รีวิวเราเตอร์ที่มีเทคโนโลยี mu mimo เทคโนโลยีการรับส่งข้อมูล MIMO ในเครือข่ายไร้สาย WIFI

หนึ่งในนวัตกรรมที่สำคัญและสำคัญที่สุด Wi-Fi ในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา - Multi User - เทคโนโลยี Multiple Input Multiple Output (MU-MIMO) MU-MIMO ขยายการทำงานของการอัปเดตล่าสุด มาตรฐานไร้สาย 802.11ac "คลื่น 2" ไม่ต้องสงสัยเลยว่านี่คือความก้าวหน้าครั้งยิ่งใหญ่สำหรับ การสื่อสารไร้สาย. เทคโนโลยีนี้ช่วยเพิ่มความเร็วสูงสุดทางทฤษฎี การเชื่อมต่อแบบไร้สายจาก 3.47 Gbps ในข้อกำหนด 802.11ac เดิมเป็น 6.93 Gbps ในการอัปเกรดเป็น 802.11ac Wave 2 นี่เป็นหนึ่งในคุณสมบัติ Wi-Fi ที่ซับซ้อนที่สุดในปัจจุบัน

มาดูกันว่ามันทำงานอย่างไร!

เทคโนโลยี MU-MIMO ยกระดับมาตรฐานโดยอนุญาตให้อุปกรณ์หลายเครื่องรับสตรีมข้อมูลได้หลากหลายมันขึ้นอยู่กับ Single User MIMO (SU-MIMO) ซึ่งเปิดตัวเมื่อเกือบ 10 ปีก่อนด้วยมาตรฐาน 802.11n

SU-MIMO เพิ่มความเร็วของการเชื่อมต่อ Wi-Fi โดยอนุญาตให้อุปกรณ์ไร้สายคู่หนึ่งรับหรือส่งข้อมูลหลายสตรีมพร้อมกัน

รูปที่ 1 เทคโนโลยี SU-MIMO ให้สตรีมอินพุตและเอาท์พุตหลายช่องสัญญาณไปยังอุปกรณ์เดียวกันในเวลาเดียวกัน เทคโนโลยี MU-MIMO ช่วยให้สามารถสื่อสารได้พร้อมกันกับอุปกรณ์หลายเครื่อง

โดยพื้นฐานแล้ว มีสองเทคโนโลยีที่ปฏิวัติ Wi-Fi เทคโนโลยีแรกที่เรียกว่า beamforming ช่วยให้เราเตอร์ Wi-Fi และจุดเชื่อมต่อใช้ช่องสัญญาณวิทยุได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ก่อนการกำเนิดของเทคโนโลยีนี้ เราเตอร์ Wi-Fi และจุดเชื่อมต่อทำงานเหมือนหลอดไฟ ส่งสัญญาณออกไปทุกทิศทาง ปัญหาก็คือว่าเป็นเรื่องยากที่สัญญาณพลังงานจำกัดที่ไม่ได้โฟกัสจะเข้าถึงอุปกรณ์ไคลเอนต์ Wi-Fi

การใช้เทคโนโลยีบีมฟอร์มมิ่ง เราเตอร์ Wi-Fi หรือจุดเข้าใช้งานจะแลกเปลี่ยนข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งกับอุปกรณ์ไคลเอนต์ จากนั้นเราเตอร์จะเปลี่ยนเฟสและพลังงานเพื่อสร้างสัญญาณที่ดีขึ้น ผลลัพธ์ที่ได้: สัญญาณวิทยุถูกใช้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น การถ่ายโอนข้อมูลเร็วขึ้น และระยะการเชื่อมต่อสูงสุดอาจเพิ่มขึ้น

ความเป็นไปได้ของการสร้างบีมฟอร์มกำลังขยายตัว จนถึงขณะนี้ เราเตอร์ Wi-Fi หรือจุดเข้าใช้งานทำงานแบบเดี่ยว โดยส่งหรือรับข้อมูลจากอุปกรณ์ไคลเอนต์เพียงเครื่องเดียวในแต่ละครั้ง ในตระกูลมาตรฐานรุ่นก่อนหน้า การส่งสัญญาณไร้สายข้อมูล 802.11 รวมถึงมาตรฐาน 802.11n และเวอร์ชันแรกของมาตรฐาน 802.11ac เป็นไปได้ที่จะรับหรือส่งสตรีมข้อมูลหลายรายการพร้อมกัน แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่มีวิธีใดที่อนุญาตให้เราเตอร์ Wi-Fi หรือจุดเข้าใช้งาน เพื่อ "พูดคุย" ในเวลาเดียวกันกับลูกค้าหลายคนพร้อมกัน จากนี้ไป ด้วยความช่วยเหลือของ MU-MIMO โอกาสดังกล่าวก็ปรากฏขึ้น

นี่เป็นความก้าวหน้าครั้งยิ่งใหญ่ เนื่องจากความสามารถในการส่งข้อมูลไปยังอุปกรณ์ไคลเอนต์หลายเครื่องพร้อมๆ เทคโนโลยี MU-MIMO พัฒนาเครือข่ายไร้สายจากแบบเก่า CSMA-SD เมื่อมีการให้บริการอุปกรณ์เพียงเครื่องเดียวในเวลาเดียวกัน ไปยังระบบที่อุปกรณ์หลายเครื่องสามารถ "พูดคุย" ได้ในเวลาเดียวกัน เพื่อให้ตัวอย่างนี้ชัดเจนขึ้น ลองนึกภาพการย้ายจากถนนในชนบทเลนเดียวไปยังทางหลวงที่กว้าง

ปัจจุบัน เราเตอร์ไร้สาย 802.11ac Wave 2 และจุดเข้าใช้งานรุ่นที่สองกำลังครองตลาด ทุกคนที่ใช้ Wi-Fi เข้าใจลักษณะเฉพาะของวิธีการทำงานของเทคโนโลยี MU-MIMO เรานำเสนอข้อเท็จจริง 13 ข้อที่จะช่วยเร่งการเรียนรู้ของคุณในทิศทางนี้

