Recenzie smerovačov s technológiou mu mimo. Technológia prenosu dát MIMO v bezdrôtových sieťach WIFI

Jedna z najvýznamnejších a najdôležitejších inovácií Wi-Fi za posledných 20 rokov – Multi User – Technológia Multiple Input Multiple Output (MU-MIMO). MU-MIMO rozširuje funkčnosť nedávnej aktualizácie bezdrôtový štandard 802.11ac "Vlna 2". Nepochybne ide o obrovský prielom pre bezdrôtová komunikácia. Táto technológia pomáha zvýšiť maximálnu teoretickú rýchlosť bezdrôtové pripojenie z 3,47 Gbps v pôvodnej špecifikácii 802.11ac na 6,93 Gbps pri inovácii na 802.11ac Wave 2. Ide o jednu z doteraz najkomplexnejších funkcií Wi-Fi.

Pozrime sa, ako to funguje!

Technológia MU-MIMO zvyšuje latku tým, že umožňuje viacerým zariadeniam prijímať viacero dátových tokov. Je založený na MIMO pre jedného používateľa (SU-MIMO), ktorý bol predstavený takmer pred 10 rokmi so štandardom 802.11n.

SU-MIMO zvyšuje rýchlosť Wi-Fi pripojenia tým, že umožňuje dvojici bezdrôtových zariadení prijímať alebo odosielať viacero dátových tokov súčasne.

Obrázok 1. Technológia SU-MIMO poskytuje viackanálové vstupné a výstupné toky do rovnakého zariadenia súčasne. Technológia MU-MIMO umožňuje súčasnú komunikáciu s viacerými zariadeniami.

V podstate existujú dve technológie, ktoré prinášajú revolúciu do Wi-Fi. Prvá z týchto technológií, nazývaná beamforming, umožňuje Wi-Fi routerom a prístupovým bodom efektívnejšie využívať rádiové kanály. Pred príchodom tejto technológie fungovali Wi-Fi smerovače a prístupové body ako žiarovky a vysielali signál do všetkých strán. Problém bol v tom Je ťažké, aby sa nesústredený signál s obmedzeným výkonom dostal k klientskym zariadeniam Wi-Fi.

Pomocou technológie beamforming si Wi-Fi router alebo prístupový bod vymieňa informácie o svojej polohe s klientskym zariadením. Smerovač potom zmení svoju fázu a výkon, aby vytvoril lepší signál. Výsledkom je, že rádiové signály sa využívajú efektívnejšie, prenos dát je rýchlejší a môže sa zvýšiť aj maximálna vzdialenosť pripojenia.

Možnosti beamformingu sa rozširujú. Wi-Fi smerovače alebo prístupové body boli doteraz vo svojej podstate jednoúlohové, odosielali alebo prijímali dáta iba z jedného klientskeho zariadenia naraz. V skorších verziách rodiny štandardov bezdrôtový prenos Dáta 802.11, vrátane štandardu 802.11n a prvej verzie štandardu 802.11ac, bolo možné súčasne prijímať alebo prenášať viacero dátových tokov, ale doteraz neexistovala metóda, ktorá by umožňovala Wi-Fi router alebo prístupový bod. „hovoriť“ v rovnakom čase s viacerými klientmi naraz. Odteraz sa s pomocou MU-MIMO takáto možnosť objavila.

Toto je skutočne veľký prielom, pretože možnosť prenášať dáta do viacerých klientskych zariadení súčasne výrazne rozširuje dostupnú šírku pásma pre bezdrôtových klientov. Technológia MU-MIMO posúva bezdrôtové siete od starých koľají CSMA-SD, keď bolo súčasne obsluhované iba jedno zariadenie, do systému, kde môže „hovoriť“ niekoľko zariadení súčasne. Aby bol tento príklad jasnejší, predstavte si prechod z jednoprúdovej vidieckej cesty na širokú diaľnicu.

Dnes prevládajú na trhu bezdrôtové smerovače a prístupové body druhej generácie 802.11ac Wave 2. Každý, kto používa Wi-Fi, rozumie špecifikám fungovania technológie MU-MIMO. Dávame do pozornosti 13 faktov, ktoré urýchlia vaše učenie v tomto smere.

1. Používa iba MU-MIMO"Downstream" stream (z prístupového bodu do mobilného zariadenia).

Na rozdiel od SU-MIMO, MU-MIMO momentálne funguje len pre prenos dát z prístupového bodu do mobilného zariadenia. Iba bezdrôtové smerovače alebo prístupové body môžu prenášať údaje viacerým používateľom súčasne, či už ide o jeden alebo viac streamov pre každého z nich. Samotné bezdrôtové zariadenia (ako sú smartfóny, tablety alebo notebooky) sa stále musia striedať v odosielaní údajov do bezdrôtového smerovača alebo prístupového bodu, hoci môžu individuálne využívať technológiu SU-MIMO na prenos viacerých streamov, keď na ne príde rad.

Technológia MU-MIMO bude užitočná najmä v sieťach, kde používatelia sťahujú viac dát, ako nahrávajú.

Možno v budúcnosti bude implementovaná verzia technológie Wi-Fi: 802.11ax, kde metóda MU-MIMO bude použiteľná pre prevádzku „Upstream“.

