemul se referă în acest caz la conexiunea 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 configurate cu o anumită separare spațială pentru a permite cât mai multe semnale false care rezultă din căi multiple. Într-una dintre modalitățile posibile de organizare a tehnologiei MIMO, semnalul este transmis de la fiecare antenă cu o polarizare diferită, ceea ce face posibilă identificarea acestuia la recepție. Cu toate acestea, în cel mai simplu caz, fiecare dintre semnalele transmise se dovedește a fi marcat de mediul de transmisie însuși (întârziere, atenuare și alte distorsiuni).

Pe partea de recepție, mai multe antene primesc un semnal 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 sunt transmise la receptoare, 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 extrage din fluxul total energia semnalului doar a căii pentru care este responsabil. El face acest lucru fie în funcție de un semn prestabilit cu care a fost echipat fiecare dintre semnale, fie datorită analizei întârzierii, atenuării, defazajului, i.e. un set de distorsiuni sau „amprentă” a mediului de distribuție. În funcție de modul în care funcționează sistemul (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC), etc.), semnalul transmis poate fi repetat la fiecare anumit timp, sau transmis cu o ușoară întârziere prin alte antene.

Într-un sistem cu tehnologie MIMO, poate să apară un fenomen neobișnuit prin faptul că rata de date în sistemul MIMO poate scădea dacă există o linie de vizibilitate între sursa semnalului și receptor. Acest lucru se datorează în primul rând unei scăderi a severității distorsiunilor spațiului 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 este mai mare calitatea conexiunii radio, cu atât se pot obține mai puține beneficii din MIMO.

MIMO multi-utilizator (MU-MIMO)

Principiul de mai sus de organizare a comunicațiilor radio 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 în mod clar acțiunile și, în același timp, nu există un factor surpriză atunci când pot apărea noi utilizatori în aer. 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, cum ar fi WI-FI, WIMAX, sistemele de comunicații celulare sunt multi-utilizator, 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 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 rezolva această problemă este și metoda de procesare liniară, care implică pre-codificarea semnalului transmis. Semnalul original, conform acestei metode, este înmulțit cu o matrice, care este compusă din coeficienți care reflectă interferența de la alți abonați. Matricea este compilată pe baza situației actuale în emisie: numărul de abonați, vitezele de transmisie etc. Astfel, înainte de transmisie, semnalul este supus unei distorsiuni inverse celei pe care o întâlnește în timpul transmisiei radio.

În downlink - direcția de la BTS la MS, stația de bază transmite semnale simultan pe același canal către mai mulți abonați simultan. Acest lucru duce la faptul că semnalul transmis pentru un abonat afectează recepția tuturor celorlalte semnale, adică apare interferența. Opțiuni posibile pentru a rezolva această problemă sunt utilizarea Smart Antena sau utilizarea tehnologiei de codare a hârtiei murdare („hartie murdară”). Să aruncăm o privire mai atentă asupra tehnologiei hârtiei murdare. Principiul funcționării acestuia se bazează pe analiza stării actuale a radioului și a numărului de abonați activi. Singurul (primul) abonat își transmite datele către stația de bază fără codare, schimbându-și datele, deoarece. nu există interferențe din partea altor abonați. Al doilea abonat va codifica, adică. schimba energia semnalului său pentru a nu interfera cu primul și pentru a nu supune semnalul său influenței din primul. Abonații ulterior adăugați în sistem vor urma și acest principiu, în funcție de numărul de abonați activi și de efectul semnalelor pe care le transmit.

Aplicarea MIMO

Tehnologia MIMO din ultimul deceniu este una dintre cele mai relevante moduri de a crește debitul și capacitatea sistemelor de comunicații fără fir. Luați în considerare câteva exemple de utilizare a MIMO în diverse sisteme conexiuni.

Standardul WiFi 802.11n este unul dintre cele mai proeminente 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 să ofere doar 50 Mbps. Pe lângă creșterea ratei de date, noul standard, datorită MIMO, vă permite și să oferiți cea mai buna performanta calitatea serviciilor în locuri cu putere scăzută a semnalului. 802.11n este folosit nu numai în sistemele punct/multipunct (Point/Multipoint) - cea mai comună 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 comunicația trunchiului canale 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 aduc noi posibilități utilizatorilor cu ajutorul tehnologiei MIMO. Primul, 802.16e, oferă servicii mobile de bandă largă. Vă permite să transferați informații la viteze de până la 40 Mbps 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 sisteme celulare comunicaţii şi anume a patra generaţie a acestora (datorită ratei mari de transfer de date), deoarece are o serie de inerente rețelele celulare semne: roaming, handover, conexiuni vocale. În cazul utilizării mobile, teoretic se pot atinge 100 Mbps. În versiunea fixă, viteza poate ajunge la 1 Gbps.

De cel mai mare interes este utilizarea tehnologiei MIMO în sisteme comunicare celulară. Această tehnologie și-a găsit aplicația încă de la a treia generație de sisteme de comunicații celulare. De exemplu, în standardul UMTS, în Rel. 6, este folosit împreună cu tehnologia HSPA cu suport pentru 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, MIMO nu a găsit o aplicație largă în sistemele 3G.

Sistemele, și anume LTE, prevăd și utilizarea MIMO în configurații de până la 8x8. Acest lucru, teoretic, poate face posibilă transmiterea datelor de la stația de bază către abonat la peste 300 Mbps. De asemenea, un punct pozitiv important este calitatea stabilă a conexiunii chiar și la marginea fagurelui. În acest caz, chiar și la o distanță considerabilă de stația de bază, sau atunci când vă aflați într-o cameră îndepărtată, se va observa doar o ușoară scădere a ratei de transfer de date.

Astfel, tehnologia MIMO își găsește aplicație în aproape toate sistemele de transmisie de date fără fir. Și potențialul său nu a fost epuizat. Sunt deja dezvoltate noi opțiuni de configurare a antenei, până la 64x64 MIMO. Acest lucru va face posibilă obținerea unor rate de date și mai mari, capacitatea rețelei și eficiența spectrală în viitor.