1. MU-MIMO ใช้เท่านั้นสตรีม "ดาวน์สตรีม" (จากจุดเชื่อมต่อไปยังอุปกรณ์เคลื่อนที่)

ซึ่งแตกต่างจาก SU-MIMO ปัจจุบัน MU-MIMO ใช้งานได้เฉพาะกับการถ่ายโอนข้อมูลจากจุดเข้าใช้งานไปยังอุปกรณ์เคลื่อนที่ เฉพาะเราเตอร์ไร้สายหรือจุดเข้าใช้งานเท่านั้นที่สามารถส่งข้อมูลไปยังผู้ใช้หลายคนในเวลาเดียวกัน ไม่ว่าจะเป็นหนึ่งสตรีมหรือมากกว่าสำหรับแต่ละคน อุปกรณ์ไร้สายเอง (เช่น สมาร์ทโฟน แท็บเล็ต หรือแล็ปท็อป) ยังคงต้องผลัดกันส่งข้อมูลไปยังเราเตอร์ไร้สายหรือจุดเข้าใช้งาน แม้ว่าจะสามารถใช้เทคโนโลยี SU-MIMO ทีละรายการเพื่อส่งหลายสตรีมเมื่อถึงตาของพวกเขา

เทคโนโลยี MU-MIMO จะมีประโยชน์อย่างยิ่งในเครือข่ายที่ผู้ใช้ดาวน์โหลดข้อมูลมากกว่าที่อัปโหลด

บางทีในอนาคตอาจมีการใช้งานเทคโนโลยี Wi-Fi เวอร์ชัน: 802.11axโดยที่วิธี MU-MIMO จะใช้ได้กับการรับส่งข้อมูล "อัปสตรีม"

2. MU-MIMO ใช้งานได้ในย่านความถี่ Wi-Fi 5GHz เท่านั้น

เทคโนโลยี SU-MIMO ทำงานได้ทั้งในย่านความถี่ 2.4GHz และ 5GHz 802.11ac Wave 2 รุ่นที่ 2 เราเตอร์ไร้สายและจุดเชื่อมต่อสามารถให้บริการผู้ใช้หลายคนในเวลาเดียวกันบนแถบความถี่เดียวกัน 5 กิกะเฮิรตซ์ ในแง่หนึ่งแน่นอนว่าน่าเสียดายที่ในย่านความถี่ 2.4 GHz ที่แคบและแออัดมากขึ้นเราจะไม่สามารถใช้ เทคโนโลยีใหม่. แต่ในทางกลับกัน มีอุปกรณ์ไร้สายดูอัลแบนด์จำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ในตลาดที่รองรับเทคโนโลยี MU-MIMO ซึ่งเราสามารถใช้เพื่อปรับใช้เครือข่าย Wi-Fi ประสิทธิภาพสูงขององค์กร

3. เทคโนโลยี Beamforming ช่วยนำทางสัญญาณ

ในวรรณคดีของสหภาพโซเวียต คุณอาจพบแนวคิดของ Phased Antenna Array ซึ่งพัฒนาขึ้นสำหรับเรดาร์ทางทหารในช่วงปลายยุค 80 มีการใช้เทคโนโลยีที่คล้ายกันกับ Wi-Fi สมัยใหม่ MU-MIMO ใช้การปรับทิศทางสัญญาณ (เรียกว่า "beamforming" ในเอกสารทางเทคนิคภาษาอังกฤษ) Beamfiorming อนุญาตให้ส่งสัญญาณไปยังตำแหน่งที่ต้องการของอุปกรณ์ไร้สาย (หรืออุปกรณ์) แทนที่จะถูกส่งออกไป สุ่มในทุกทิศทาง ดังนั้นจึงกลายเป็นการเน้นสัญญาณและเพิ่มช่วงและความเร็วของการเชื่อมต่อ Wi-Fi อย่างมีนัยสำคัญ

แม้ว่าเทคโนโลยีบีมฟอร์มมิ่งจะมีให้เลือกใช้กับมาตรฐาน 802.11n แต่ผู้ผลิตส่วนใหญ่ก็ใช้เทคโนโลยีนี้ในเวอร์ชันที่เป็นกรรมสิทธิ์ของตนเอง ผู้ค้าเหล่านี้ยังคงนำเสนอการนำเทคโนโลยีที่เป็นกรรมสิทธิ์มาใช้ในอุปกรณ์ของตน แต่ตอนนี้พวกเขาจะต้องรวมเทคโนโลยีการส่งสัญญาณทิศทางเวอร์ชันที่เรียบง่ายและเป็นมาตรฐานเป็นอย่างน้อย หากต้องการสนับสนุนเทคโนโลยี MU-MIMO ในสายผลิตภัณฑ์ 802.11ac ของตน

4. MU-MIMO รองรับการสตรีมและอุปกรณ์พร้อมกันในจำนวนจำกัด

ขออภัย เราเตอร์หรือจุดเชื่อมต่อที่มีเทคโนโลยี MU-MIMO ที่ใช้งานอยู่ไม่สามารถให้บริการสตรีมและอุปกรณ์พร้อมกันได้ไม่จำกัดจำนวน เราเตอร์หรือจุดเชื่อมต่อมีขีดจำกัดของตัวเองเกี่ยวกับจำนวนสตรีมที่ให้บริการ (มักจะเป็น 2, 3 หรือ 4 สตรีม) และจำนวนสตรีมเชิงพื้นที่นี้ยังจำกัดจำนวนอุปกรณ์ที่จุดเชื่อมต่อสามารถให้บริการได้ในเวลาเดียวกัน ตัวอย่างเช่น จุดเชื่อมต่อที่รองรับสี่สตรีมสามารถให้บริการสี่สตรีมพร้อมกัน อุปกรณ์ต่างๆหรือ ตัวอย่างเช่น ส่งหนึ่งสตรีมไปยังอุปกรณ์หนึ่ง และรวมสตรีมอื่นอีกสามสตรีมไปยังอีกอุปกรณ์หนึ่ง (เพิ่มความเร็วจากการรวมช่องสัญญาณ)​

5. อุปกรณ์ของผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องมีหลายเสาอากาศ