2. MU-MIMO funguje iba v pásme 5 GHz Wi-Fi

Technológia SU-MIMO funguje vo frekvenčnom pásme 2,4 GHz aj 5 GHz. Bezdrôtové smerovače a prístupové body 802.11ac Wave 2 druhej generácie môžu slúžiť viacerým používateľom súčasne v rovnakom frekvenčnom pásme 5 GHz. Na jednej strane je samozrejme škoda, že v užšom a preťaženejšom frekvenčnom pásme 2,4 GHz nebudeme môcť využívať Nová technológia. No na druhej strane je na trhu čoraz viac dvojpásmových bezdrôtových zariadení, ktoré podporujú technológiu MU-MIMO, pomocou ktorej môžeme nasadiť výkonné firemné Wi-Fi siete.

3. Technológia Beamforming pomáha viesť signály

V literatúre ZSSR sa možno stretnúť s konceptom Phased Antenna Array, ktorý bol vyvinutý pre vojenské radary koncom 80. rokov. Podobná technológia bola aplikovaná na moderné Wi-Fi. MU-MIMO používa smerové tvarovanie signálu (známe ako "beamforming" v anglickej technickej literatúre). Beamfiorming umožňuje nasmerovanie signálov na zamýšľané miesto bezdrôtového zariadenia (alebo zariadení) a nie ich odosielanie náhodne vo všetkých smeroch. Ukazuje sa teda, že zaostrí signál a výrazne zvýši rozsah a rýchlosť pripojenia Wi-Fi.

Hoci sa technológia vytvárania lúčov stala voliteľne dostupnou so štandardom 802.11n, väčšina výrobcov implementovala svoje vlastné verzie tejto technológie. Títo predajcovia stále ponúkajú proprietárne implementácie technológie vo svojich zariadeniach, ale teraz budú musieť zahrnúť aspoň zjednodušenú a štandardizovanú verziu technológie smerovej signalizácie, ak chcú vo svojom produktovom rade 802.11ac podporovať technológiu MU-MIMO.

4. MU-MIMO podporuje obmedzený počet simultánnych tokov a zariadení

Bohužiaľ, smerovače alebo prístupové body s implementovanou technológiou MU-MIMO nemôžu súčasne obsluhovať neobmedzený počet streamov a zariadení. Smerovač alebo prístupový bod má svoj vlastný limit na počet tokov, ktoré obsluhuje (často 2, 3 alebo 4 toky) a tento počet priestorových tokov tiež obmedzuje počet zariadení, ktoré môže prístupový bod obsluhovať súčasne. Napríklad prístupový bod s podporou štyroch tokov môže súčasne obsluhovať štyri rôzne zariadenia alebo napríklad poslať jeden stream do jedného zariadenia a agregovať tri ďalšie streamy do iného zariadenia (zvýšenie rýchlosti vďaka kombinovaniu kanálov).​

5. Používateľské zariadenia nemusia mať viacero antén

Rovnako ako v prípade technológie SU-MIMO, iba bezdrôtové zariadenia so vstavanou podporou MU-MIMO môžu agregovať toky (rýchlosť). Na rozdiel od situácie s technológiou SU-MIMO však bezdrôtové zariadenia nemusia nevyhnutne mať viacero antén, aby mohli prijímať toky MU-MIMO z bezdrôtových smerovačov a prístupových bodov. Ak bezdrôtové zariadenie vybavený iba jednou anténou, môže prijímať iba jeden dátový tok MU-MIMO z prístupového bodu pomocou tvarovania lúča na zlepšenie príjmu.

Viac antén umožní bezdrôtovému používateľskému zariadeniu súčasne prijímať viac dátových tokov (typicky jeden stream na anténu), čo bude mať určite pozitívny vplyv na výkon tohto zariadenia. Prítomnosť viacerých antén v používateľskom zariadení však negatívne ovplyvňuje spotrebu energie a veľkosť tohto produktu, čo je pre smartfóny kritické.

Technológia MU-MIMO však kladie na klientske zariadenia menšie hardvérové ​​požiadavky ako tá ťažkopádna technické výrazy Technológia SU-MIMO, dá sa s istotou predpokladať, že výrobcovia budú oveľa ochotnejšie vybaviť svoje notebooky a tablety s podporou technológie MU-MIMO.​

6. Prístupové body robia ťažkú ​​prácu

V snahe zjednodušiť požiadavky na koncové zariadenia sa vývojári technológie MU-MIMO pokúsili presunúť väčšinu práce na spracovanie signálu na prístupové body. Ide o ďalší krok vpred od technológie SU-MIMO, kde bremeno spracovania signálu bolo väčšinou na používateľských zariadeniach. A opäť to pomôže výrobcom klientskych zariadení ušetriť na spotrebe energie, veľkosti a ďalších nákladoch pri výrobe ich produktových riešení s podporou MU-MIMO, čo by malo mať veľmi pozitívny vplyv na popularizáciu tejto technológie.

7. Dokonca aj rozpočtové zariadenia profitujú zo súčasného prenosu prostredníctvom viacerých priestorových tokov

Podobne ako pri agregácii odkazov v Ethernetové siete(802.3ad a LACP), agregácia toku 802.1ac nezvyšuje rýchlosť pripojenia bod-bod. Tie. ak ste jediným používateľom a máte spustenú iba jednu aplikáciu, budete používať iba 1 priestorový stream.

Je však možné zvýšiť celkovú šírku pásma siete poskytovaním schopnosti obsluhovať prístupový bod viacerých užívateľských zariadení súčasne.