เช่นเดียวกับเทคโนโลยี SU-MIMO เฉพาะอุปกรณ์ไร้สายที่รองรับ MU-MIMO ในตัวเท่านั้นที่สามารถรวบรวมสตรีม (อัตรา) แต่ไม่เหมือนกับสถานการณ์ของเทคโนโลยี SU-MIMO อุปกรณ์ไร้สายไม่จำเป็นต้องมีเสาอากาศหลายเสาเพื่อรับสตรีม MU-MIMO จากเราเตอร์ไร้สายและจุดเข้าใช้งาน ถ้า อุปกรณ์ไร้สายติดตั้งเสาอากาศเพียงเสาเดียวก็สามารถรับสัญญาณได้สตรีมข้อมูล MU-MIMO เพียงสตรีมเดียวจากจุดเข้าใช้งาน โดยใช้รูปแบบลำแสงเพื่อปรับปรุงการรับสัญญาณ

เสาอากาศที่มากขึ้นจะช่วยให้อุปกรณ์ของผู้ใช้ไร้สายสามารถรับสตรีมข้อมูลได้มากขึ้นในเวลาเดียวกัน (โดยปกติจะเป็นหนึ่งสตรีมต่อเสาอากาศ) ซึ่งจะส่งผลดีต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์นี้อย่างแน่นอน อย่างไรก็ตาม การมีเสาอากาศหลายเสาในอุปกรณ์ของผู้ใช้จะส่งผลเสียต่อการใช้พลังงานและขนาดของผลิตภัณฑ์นี้ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับสมาร์ทโฟน

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยี MU-MIMO กำหนดความต้องการด้านฮาร์ดแวร์บนอุปกรณ์ไคลเอนต์น้อยกว่าความยุ่งยาก ข้อกำหนดทางเทคนิคเทคโนโลยี SU-MIMO จึงปลอดภัยที่จะสันนิษฐานว่าผู้ผลิตจะเต็มใจที่จะติดตั้งอุปกรณ์เหล่านี้ให้มากขึ้นแล็ปท็อปและแท็บเล็ตที่รองรับเทคโนโลยี MU-MIMO​

6. จุดเข้าใช้งานช่วยยกของหนัก

ในความพยายามที่จะลดความซับซ้อนของข้อกำหนดสำหรับอุปกรณ์ของผู้ใช้ปลายทาง ผู้พัฒนาเทคโนโลยี MU-MIMO ได้พยายามเปลี่ยนงานการประมวลผลสัญญาณส่วนใหญ่ไปยังจุดเข้าใช้งาน นี่คือความก้าวหน้าอีกขั้นจากเทคโนโลยี SU-MIMO ซึ่งภาระในการประมวลผลสัญญาณส่วนใหญ่อยู่ที่อุปกรณ์ของผู้ใช้ และอีกครั้ง วิธีนี้จะช่วยให้ผู้ผลิตอุปกรณ์ไคลเอ็นต์ประหยัดพลังงาน ขนาด และต้นทุนอื่นๆ ในการผลิตโซลูชันผลิตภัณฑ์ของตนโดยรองรับ MU-MIMO ซึ่งน่าจะส่งผลดีอย่างมากต่อการทำให้เทคโนโลยีนี้เป็นที่นิยม

7. แม้แต่อุปกรณ์ราคาประหยัดก็ยังได้รับประโยชน์จากการส่งสัญญาณพร้อมกันผ่านสตรีมเชิงพื้นที่หลายช่อง

คล้ายกับการรวมลิงค์ใน เครือข่ายอีเทอร์เน็ต(802.3ad และ LACP) การรวมสตรีม 802.1ac จะไม่เพิ่มความเร็วของการเชื่อมต่อแบบจุดต่อจุด เหล่านั้น. หากคุณเป็นผู้ใช้เพียงคนเดียวและคุณมีแอปพลิเคชันเดียวที่ทำงานอยู่ คุณจะใช้สตรีมเชิงพื้นที่เพียง 1 รายการ

อย่างไรก็ตาม มันเป็นไปได้ที่จะเพิ่มขึ้นแบนด์วิธของเครือข่ายโดยรวมโดยให้ความสามารถในการให้บริการจุดเชื่อมต่อของอุปกรณ์ผู้ใช้หลายเครื่องพร้อมกัน

แต่ถ้าใช้ในเครือข่ายของคุณทั้งหมด อุปกรณ์ของผู้ใช้รองรับเพียงสตรีมเดียว MU-MIMO จะช่วยให้จุดเข้าใช้งานของคุณให้บริการอุปกรณ์ได้สูงสุดสามเครื่องพร้อมกัน แทนที่จะเป็นทีละเครื่อง ในขณะที่อุปกรณ์อื่นๆ(ขั้นสูงกว่า) อุปกรณ์ของผู้ใช้จะต้องเข้าแถวรอ

8. อุปกรณ์ของผู้ใช้บางอย่างมีการรองรับเทคโนโลยี MU-MIMO ที่ซ่อนอยู่

แม้ว่าปัจจุบันจะมีเราเตอร์ จุดเชื่อมต่อ หรืออุปกรณ์เคลื่อนที่ไม่มากนักที่รองรับ MU-MIMO แต่บริษัทชิป Wi-Fi อ้างว่าผู้ผลิตบางรายได้คำนึงถึงข้อกำหนดของฮาร์ดแวร์ในกระบวนการผลิตเพื่อรองรับเทคโนโลยีใหม่สำหรับบางอุปกรณ์ของตน อุปกรณ์สำหรับผู้ใช้ปลายทางเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา อัปเกรดค่อนข้างง่ายสำหรับอุปกรณ์ดังกล่าว ซอฟต์แวร์จะเพิ่มการรองรับเทคโนโลยี MU-MIMO ซึ่งจะช่วยเร่งความนิยมและการแพร่กระจายของเทคโนโลยี ตลอดจนสนับสนุนให้บริษัทและองค์กรต่างๆ อัพเกรดเครือข่ายไร้สายขององค์กรด้วยอุปกรณ์ที่รองรับมาตรฐาน 802.11ac

9. อุปกรณ์ที่ไม่รองรับ MU-MIMO ก็ได้รับประโยชน์เช่นกัน

แม้ว่าอุปกรณ์ Wi-Fi จะต้องรองรับ MU-MIMO เพื่อใช้เทคโนโลยีนี้ แม้แต่อุปกรณ์ไคลเอ็นต์ที่ไม่รองรับดังกล่าวก็สามารถได้รับประโยชน์ทางอ้อมจากการทำงานบนเครือข่ายไร้สายที่เราเตอร์หรือจุดเข้าใช้งานรองรับเทคโนโลยี MU-MIMO ควรจำไว้ว่าอัตราการถ่ายโอนข้อมูลผ่านเครือข่ายโดยตรงขึ้นอยู่กับเวลาทั้งหมดที่อุปกรณ์สมาชิกเชื่อมต่อกับสถานีวิทยุ และหากเทคโนโลยี MU-MIMO ช่วยให้คุณให้บริการอุปกรณ์บางเครื่องได้เร็วขึ้น นั่นหมายความว่าจุดเชื่อมต่อในเครือข่ายดังกล่าวจะมีเวลามากขึ้นในการให้บริการอุปกรณ์ไคลเอนต์อื่นๆ

10. MU-MIMO ช่วยเพิ่มแบนด์วิธไร้สาย

เมื่อคุณเพิ่มความเร็วในการเชื่อมต่อ Wi-Fi คุณจะเพิ่มแบนด์วิธเครือข่ายไร้สายด้วย เมื่ออุปกรณ์ได้รับการให้บริการเร็วขึ้น เครือข่ายจึงมีเวลาออกอากาศมากขึ้นเพื่อให้บริการอุปกรณ์ไคลเอ็นต์มากขึ้น ดังนั้น เทคโนโลยี MU-MIMO จึงสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของเครือข่ายไร้สายได้อย่างมากเมื่อมีทราฟฟิกหนาแน่นหรือมีอุปกรณ์เชื่อมต่อจำนวนมาก เช่น เครือข่าย Wi-Fi สาธารณะ นี่เป็นข่าวดีเนื่องจากจำนวนสมาร์ทโฟนและอุปกรณ์เคลื่อนที่อื่นๆ ที่มีการเชื่อมต่อ Wi-Fi มีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

11. รองรับความกว้างของช่องใดก็ได้

วิธีหนึ่งในการขยาย แบนด์วิธช่อง Wi-Fi คือการเชื่อมต่อช่องสัญญาณเมื่อสองช่องรวมกัน ช่องที่อยู่ติดกันเป็นหนึ่งช่องสัญญาณที่กว้างเป็นสองเท่า เพิ่มความเร็วของการเชื่อมต่อ Wi-Fi ระหว่างอุปกรณ์และจุดเชื่อมต่อได้อย่างมีประสิทธิภาพเป็นสองเท่า มาตรฐาน 802.11n ให้การสนับสนุนช่องสัญญาณกว้างถึง 40 MHz ในข้อกำหนดเดิมของมาตรฐาน 802.11ac ความกว้างช่องสัญญาณที่รองรับเพิ่มขึ้นเป็น 80 MHz มาตรฐาน 802.11ac Wave 2 ที่อัปเดตรองรับช่องสัญญาณ 160 MHz

รูปที่ 3 ปัจจุบัน 802.11ac รองรับช่องสัญญาณกว้างถึง 160 MHz ในย่านความถี่ 5 GHz

อย่างไรก็ตาม อย่าลืมว่าการใช้ช่องสัญญาณที่กว้างขึ้นในเครือข่ายไร้สายจะเพิ่มโอกาสในการรบกวนในช่องสัญญาณร่วม ดังนั้นวิธีนี้จะไม่เสมอไป ทางเลือกที่เหมาะสมเพื่อปรับใช้เครือข่าย Wi-Fi ทั้งหมดโดยไม่มีข้อยกเว้น อย่างไรก็ตาม อย่างที่เราเห็นเทคโนโลยี MU-MIMO สามารถใช้กับช่องสัญญาณที่มีความกว้างเท่าใดก็ได้

อย่างไรก็ตาม แม้ว่าเครือข่ายไร้สายของคุณจะใช้ช่องสัญญาณ 20MHz หรือ 40MHz ที่แคบกว่า MU-MIMO ก็ยังช่วยให้ทำงานได้เร็วขึ้นได้ แต่จะเร็วแค่ไหนนั้นขึ้นอยู่กับจำนวนอุปกรณ์ไคลเอนต์ที่ต้องให้บริการและจำนวนสตรีมที่อุปกรณ์เหล่านี้รองรับ ดังนั้น การใช้เทคโนโลยี MU-MIMO แม้จะไม่มีช่องสัญญาณที่เชื่อมโยงกันในวงกว้าง ก็สามารถเพิ่มทรูพุตของการเชื่อมต่อไร้สายขาออกสำหรับอุปกรณ์แต่ละเครื่องได้มากกว่าสองเท่า

12. การประมวลผลสัญญาณช่วยเพิ่มความปลอดภัย

ผลข้างเคียงที่น่าสนใจของเทคโนโลยี MU-MIMO คือเราเตอร์หรือจุดเข้าใช้งานจะเข้ารหัสข้อมูลก่อนที่จะส่งผ่านทางอากาศค่อนข้างยากที่จะถอดรหัสข้อมูลที่ส่งโดยใช้เทคโนโลยี MU-MIMO เนื่องจากยังไม่ชัดเจนว่าส่วนใดของรหัสอยู่ในสตรีมเชิงพื้นที่ แม้ว่าในภายหลังอาจมีการพัฒนาเครื่องมือพิเศษเพื่อให้อุปกรณ์อื่นๆ สามารถสกัดกั้นการรับส่งข้อมูลได้ แต่ในปัจจุบัน เทคโนโลยี MU-MIMO สามารถปกปิดข้อมูลจากอุปกรณ์รับฟังที่อยู่ใกล้เคียงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้น เทคโนโลยีใหม่นี้จึงช่วยปรับปรุงความปลอดภัยของ Wi-Fi โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเครือข่ายไร้สายแบบเปิด เช่น เครือข่าย Wi-Fi สาธารณะ เช่นเดียวกับจุดเชื่อมต่อที่ทำงานในโหมดส่วนบุคคลหรือใช้โหมดการตรวจสอบผู้ใช้แบบง่าย (คีย์แบบแบ่งล่วงหน้า , PSK) ใช้เทคโนโลยีความปลอดภัย WPA หรือ WPA2 Wi-Fi