Ale ak sa všetko používa vo vašej sieti užívateľské zariadenia podporuje iba jeden stream, MU-MIMO umožní vášmu prístupovému bodu obsluhovať až tri zariadenia súčasne namiesto jedného zariadenia naraz, zatiaľ čo iné(pokročilejšie) používateľské zariadenia budú musieť čakať v rade.

8. Niektoré používateľské zariadenia majú skrytú podporu technológie MU-MIMO

Hoci v súčasnosti stále nie je veľa smerovačov, prístupových bodov alebo mobilných zariadení, ktoré podporujú MU-MIMO, spoločnosť zaoberajúca sa čipmi Wi-Fi tvrdí, že niektorí výrobcovia zohľadnili hardvérové ​​požiadavky vo svojom výrobnom procese na podporu novej technológie pre niektoré zo svojich zariadení pre koncových používateľov pred niekoľkými rokmi. Pomerne jednoduchý upgrade pre takéto zariadenia softvér pridá podporu pre technológiu MU-MIMO, čo by malo tiež urýchliť popularizáciu a šírenie technológie, ako aj povzbudiť spoločnosti a organizácie, aby inovovali svoje podnikové bezdrôtové siete zariadením, ktoré podporuje štandard 802.11ac.

9. Profitujú aj zariadenia bez podpory MU-MIMO

Aj keď zariadenia Wi-Fi musia mať podporu MU-MIMO, aby mohli používať túto technológiu, aj tie klientske zariadenia, ktoré takúto podporu nemajú, môžu nepriamo ťažiť z prevádzky v bezdrôtovej sieti, kde smerovač alebo prístupové body podporujú technológiu MU-MIMO. Malo by sa pamätať na to, že rýchlosť prenosu dát cez sieť priamo závisí od celkového času, počas ktorého sú účastnícke zariadenia pripojené k rádiovému kanálu. A ak vám technológia MU-MIMO umožňuje rýchlejšie obsluhovať niektoré zariadenia, znamená to, že prístupové body v takejto sieti budú mať viac času na obsluhu iných klientskych zariadení.

10. MU-MIMO pomáha zvýšiť bezdrôtovú šírku pásma

Keď zvýšite rýchlosť pripojenia Wi-Fi, zvýšite aj šírku pásma bezdrôtovej siete. Keďže zariadenia sú obsluhované rýchlejšie, sieť má viac vysielacieho času na obsluhu viacerých klientskych zariadení. Technológia MU-MIMO teda dokáže výrazne optimalizovať výkon bezdrôtových sietí s vysokou prevádzkou alebo veľkým počtom pripojených zariadení, ako sú verejné Wi-Fi siete. Je to skvelá správa, pretože počet smartfónov a iných mobilných zariadení s Wi-Fi pripojením bude pravdepodobne naďalej narastať.

11. Je podporovaná akákoľvek šírka kanála

Jeden spôsob, ako expandovať šírku pásma Kanál Wi-Fi predstavuje prepojenie kanálov, keď sa skombinujú dva susedný kanál do jedného kanála, ktorý je dvakrát tak široký, čím sa efektívne zdvojnásobí rýchlosť pripojenia Wi-Fi medzi zariadením a prístupovým bodom. Štandard 802.11n poskytoval podporu pre kanály do šírky 40 MHz, v pôvodnej špecifikácii štandardu 802.11ac bola podporovaná šírka kanála zvýšená na 80 MHz. Aktualizovaný štandard 802.11ac Wave 2 podporuje 160 MHz kanály.

Obrázok 3. 802.11ac v súčasnosti podporuje kanály do šírky 160 MHz v pásme 5 GHz

Netreba však zabúdať, že používanie širších kanálov v bezdrôtovej sieti zvyšuje pravdepodobnosť rušenia v spoločných kanáloch. Preto tento prístup nebude vždy platný správna voľba nasadiť všetky Wi-Fi siete bez výnimky. Ako však vidíme, technológiu MU-MIMO je možné použiť pre kanály akejkoľvek šírky.

Avšak aj keď vaša bezdrôtová sieť používa užšie kanály 20 MHz alebo 40 MHz, MU-MIMO jej stále môže pomôcť bežať rýchlejšie. O koľko rýchlejšie však bude závisieť od toho, koľko klientskych zariadení je potrebné obsluhovať a koľko streamov každé z týchto zariadení podporuje. Takže použitie technológie MU-MIMO, dokonca aj bez širokých pridružených kanálov, môže viac ako zdvojnásobiť priepustnosť odchádzajúceho bezdrôtového pripojenia pre každé zariadenie.

12. Spracovanie signálu zvyšuje bezpečnosť

Zaujímavým vedľajším efektom technológie MU-MIMO je, že router alebo prístupový bod dáta pred odoslaním vzduchom zašifruje. Dekódovanie údajov prenášaných pomocou technológie MU-MIMO je pomerne ťažké, pretože nie je jasné, ktorá časť kódu je v ktorom priestorovom toku. Hoci neskôr môžu byť vyvinuté špeciálne nástroje, ktoré umožnia iným zariadeniam zachytiť prenášanú prevádzku, dnes technológia MU-MIMO efektívne maskuje údaje z blízkych odpočúvacích zariadení. Nová technológia teda pomáha zlepšiť bezpečnosť Wi-Fi, čo platí najmä pre otvorené bezdrôtové siete, ako sú verejné Wi-Fi siete, ako aj prístupové body fungujúce v osobnom režime alebo využívajúce režim zjednodušeného overovania používateľa (Pre-Shared Key , PSK) založené na bezpečnostných technológiách Wi-Fi WPA alebo WPA2.