13. MU-MIMO ดีที่สุดสำหรับอุปกรณ์ Wi-Fi แบบคงที่

นอกจากนี้ยังมีข้อแม้อย่างหนึ่งเกี่ยวกับเทคโนโลยี MU-MIMO: ใช้งานได้ไม่ดีกับอุปกรณ์ที่เคลื่อนที่เร็ว เนื่องจากกระบวนการขึ้นรูปลำแสงมีความซับซ้อนและมีประสิทธิภาพน้อยลง ดังนั้น MU-MIMO จะไม่ให้ประโยชน์ที่มีความหมายแก่คุณสำหรับอุปกรณ์ที่โรมมิ่งบนเครือข่ายองค์กรของคุณบ่อยๆ อย่างไรก็ตาม ควรทำความเข้าใจว่าอุปกรณ์ที่ "มีปัญหา" เหล่านี้ไม่ควรส่งผลกระทบต่อการส่งข้อมูล MU-MIMO ไปยังอุปกรณ์ไคลเอ็นต์อื่นที่มีอุปกรณ์เคลื่อนที่น้อยกว่าหรือประสิทธิภาพ

สมัครรับข่าวสาร

MIMO สำหรับผู้ใช้หลายคนเป็นส่วนสำคัญของมาตรฐาน 802.11 ac แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่มีอุปกรณ์ที่รองรับ ชนิดใหม่เทคโนโลยีหลายเสาอากาศ เราเตอร์ 802.11 ac WLAN รุ่นก่อนหน้าเรียกว่าอุปกรณ์ Wave 1 เฉพาะ Wave 2 เท่านั้นที่แนะนำ Multi-User MIMO (MU-MIMO) และอุปกรณ์ระลอกที่สองนี้นำโดย

■ ใช่ □ ไม่ใช่

เนื่องจาก MIMO ของผู้ใช้หลายคนส่งสัญญาณพร้อมกันไปยังอุปกรณ์หลายเครื่อง โปรโตคอลการส่งข้อมูลจึงถูกขยายตามในแง่ของการสร้างส่วนหัวของบล็อกข้อมูล: แทนที่จะส่งสัญญาณสตรีมที่แยกจากกันเชิงพื้นที่หลายรายการสำหรับไคลเอ็นต์เดียว MIMO ผู้ใช้หลายคนจะกระจายการส่งสัญญาณสำหรับผู้ใช้แต่ละคน แยกกันเช่นเดียวกับการเข้ารหัส . การจัดสรรแบนด์วิธและการเข้ารหัสยังคงเหมือนเดิม

ผู้ใช้คนเดียว หากอุปกรณ์สี่เครื่องแชร์ WLAN เดียวกัน เราเตอร์ MIMO ขนาด 4×4:4 จะส่งสตรีมข้อมูลเชิงพื้นที่สี่สตรีม แต่จะส่งไปยังอุปกรณ์เดียวกันเสมอ อุปกรณ์และโปรแกรมเบ็ดเตล็ดให้บริการสลับกัน ผู้ใช้หลายคน รองรับ Multi User MIMO (MIMO ผู้ใช้หลายคน) ไม่มีอุปกรณ์รอคิวเพื่อเข้าถึงทรัพยากรของเราเตอร์ WLAN แล็ปท็อป แท็บเล็ต โทรศัพท์ และทีวีจะได้รับข้อมูลในเวลาเดียวกัน

เครือข่าย WLAN เปรียบเสมือนทางหลวงที่พลุกพล่าน: ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวัน นอกเหนือจากพีซีและแล็ปท็อป แท็บเล็ต สมาร์ทโฟน ทีวี และ เกมคอนโซล. ครัวเรือนโดยเฉลี่ยมีอุปกรณ์มากกว่าห้าเครื่องที่เชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตผ่าน WLAN และจำนวนนี้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ด้วยความเร็ว 11 Mbps ซึ่งให้บริการภายใต้มาตรฐาน IEEE 802.11b หลัก การท่องเว็บและดาวน์โหลดข้อมูลต้องใช้ความอดทนอย่างมาก เนื่องจากเราเตอร์สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ได้ครั้งละหนึ่งเครื่องเท่านั้น หากอุปกรณ์สามเครื่องใช้การสื่อสารทางวิทยุพร้อมกัน ลูกค้าแต่ละรายจะได้รับระยะเวลาเพียงหนึ่งในสามของเซสชันการสื่อสาร และสองในสามของเวลาจะถูกใช้ไปกับการรอ แม้ว่า IEEE 802.11ac WLAN รุ่นล่าสุดจะให้อัตราข้อมูลสูงถึง 1 Gbps แต่ก็มีปัญหาความเร็วลดลงเนื่องจากการเข้าคิว แต่อุปกรณ์รุ่นต่อไป (802.11ac Wave 2) ให้ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นสำหรับเครือข่ายวิทยุที่มีอุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่หลายเครื่อง

เพื่อให้เข้าใจแก่นแท้ของนวัตกรรมได้ดีขึ้น ก่อนอื่นคุณควรนึกถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับเครือข่าย WLAN ในช่วงที่ผ่านมา หนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการเพิ่มอัตราข้อมูลโดยเริ่มจากมาตรฐาน IEEE 802.1In คือเทคโนโลยี MIMO (หลายอินพุตหลายเอาต์พุต: อินพุตหลายช่อง - เอาต์พุตหลายช่อง) มันเกี่ยวข้องกับการใช้เสาอากาศวิทยุหลายตัวสำหรับการส่งกระแสข้อมูลแบบขนาน ตัวอย่างเช่น หากไฟล์วิดีโอหนึ่งไฟล์ถูกส่งผ่าน WLAN และใช้เราเตอร์ MIMO ที่มีเสาอากาศสามเสา ตัวส่งสัญญาณแต่ละตัวจะส่งหนึ่งในสามของไฟล์ (หากเครื่องรับมีเสาอากาศสามเสา)

ค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้นกับแต่ละเสาอากาศ

ในมาตรฐาน IEEE 802.11n ความเร็วสูงสุดการถ่ายโอนข้อมูลสำหรับแต่ละสตรีมพร้อมกับข้อมูลบริการสูงถึง 150 Mbps อุปกรณ์ที่มีสี่เสาอากาศจึงสามารถส่งข้อมูลได้สูงสุด 600 Mbps ปัจจุบันมาตรฐาน IEEE 802.11ac ในทางทฤษฎีออกมาที่ประมาณ 6900 Mbps นอกเหนือจากช่องสัญญาณวิทยุที่กว้างและการมอดูเลตที่ได้รับการปรับปรุงแล้ว มาตรฐานใหม่ยังรองรับการใช้สตรีม MIMO ได้สูงสุดแปดสตรีม

แต่การเพิ่มจำนวนเสาอากาศไม่ได้รับประกันการเร่งความเร็วในการรับส่งข้อมูล ในทางกลับกัน ด้วยเสาอากาศสี่เสา ปริมาณค่าใช้จ่ายจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก และกระบวนการตรวจจับการชนกันของสัญญาณวิทยุก็มีต้นทุนสูงขึ้นเช่นกัน เพื่อแสดงให้เห็นถึงการใช้เสาอากาศมากขึ้น เทคโนโลยี MIMO ยังคงปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง เพื่อความแตกต่าง การเรียก MIMO ผู้ใช้รายเดียวในอดีตนั้นถูกต้องกว่า MIMO (Single User MIMO) แม้ว่าจะให้การส่งสัญญาณเชิงพื้นที่หลายกระแสพร้อมกันดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ แต่จะอยู่ที่ที่อยู่เดียวเสมอ ข้อเสียดังกล่าวถูกกำจัดไปแล้วด้วยความช่วยเหลือของ MIMO แบบผู้ใช้หลายคน ด้วยเทคโนโลยีนี้ เราเตอร์ WLAN สามารถส่งสัญญาณไปยังไคลเอนต์สี่เครื่องได้พร้อมกัน ตัวอย่างเช่นอุปกรณ์ที่มีเสาอากาศแปดเสาสามารถใช้สี่เสาเพื่อจัดหาแล็ปท็อปและควบคู่ไปกับความช่วยเหลือจากอีกสองคน - แท็บเล็ตและสมาร์ทโฟน

MIMO - สัญญาณทิศทางที่แม่นยำ

เพื่อให้เราเตอร์ส่งต่อแพ็กเก็ต WLAN ไปยังไคลเอนต์ต่างๆ ในเวลาเดียวกัน จำเป็นต้องรู้ว่าไคลเอ็นต์อยู่ที่ใด ในการทำเช่นนี้ ก่อนอื่น แพ็กเก็ตทดสอบจะถูกส่งไปทุกทิศทาง ไคลเอ็นต์ตอบสนองต่อแพ็คเก็ตเหล่านี้และสถานีฐานจะเก็บข้อมูลความแรงของสัญญาณ เทคโนโลยี Beamforming เป็นหนึ่งในตัวช่วยที่สำคัญที่สุดของ MU MIMO แม้ว่าจะรองรับมาตรฐาน IEEE 802.11n แล้ว แต่ได้รับการปรับปรุงใน IEEE 802.11ac สาระสำคัญของมันคือการกำหนดทิศทางที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการส่งสัญญาณวิทยุไปยังลูกค้า สถานีฐานตั้งค่าเฉพาะสำหรับสัญญาณวิทยุแต่ละตัวให้มีทิศทางที่เหมาะสมที่สุดของเสาอากาศส่งสัญญาณ สำหรับโหมดผู้ใช้หลายคน การค้นหาเส้นทางสัญญาณที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากการเปลี่ยนตำแหน่งของไคลเอนต์เพียงเครื่องเดียวสามารถเปลี่ยนเส้นทางการส่งสัญญาณทั้งหมดและทำให้ทรูพุตของเครือข่าย WLAN ทั้งหมดหยุดชะงัก ดังนั้น ทุกๆ 10 มิลลิวินาที จะมีการวิเคราะห์แชนเนล

ในการเปรียบเทียบ MIMO ของผู้ใช้รายเดียวจะวิเคราะห์ทุกๆ 100 มิลลิวินาทีเท่านั้น MIMO แบบผู้ใช้หลายคนสามารถให้บริการไคลเอนต์สี่เครื่องพร้อมกัน โดยไคลเอนต์แต่ละเครื่องจะได้รับสตรีมข้อมูลสูงสุดสี่สตรีมพร้อมกัน รวมเป็น 16 สตรีม MIMO แบบผู้ใช้หลายคนนี้ต้องการเราเตอร์ WLAN ใหม่เนื่องจากความต้องการพลังการประมวลผลเพิ่มขึ้น

หนึ่งในปัญหาที่ใหญ่ที่สุดใน MIMO แบบผู้ใช้หลายคนคือการรบกวนระหว่างไคลเอ็นต์กับไคลเอนต์ แม้ว่าจะวัดความแออัดของช่องสัญญาณบ่อยครั้ง แต่ก็ยังไม่เพียงพอ หากจำเป็นบางเฟรมจะได้รับความสำคัญในขณะที่เฟรมอื่น ๆ จะปฏิบัติตาม ในการทำเช่นนี้ 802.11ac ใช้คิวต่างๆ ที่ ความเร็วที่แตกต่างกันทำการประมวลผลโดยขึ้นอยู่กับประเภทของแพ็กเก็ตข้อมูล เช่น แพ็กเก็ตวิดีโอ

วันที่ 9 เมษายน 2557

ครั้งหนึ่ง การเชื่อมต่อ IR จากไปอย่างเงียบ ๆ และมองไม่เห็น จากนั้นพวกเขาก็หยุดใช้ Bluetooth เพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูล และตอนนี้ก็ถึงคราวของ Wi-Fi...

ระบบผู้ใช้หลายคนที่มีอินพุตและเอาต์พุตหลายตัวได้รับการพัฒนา ทำให้เครือข่ายสามารถสื่อสารกับคอมพิวเตอร์มากกว่าหนึ่งเครื่องในเวลาเดียวกัน ผู้สร้างอ้างว่าเมื่อใช้คลื่นวิทยุช่วงเดียวกันที่จัดสรรไว้สำหรับ Wi-Fi อัตราแลกเปลี่ยนจะเพิ่มเป็นสามเท่าได้

Qualcomm Atheros ได้พัฒนาระบบ multi-user, multi-in/out (MU-MIMO) ที่ช่วยให้เครือข่ายสามารถสื่อสารกับคอมพิวเตอร์มากกว่าหนึ่งเครื่องในเวลาเดียวกัน บริษัทวางแผนที่จะเริ่มสาธิตเทคโนโลยีในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้าก่อนที่จะจัดส่งให้กับลูกค้าในต้นปีหน้า

อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้รับความเร็วสูง ผู้ใช้จะต้องอัปเกรดทั้งคอมพิวเตอร์และเราเตอร์เครือข่าย