13. MU-MIMO je najlepšie pre pevné Wi-Fi zariadenia

V súvislosti s technológiou MU-MIMO existuje aj jedna výhrada: nefunguje dobre s rýchlo sa pohybujúcimi zariadeniami, pretože proces vytvárania lúča sa stáva zložitejším a menej efektívnym. Preto vám MU-MIMO neposkytne zmysluplnú výhodu pre zariadenia, ktoré sa často pohybujú vo vašej podnikovej sieti. Malo by sa však chápať, že tieto „problémové“ zariadenia by v žiadnom prípade nemali ovplyvniť prenos dát MU-MIMO do iných klientskych zariadení, ktoré sú menej mobilné, ani ich výkon.

Prihláste sa na odber noviniek

Multi-user MIMO je neoddeliteľnou súčasťou štandardu 802.11 ac. Zatiaľ však neexistujú žiadne zariadenia, ktoré by to podporovali nový druh multianténna technológia. Smerovače WLAN predchádzajúcej generácie 802.11 ac boli označované ako zariadenia Wave 1. Iba s Wave 2 je predstavený Multi-User MIMO (MU-MIMO) a táto druhá vlna zariadení je vedená.

■ áno □ nie

Keďže MIMO pre viacerých používateľov prenáša signál súčasne do viacerých zariadení, protokol prenosu je zodpovedajúcim spôsobom rozšírený o vytváranie hlavičiek blokov údajov: namiesto prenosu niekoľkých priestorovo oddelených tokov pre jedného klienta distribuuje MIMO pre viacerých používateľov prenos pre každého používateľa. samostatne, ako aj kódovanie . Pridelenie šírky pásma a kódovanie zostávajú rovnaké.

Jeden používateľ Ak štyri zariadenia zdieľajú rovnakú WLAN, potom smerovač 4×4:4 MIMO prenáša štyri toky priestorových údajov, ale vždy len do toho istého zariadenia. Servis zariadení a modulov gadget sa vykonáva striedavo. Viac používateľov S podporou MIMO pre viacerých používateľov (Multi User MIMO) neexistuje žiadny rad zariadení čakajúcich na prístup k prostriedkom smerovača WLAN. Prenosný počítač, tablet, telefón a televízor sú poskytované dátami súčasne.

Sieť WLAN je ako rušná diaľnica: v závislosti od dennej doby okrem počítačov a notebookov, tabletov, smartfónov, televízorov a herné konzoly. Priemerná domácnosť má cez WLAN pripojených na internet viac ako päť zariadení a toto číslo neustále rastie. S rýchlosťou 11 Mbps, ktorá je poskytovaná v rámci hlavného štandardu IEEE 802.11b, si surfovanie na webe a sťahovanie dát vyžaduje veľa trpezlivosti, pretože router je možné súčasne pripojiť len k jednému zariadeniu. Ak rádiovú komunikáciu využívajú tri zariadenia naraz, potom každý klient dostane iba tretinu trvania komunikačnej relácie a dve tretiny času strávi čakaním. Hoci najnovšie IEEE 802.11ac WLAN poskytujú rýchlosť prenosu dát až 1 Gbps, majú tiež problém s poklesom rýchlosti v dôsledku radenia. Ale už ďalšia generácia zariadení (802.11ac Wave 2) sľubuje vyšší výkon pre rádiové siete s viacerými aktívnymi zariadeniami.

Aby ste lepšie pochopili podstatu inovácií, mali by ste si najskôr pripomenúť, aké zmeny sa udiali v sieťach WLAN v nedávnej minulosti. Jedným z najefektívnejších spôsobov zvýšenia dátovej rýchlosti, počnúc štandardom IEEE 802.1In, je technológia MIMO (Multiple Input Multiple Output: viackanálový vstup – viackanálový výstup). Zahŕňa použitie niekoľkých rádiových antén na paralelný prenos dátových tokov. Ak sa napríklad jeden video súbor prenáša cez WLAN a použije sa MIMO router s tromi anténami, každý vysielač v ideálnom prípade (ak má prijímač tri antény) pošle tretinu súboru.

Rastúce náklady s každou anténou

V štandarde IEEE 802.11n maximálna rýchlosť prenos dát pre každý jednotlivý tok spolu s informáciami o službe dosahuje 150 Mbps. Zariadenia so štyrmi anténami sú tak schopné prenášať dáta rýchlosťou až 600 Mbps. Súčasný štandard IEEE 802.11ac teoreticky vychádza na približne 6900 Mbps. Okrem širokých rádiových kanálov a vylepšenej modulácie poskytuje nový štandard použitie až ôsmich MIMO streamov.

Ale len zvýšenie počtu antén nezaručuje viacnásobné zrýchlenie prenosu dát. Naopak, so štyrmi anténami sa množstvo režijných nákladov výrazne zvyšuje a proces detekcie rádiových kolízií sa tiež stáva nákladnejším. Aby bolo opodstatnené použitie viacerých antén, technológia MIMO sa neustále zlepšuje. Kvôli rozlíšeniu je správnejšie nazývať bývalý MIMO jednoužívateľský MIMO (Single User MIMO). Poskytuje síce súčasný prenos viacerých priestorových tokov, ako už bolo spomenuté, ale vždy len na jednej adrese. Takáto nevýhoda je teraz eliminovaná pomocou MIMO pre viacerých používateľov. Pomocou tejto technológie môžu smerovače WLAN súčasne prenášať signál štyrom klientom. Zariadenie s ôsmimi anténami môže napríklad využívať štyri na poskytovanie notebooku a paralelne s pomocou ďalších dvoch – tabletu a smartfónu.