ด้วยโปรโตคอล Wi-Fi ไคลเอ็นต์จะได้รับบริการตามลำดับ - ใช้อุปกรณ์ส่งและรับเพียงเครื่องเดียวในช่วงเวลาหนึ่ง - ดังนั้นจึงใช้แบนด์วิดท์เครือข่ายเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

การสะสมของเหตุการณ์ต่อเนื่องเหล่านี้ทำให้อัตราแลกเปลี่ยนลดลงเนื่องจากมีอุปกรณ์เชื่อมต่อกับเครือข่ายมากขึ้นเรื่อยๆ

โปรโตคอล MU-MIMO (ผู้ใช้หลายคน, หลายอินพุต, หลายเอาต์พุต) ให้การส่งข้อมูลพร้อมกันไปยังกลุ่มไคลเอ็นต์ ซึ่งทำให้ใช้แบนด์วิธเครือข่าย Wi-Fi ที่มีอยู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และทำให้การรับส่งข้อมูลเร็วขึ้น

วอลคอมม์เชื่อว่าความสามารถดังกล่าวจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับศูนย์การประชุมและร้านอินเทอร์เน็ตเมื่อผู้ใช้หลายคนเชื่อมต่อกับเครือข่ายเดียวกัน

บริษัทยังเชื่อด้วยว่าไม่ใช่แค่การเพิ่มความเร็วสัมบูรณ์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการใช้เครือข่ายและเวลาออกอากาศอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อรองรับอุปกรณ์ บริการ และแอพพลิเคชั่นที่เชื่อมต่อกันจำนวนมากขึ้น

Qualcomm วางแผนที่จะขายชิป MU-Mimo ให้กับผู้ผลิตเราเตอร์ จุดเชื่อมต่อ สมาร์ทโฟน แท็บเล็ต และอุปกรณ์อื่นๆ ที่รองรับ Wi-Fi ชิปตัวแรกจะสามารถทำงานได้พร้อมกันกับสี่สตรีมข้อมูล การสนับสนุนด้านเทคโนโลยีจะรวมอยู่ในชิป Atheros 802.11ac และ โปรเซสเซอร์มือถือ Snapdragon 805 และ 801 การสาธิตเทคโนโลยีจะเกิดขึ้นในปีนี้ และการจัดส่งชิปชุดแรกมีกำหนดในไตรมาสที่ 1 ของปีหน้า

ตอนนี้ใครอยากเจาะลึกเทคโนโลยีนี้โดยละเอียดเราดำเนินการต่อ ...

มิโม(หลายอินพุตหลายเอาต์พุต - หลายอินพุตหลายเอาต์พุต) เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในระบบสื่อสารไร้สาย (WIFI, WI-MAX, เครือข่ายเซลลูลาร์) ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงสเปกตรัมของระบบ อัตราการถ่ายโอนข้อมูลสูงสุด และความจุของเครือข่ายได้อย่างมาก วิธีหลักในการบรรลุข้อได้เปรียบข้างต้นคือการส่งข้อมูลจากต้นทางไปยังปลายทางผ่านลิงค์วิทยุหลายลิงค์ ซึ่งเป็นที่มาของชื่อเทคโนโลยีนี้ พิจารณาภูมิหลัง ปัญหานี้และกำหนดสาเหตุหลักสำหรับการใช้เทคโนโลยี MIMO อย่างแพร่หลาย

ความต้องการการเชื่อมต่อความเร็วสูงที่ให้บริการคุณภาพสูง (QoS) พร้อมความทนทานต่อข้อผิดพลาดสูงกำลังเพิ่มขึ้นทุกปี สิ่งนี้อำนวยความสะดวกโดยส่วนใหญ่จากการเกิดขึ้นของบริการต่างๆ เช่น VoIP (Voice over Internet Protocol), การประชุมทางวิดีโอ, VoD (Video on Demand) เป็นต้น อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีไร้สายส่วนใหญ่ไม่อนุญาตให้มีการให้บริการคุณภาพสูงแก่สมาชิก พื้นที่ครอบคลุม ในระบบเซลลูลาร์และระบบสื่อสารไร้สายอื่นๆ คุณภาพของการเชื่อมต่อ รวมถึงอัตราข้อมูลที่มีอยู่จะลดลงอย่างรวดเร็วตามระยะทางจากสถานีฐาน (BTS) นอกจากนี้คุณภาพของบริการยังลดลงซึ่งนำไปสู่ความเป็นไปไม่ได้ในการให้บริการแบบเรียลไทม์ด้วย คุณภาพสูงทั่วเครือข่ายวิทยุกระจายเสียง เพื่อแก้ปัญหานี้ คุณสามารถลองติดตั้งสถานีฐานให้แน่นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และจัดระเบียบการครอบคลุมภายในในทุกสถานที่ที่มีระดับสัญญาณต่ำ อย่างไรก็ตามสิ่งนี้จะต้องใช้ต้นทุนทางการเงินจำนวนมาก ซึ่งจะนำไปสู่การเพิ่มต้นทุนของบริการและความสามารถในการแข่งขันที่ลดลงในที่สุด ดังนั้น เพื่อแก้ปัญหานี้ จึงจำเป็นต้องมีนวัตกรรมดั้งเดิม โดยใช้ช่วงความถี่ปัจจุบัน หากเป็นไปได้ และไม่ต้องการการสร้างสิ่งอำนวยความสะดวกเครือข่ายใหม่

คุณสมบัติของการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุ

เพื่อให้เข้าใจหลักการทำงานของเทคโนโลยี MIMO จำเป็นต้องพิจารณาหลักการทั่วไปของการแพร่กระจายคลื่นวิทยุในอวกาศ คลื่นที่ปล่อยออกมาจากระบบวิทยุไร้สายต่างๆ ในช่วงที่สูงกว่า 100 MHz จะมีพฤติกรรมหลายอย่างเหมือนลำแสง เมื่อคลื่นวิทยุแพร่กระจายบนพื้นผิว ขึ้นอยู่กับวัสดุและขนาดของสิ่งกีดขวาง พลังงานบางส่วนจะถูกดูดซับ บางส่วนทะลุผ่าน และส่วนที่เหลือจะสะท้อนกลับ อัตราส่วนของส่วนแบ่งของส่วนที่ดูดซับ สะท้อน และส่งผ่านของพลังงานได้รับผลกระทบจากปัจจัยภายนอกมากมาย รวมถึงความถี่ของสัญญาณ นอกจากนี้ พลังงานสัญญาณที่สะท้อนและส่งผ่านสามารถเปลี่ยนทิศทางของการแพร่กระจายต่อไปได้ และสัญญาณเองก็แบ่งออกเป็นหลายคลื่น