MIMO - presný smerový signál

Na to, aby smerovač preposielal WLAN pakety súčasne rôznym klientom, potrebuje vedieť, kde sa klienti nachádzajú. Na tento účel sa najskôr odosielajú testovacie pakety všetkými smermi. Klienti odpovedajú na tieto pakety a základňová stanica ukladá údaje o sile signálu. Technológia Beamforming je jedným z najdôležitejších pomocníkov MU MIMO. Hoci je už podporovaný štandardom IEEE 802.11n, bol vylepšený v IEEE 802.11ac. Jeho podstata spočíva v stanovení optimálneho smeru vysielania rádiového signálu klientom. Základňová stanica špecificky nastavuje pre každý rádiový signál optimálnu smerovosť vysielacej antény. Pre viacužívateľský režim je nájdenie optimálnej signálovej cesty obzvlášť dôležité, pretože zmena polohy len jedného klienta môže zmeniť všetky prenosové cesty a narušiť priepustnosť celej WLAN siete. Preto sa každých 10 ms vykoná analýza kanálov.

Na porovnanie, MIMO pre jedného používateľa analyzuje iba každých 100 ms. Multi-user MIMO môže slúžiť štyrom klientom súčasne, pričom každý klient prijíma až štyri dátové toky paralelne, celkovo teda 16 tokov. Toto MIMO pre viacerých používateľov vyžaduje nové smerovače WLAN, pretože potreba výpočtového výkonu rastie.

Jedným z najväčších problémov v MIMO pre viacerých používateľov je rušenie medzi klientmi. Hoci sa často meria preťaženie kanálov, nestačí to. V prípade potreby sú niektoré rámce uprednostňované, zatiaľ čo iné sú, naopak, dodržané. Na tento účel používa 802.11ac rôzne fronty, ktoré iná rýchlosť vykonávať spracovanie v závislosti od typu dátového paketu, pričom uprednostňuje napríklad video pakety.

9. apríla 2014

Raz IR spojenie akosi potichu a nebadane odišlo, potom prestali používať Bluetooth na výmenu dát. A teraz je na rade Wi-Fi...

Bol vyvinutý viacužívateľský systém s viacerými vstupmi a výstupmi, ktorý umožňuje sieti komunikovať s viac ako jedným počítačom súčasne. Tvorcovia tvrdia, že pri použití rovnakého rozsahu rádiových vĺn alokovaných pre Wi-Fi sa výmenný kurz môže strojnásobiť.

Qualcomm Atheros vyvinul viacužívateľský systém s viacerými vstupmi a výstupmi (MU-MIMO), ktorý umožňuje sieti komunikovať s viac ako jedným počítačom súčasne. Spoločnosť plánuje začať demonštrovať technológiu v priebehu niekoľkých nasledujúcich mesiacov pred odoslaním zákazníkom začiatkom budúceho roka.

Aby však používatelia dosiahli túto vysokú rýchlosť, budú musieť upgradovať svoje počítače aj sieťové smerovače.

S protokolom Wi-Fi sú klienti obsluhovaní sekvenčne – po určitú dobu sa používa iba jedno vysielacie a prijímacie zariadenie – takže sa využíva len malá časť šírky pásma siete.

Hromadenie týchto po sebe nasledujúcich udalostí vytvára pokles výmenného kurzu, keďže sa k sieti pripája stále viac zariadení.

Protokol MU-MIMO (multi-user, multiple input, multiple output) poskytuje simultánny prenos informácií skupine klientov, čím efektívnejšie využíva dostupnú šírku pásma Wi-Fi siete a tým zrýchľuje prenos.

Qualcomm verí, že takéto možnosti budú užitočné najmä pre konferenčné centrá a internetové kaviarne, keď sa k rovnakej sieti pripája viacero používateľov.

Spoločnosť tiež verí, že nejde len o zvýšenie absolútnej rýchlosti, ale aj efektívnejšie využitie siete a vysielacieho času na podporu rastúceho počtu pripojených zariadení, služieb a aplikácií.

Qualcomm plánuje predávať čipy MU-Mimo výrobcom smerovačov, prístupových bodov, smartfónov, tabletov a iných zariadení s podporou Wi-Fi. Prvé čipy budú schopné pracovať súčasne so štyrmi dátovými tokmi; technologická podpora bude zahrnutá v čipoch Atheros 802.11ac a mobilné procesory Snapdragon 805 a 801. Demonštrácia technológie prebehne tento rok a prvé dodávky čipov sú naplánované na 1. štvrťrok budúceho roka.

No a teraz, kto sa chce podrobnejšie ponoriť do tejto technológie, pokračujeme ...

MIMO(Multiple Input Multiple Output - viacnásobný vstup viacnásobný výstup) je technológia používaná v bezdrôtových komunikačných systémoch (WIFI, WI-MAX, mobilné siete), ktorá môže výrazne zlepšiť spektrálnu účinnosť systému, maximálnu rýchlosť prenosu dát a kapacitu siete. Hlavným spôsobom, ako dosiahnuť vyššie uvedené výhody, je prenos dát zo zdroja do cieľa prostredníctvom viacerých rádiových spojov, odkiaľ má táto technológia svoje meno. Zamyslite sa nad príbehom táto záležitosť a určiť hlavné dôvody rozšíreného používania technológie MIMO.

Potreba vysokorýchlostných pripojení, ktoré poskytujú vysokú kvalitu služieb (QoS) s vysokou odolnosťou voči chybám, z roka na rok rastie. To je do značnej miery uľahčené vznikom takých služieb ako VoIP (Voice over Internet Protocol), videokonferencie, VoD (Video on Demand) atď. Väčšina bezdrôtových technológií však neumožňuje poskytovať účastníkom vysokú kvalitu služieb na okraji oblasť pokrytia. V mobilných a iných bezdrôtových komunikačných systémoch kvalita spojenia, ako aj dostupná rýchlosť prenosu dát rýchlo klesá so vzdialenosťou od základňovej stanice (BTS). Spolu s tým klesá aj kvalita služieb, čo v konečnom dôsledku vedie k nemožnosti poskytovať služby v reálnom čase s vysoká kvalita v celom rádiovom pokrytí siete. Na vyriešenie tohto problému sa môžete pokúsiť nainštalovať základňové stanice čo najtesnejšie a zorganizovať vnútorné pokrytie na všetkých miestach s nízkou úrovňou signálu. To si však vyžiada značné finančné náklady, ktoré v konečnom dôsledku povedú k zvýšeniu ceny služby a zníženiu konkurencieschopnosti. Na vyriešenie tohto problému je teda potrebná originálna inovácia, využívajúca pokiaľ možno súčasný frekvenčný rozsah a nevyžaduje výstavbu nových sieťových zariadení.

Vlastnosti šírenia rádiových vĺn

Aby sme pochopili princípy fungovania technológie MIMO, je potrebné zvážiť všeobecné princípy šírenia rádiových vĺn vo vesmíre. Vlny vysielané rôznymi bezdrôtovými rádiovými systémami v rozsahu nad 100 MHz sa v mnohých ohľadoch správajú ako svetelné lúče. Keď sa rádiové vlny šíria po povrchu, v závislosti od materiálu a veľkosti prekážky sa časť energie pohltí, časť prejde a zvyšok sa odrazí. Pomer podielov absorbovanej, odrazenej a prenesenej časti energie je ovplyvnený mnohými vonkajšími faktormi, vrátane frekvencie signálu. Navyše odrazené a prejdené energie signálu môžu zmeniť smer ich ďalšieho šírenia a samotný signál je rozdelený do niekoľkých vĺn.

Signál šíriaci sa podľa vyššie uvedených zákonov od zdroja k prijímaču sa po stretnutí s početnými prekážkami rozdelí do mnohých vĺn, z ktorých sa k prijímaču dostane len časť. Každá z vĺn dopadajúca na prijímač vytvára takzvanú dráhu šírenia signálu. Navyše kvôli tomu, že rôzne vlny sa odrážajú od rôzneho počtu prekážok a prechádzajú rozdielna vzdialenosť, rôzne cesty majú rôzne časové oneskorenia.

V hustom mestskom prostredí, kvôli veľkému počtu prekážok, ako sú budovy, stromy, autá atď., je veľmi bežné, že medzi užívateľským zariadením (MS) a anténami nastane situácia. Základná stanica(BTS) bez priamej viditeľnosti. V tomto prípade je jediným spôsobom, ako dosiahnuť signál prijímača, odrazené vlny. Ako je však uvedené vyššie, opakovane odrazený signál už nemá počiatočnú energiu a môže prísť s oneskorením. Osobitný problém spôsobuje aj skutočnosť, že predmety nie vždy zostávajú nehybné a situácia sa môže časom výrazne zmeniť. V tejto súvislosti vyvstáva problém viaccestného šírenia signálu - jeden z najvýznamnejších problémov v bezdrôtových komunikačných systémoch.

Viaccestné šírenie – problém alebo výhoda?

Na boj proti viaccestnému šíreniu signálu sa používa niekoľko rôznych riešení. Jednou z najbežnejších technológií je Receive Diversity – príjem rozmanitosti. Jeho podstata spočíva v tom, že na príjem signálu sa používa nie jedna, ale niekoľko antén (zvyčajne dve, menej často štyri), umiestnené vo vzájomnej vzdialenosti. Príjemca má teda nie jednu, ale dve kópie prenášaného signálu, ktoré prichádzali rôznymi spôsobmi. To umožňuje zhromaždiť viac energie z pôvodného signálu, pretože vlny prijímané jednou anténou nemusia byť prijímané druhou anténou a naopak. Tiež signály prichádzajúce mimo fázu na jednu anténu môžu doraziť na druhú vo fáze. Táto organizačná schéma rádiového rozhrania sa môže nazývať Single Input Multiple Output (SIMO), na rozdiel od štandardnej schémy Single Input Single Output (SISO). Dá sa použiť aj opačný prístup: keď sa niekoľko antén používa na vysielanie a jedna na príjem. To tiež zvyšuje celkovú energiu pôvodného signálu prijatého prijímačom. Táto schéma sa nazýva Multiple Input Single Output (MISO). V oboch schémach (SIMO a MISO) je na boku základňovej stanice nainštalovaných niekoľko antén, od r realizovať anténnu diverzitu v mobilné zariadenie na dostatočne veľkú vzdialenosť je ťažké bez zväčšenia rozmerov samotného koncového zariadenia.

V dôsledku ďalšieho uvažovania sa dostávame k schéme MIMO (Multiple Input Multiple Output). V tomto prípade je nainštalovaných niekoľko antén na vysielanie a príjem. Na rozdiel od vyššie uvedených schém však táto schéma diverzity umožňuje nielen riešiť viaccestné šírenie signálu, ale aj získať ďalšie výhody. Použitím viacerých vysielacích a prijímacích antén môže byť každému páru vysielacej/prijímacej antény priradená samostatná cesta na vysielanie informácií. V tomto prípade bude diverzitný príjem vykonávaný zvyšnými anténami a táto anténa bude slúžiť aj ako doplnková anténa pre iné prenosové cesty. V dôsledku toho je teoreticky možné zvýšiť rýchlosť prenosu dát toľkokrát, koľko bude použitých dodatočných antén. Kvalita každej rádiovej cesty však spôsobuje značné obmedzenie.

Ako funguje MIMO

Ako bolo uvedené vyššie, organizácia technológie MIMO vyžaduje inštaláciu niekoľkých antén na vysielacej a prijímacej strane. Zvyčajne je na vstupe a výstupe systému inštalovaný rovnaký počet antén, pretože v tomto prípade sa dosiahne maximálna rýchlosť prenosu dát. Na zobrazenie počtu antén pri príjme a vysielaní sa spolu s názvom technológie MIMO zvyčajne uvádza označenie „AxB“, kde A je počet antén na vstupe systému a B je na výstupe. . Systém sa v tomto prípade týka rádiového spojenia.

Aby MIMO technológia fungovala, sú v porovnaní s konvenčnými systémami potrebné určité zmeny v štruktúre vysielača. Uvažujme len o jednom z možných a najjednoduchších spôsobov organizácie technológie MIMO. V prvom rade je na strane vysielania potrebný rozdeľovač toku, ktorý rozdelí dáta určené na prenos do niekoľkých nízkorýchlostných substreamov, ktorých počet závisí od počtu antén. Napríklad pre MIMO 4x4 a rýchlosť vstupných dát 200 Mbps vytvorí delič 4 toky po 50 Mbps. Ďalej, každý z týchto tokov musí byť prenášaný cez svoju vlastnú anténu. Typicky sú vysielacie antény nastavené s určitým priestorovým oddelením, aby sa umožnilo čo najviac rušivých signálov, ktoré sú výsledkom viacerých ciest. Jedným z možných spôsobov organizácie technológie MIMO je signál prenášaný z každej antény s inou polarizáciou, čo umožňuje jeho identifikáciu pri príjme. V najjednoduchšom prípade sa však ukáže, že každý z prenášaných signálov je poznačený samotným prenosovým médiom (časové oneskorenie, útlm a iné skreslenia).

Na prijímacej strane prijíma signál z rádia niekoľko antén. Okrem toho sú antény na prijímacej strane tiež inštalované s určitou priestorovou diverzitou, vďaka čomu je zabezpečený diverzitný príjem diskutovaný vyššie. Prijaté signály sú privádzané do prijímačov, ktorých počet zodpovedá počtu antén a prenosových ciest. Okrem toho každý z prijímačov prijíma signály zo všetkých antén systému. Každý z týchto sčítačov extrahuje z celkového toku energiu signálu len tej cesty, za ktorú je zodpovedný. Robí to buď podľa nejakého vopred určeného znaku, ktorým bol každý zo signálov vybavený, alebo kvôli rozboru oneskorenia, útlmu, fázového posunu, t.j. súbor deformácií alebo „odtlačkov prstov“ distribučného média. V závislosti od toho, ako systém funguje (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC) atď.), prenášaný signál sa môže opakovať každý určitý čas, alebo prenášané s miernym oneskorením cez iné antény.

V systéme s technológiou MIMO sa môže vyskytnúť nezvyčajný jav, že rýchlosť prenosu dát v systéme MIMO sa môže znížiť, ak je medzi zdrojom signálu a prijímačom priama viditeľnosť. Je to spôsobené predovšetkým znížením závažnosti skreslenia okolitého priestoru, ktorý označuje každý zo signálov. V dôsledku toho je na prijímacej strane problematické oddeliť signály a tie sa začnú navzájom ovplyvňovať. Čím vyššia je kvalita rádiového spojenia, tým menší úžitok možno získať z MIMO.

MIMO pre viacerých používateľov (MU-MIMO)

Vyššie uvedený princíp organizácie rádiovej komunikácie sa týka takzvaného Single user MIMO (SU-MIMO), kde je len jeden vysielač a prijímač informácií. V tomto prípade môže vysielač aj prijímač jasne koordinovať svoje akcie a zároveň nie je žiadnym prekvapením, keď sa v éteri môžu objaviť noví používatelia. Takáto schéma je celkom vhodná pre malé systémy, napríklad na organizovanie komunikácie v domácej kancelárii medzi dvoma zariadeniami. Na druhej strane väčšina systémov, ako sú WI-FI, WIMAX, mobilné komunikačné systémy sú viacužívateľské, t.j. majú jedno centrum a niekoľko vzdialených objektov, s každým z nich je potrebné zorganizovať rádiové spojenie. Vznikajú teda dva problémy: na jednej strane musí základňová stanica vysielať signál mnohým účastníkom cez rovnaký anténny systém (MIMO vysielanie) a súčasne prijímať signál cez rovnaké antény od viacerých účastníkov (MIMO MAC - Kanály s viacerými prístupmi).

Vo vzostupnom smere - z MS do BTS, používatelia vysielajú svoje informácie súčasne na rovnakej frekvencii. V tomto prípade vzniká pre základňovú stanicu problém: je potrebné oddeliť signály od rôznych účastníkov. Jedným z možných spôsobov riešenia tohto problému je aj metóda lineárneho spracovania, ktorá zahŕňa predkódovanie prenášaného signálu. Pôvodný signál sa podľa tejto metódy vynásobí maticou, ktorá sa skladá z koeficientov odrážajúcich rušenie od iných účastníkov. Matica je zostavená na základe aktuálnej situácie vo vzduchu: počet účastníkov, prenosové rýchlosti atď. Signál je teda pred prenosom vystavený skresleniu inverznému k tomu, s ktorým sa stretáva počas rádiového prenosu.

V zostupnom smere - smer z BTS do MS, základňová stanica vysiela signály súčasne na tom istom kanáli niekoľkým účastníkom naraz. To vedie k tomu, že signál prenášaný pre jedného účastníka ovplyvňuje príjem všetkých ostatných signálov, t.j. dochádza k rušeniu. Možnými možnosťami riešenia tohto problému je použitie inteligentnej antény alebo použitie technológie kódovania špinavého papiera („špinavý papier“). Poďme sa bližšie pozrieť na technológiu špinavého papiera. Princíp jeho fungovania je založený na analýze aktuálneho stavu rádia a počtu aktívnych účastníkov. Jediný (prvý) účastník prenáša svoje údaje do základňovej stanice bez kódovania, pričom mení svoje údaje, pretože. nedochádza k rušeniu zo strany iných účastníkov. Druhý účastník bude kódovať, t.j. meniť energiu svojho signálu tak, aby nerušil prvý a nepodliehal jeho signálu vplyvu prvého. Ďalší účastníci pridaní do systému budú tiež dodržiavať tento princíp, založený na počte aktívnych účastníkov a účinku signálov, ktoré vysielajú.

Aplikácia MIMO

Technológia MIMO je v poslednom desaťročí jedným z najdôležitejších spôsobov zvýšenia priepustnosti a kapacity bezdrôtových komunikačných systémov. Zvážte niekoľko príkladov použitia MIMO v rôzne systémy spojenia.

Štandard WiFi 802.11n je jedným z najvýraznejších príkladov využitia technológie MIMO. Podľa neho umožňuje udržiavať rýchlosti do 300 Mbps. Navyše predchádzajúci štandard 802.11g umožňoval poskytovať iba 50 Mbps. Okrem zvýšenia dátovej rýchlosti vám nový štandard vďaka MIMO umožňuje aj poskytovať najlepší výkon kvalitu služieb na miestach s nízkou intenzitou signálu. 802.11n sa používa nielen v bodových / viacbodových systémoch (Point / Multipoint) - najbežnejší výklenok na používanie technológie WiFi na organizáciu LAN (Local Area Network), ale aj na organizovanie bodových / bodových pripojení, ktoré sa používajú na organizáciu diaľkovej komunikácie. kanály rýchlosťou niekoľko stoviek Mbps a umožňujú prenos dát na desiatky kilometrov (až 50 km).

Štandard WiMAX má tiež dve vydania, ktoré prinášajú používateľom nové možnosti pomocou technológie MIMO. Prvá, 802.16e, poskytuje mobilné širokopásmové služby. Umožňuje prenášať informácie rýchlosťou až 40 Mbps v smere od základňovej stanice do účastníckeho zariadenia. MIMO v 802.16e sa však považuje za možnosť a používa sa v najjednoduchšej konfigurácii - 2x2. V ďalšom vydaní sa 802,16m MIMO považuje za povinnú technológiu s možnou konfiguráciou 4x4. V tomto prípade už možno pripísať WiMAX bunkové systémy komunikácií, konkrétne ich štvrtej generácie (kvôli vysokej rýchlosti prenosu dát), pretože má množstvo inherentných celulárne siete znaky: roaming, odovzdanie, hlasové spojenia. V prípade mobilného využitia sa dá teoreticky dosiahnuť 100 Mbps. V pevnej verzii môže rýchlosť dosiahnuť 1 Gbps.

Najväčší záujem je o využitie technológie MIMO v systémoch celulárna komunikácia. Táto technológia našla svoje uplatnenie už od tretej generácie bunkových komunikačných systémov. Napríklad v štandarde UMTS v Rel. 6, používa sa v spojení s technológiou HSPA s podporou rýchlosti do 20 Mbps a v Rel. 7 - s HSPA+, kde rýchlosti prenosu dát dosahujú 40 Mbps. MIMO však nenašlo široké uplatnenie v systémoch 3G.

Systémy, konkrétne LTE, tiež umožňujú použitie MIMO v konfiguráciách až 8x8. To teoreticky umožňuje prenášať dáta zo základnej stanice k účastníkovi rýchlosťou nad 300 Mbps. Dôležitým pozitívnym bodom je aj stabilná kvalita spojenia aj na okraji plástu. V tomto prípade, dokonca aj v značnej vzdialenosti od základňovej stanice, alebo keď ste vo vzdialenej miestnosti, bude zaznamenané len mierne zníženie rýchlosti prenosu dát.

Technológia MIMO teda nachádza uplatnenie takmer vo všetkých systémoch bezdrôtového prenosu dát. A jeho potenciál nie je vyčerpaný. Nové možnosti konfigurácie antény sa už vyvíjajú, až do 64x64 MIMO. To umožní v budúcnosti dosiahnuť ešte vyššie prenosové rýchlosti, kapacitu siete a spektrálnu efektivitu.