สัญญาณที่แพร่กระจายตามกฎหมายข้างต้นจากแหล่งที่มาไปยังเครื่องรับหลังจากพบกับสิ่งกีดขวางมากมายจะแบ่งออกเป็นคลื่นจำนวนมากซึ่งมีเพียงบางส่วนเท่านั้นที่จะไปถึงเครื่องรับ แต่ละคลื่นที่ไปถึงเครื่องรับจะสร้างเส้นทางการแพร่กระจายของสัญญาณที่เรียกว่า นอกจากนี้เนื่องจากคลื่นที่แตกต่างกันสะท้อนจากสิ่งกีดขวางและผ่านที่แตกต่างกัน ระยะทางที่แตกต่างกัน, เส้นทางต่างๆ จะมีการหน่วงเวลาที่แตกต่างกัน

ในสภาพแวดล้อมในเมืองที่หนาแน่น เนื่องจากสิ่งกีดขวางจำนวนมาก เช่น อาคาร ต้นไม้ รถยนต์ ฯลฯ เป็นเรื่องปกติมากที่สถานการณ์จะเกิดขึ้นระหว่างอุปกรณ์ของผู้ใช้ (MS) และเสาอากาศ สถานีฐาน(BTS) ไม่มีแนวสายตา ในกรณีนี้ วิธีเดียวที่จะไปถึงสัญญาณของเครื่องรับคือผ่านคลื่นสะท้อน อย่างไรก็ตาม ตามที่ระบุไว้ข้างต้น สัญญาณที่สะท้อนซ้ำๆ จะไม่มีพลังงานเริ่มต้นอีกต่อไป และอาจมาถึงด้วยความล่าช้า ความยากเฉพาะยังเกิดขึ้นจากข้อเท็จจริงที่ว่าวัตถุไม่ได้อยู่นิ่งตลอดเวลา และสถานการณ์สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมีนัยสำคัญเมื่อเวลาผ่านไป ในเรื่องนี้ปัญหาการแพร่กระจายสัญญาณหลายเส้นทางเกิดขึ้นซึ่งเป็นหนึ่งในปัญหาที่สำคัญที่สุดในระบบสื่อสารไร้สาย

การเผยแพร่หลายเส้นทาง - ปัญหาหรือข้อได้เปรียบ?

เพื่อต่อสู้กับการแพร่กระจายสัญญาณแบบหลายเส้นทาง โซลูชั่นต่างๆ. หนึ่งในเทคโนโลยีที่พบมากที่สุดคือการรับความหลากหลาย - การรับความหลากหลาย สาระสำคัญของมันอยู่ที่ความจริงที่ว่าไม่ใช้เสาอากาศเดียว แต่มีเสาอากาศหลายเสา (โดยปกติจะมีสองเสาและมักจะน้อยกว่าสี่เสา) เพื่อรับสัญญาณซึ่งอยู่ห่างจากกัน ดังนั้นผู้รับจึงไม่มีสัญญาณส่งหนึ่งชุด แต่มีสำเนาสองชุดซึ่งมาในรูปแบบต่างๆ สิ่งนี้ทำให้สามารถรวบรวมพลังงานได้มากขึ้นจากสัญญาณดั้งเดิมตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา คลื่นที่รับจากเสาอากาศหนึ่งอาจไม่ได้รับจากอีกเสาอากาศหนึ่งและในทางกลับกัน นอกจากนี้ สัญญาณที่มาจากเฟสที่เสาอากาศหนึ่งอาจมาถึงอีกอันในเฟส โครงร่างองค์กรอินเตอร์เฟสวิทยุนี้สามารถเรียกว่า Single Input Multiple Output (SIMO) ซึ่งตรงข้ามกับโครงร่าง Single Input Single Output (SISO) มาตรฐาน นอกจากนี้ยังสามารถใช้วิธีการย้อนกลับได้: เมื่อใช้เสาอากาศหลายอันสำหรับการส่งสัญญาณและอีกอันหนึ่งสำหรับการรับ นอกจากนี้ยังเพิ่มพลังงานทั้งหมดของสัญญาณดั้งเดิมที่เครื่องรับได้รับ รูปแบบนี้เรียกว่าหลายอินพุตเอาต์พุตเดียว (MISO) ในทั้งสองแบบแผน (SIMO และ MISO) มีการติดตั้งเสาอากาศหลายตัวที่ด้านข้างของสถานีฐานตั้งแต่นั้นมา ตระหนักถึงความหลากหลายของเสาอากาศใน อุปกรณ์โทรศัพท์ในระยะทางที่ไกลเพียงพอนั้นทำได้ยากโดยไม่ต้องเพิ่มขนาดของอุปกรณ์ปลายทาง

จากการให้เหตุผลเพิ่มเติม เรามาถึงแผนภาพหลายอินพุตหลายเอาต์พุต (MIMO) ในกรณีนี้ มีการติดตั้งเสาอากาศหลายตัวสำหรับการส่งและรับ อย่างไรก็ตาม ไม่เหมือนกับโครงร่างข้างต้น โครงร่างความหลากหลายนี้ไม่เพียงแต่ช่วยให้สามารถจัดการกับการแพร่กระจายสัญญาณแบบหลายเส้นทาง แต่ยังได้รับบางส่วน สิทธิประโยชน์เพิ่มเติม. เมื่อใช้เสาอากาศส่งและรับหลายเสา คู่เสาอากาศส่ง/รับแต่ละคู่สามารถกำหนดเส้นทางแยกสำหรับการส่งข้อมูลได้ ในกรณีนี้ การรับสัญญาณความหลากหลายจะดำเนินการโดยเสาอากาศที่เหลือ และเสาอากาศนี้จะทำหน้าที่เป็นเสาอากาศเพิ่มเติมสำหรับเส้นทางการส่งสัญญาณอื่นๆ ด้วยเหตุนี้ ในทางทฤษฎีจึงเป็นไปได้ที่จะเพิ่มอัตราข้อมูลหลายเท่าของจำนวนเสาอากาศเพิ่มเติมที่จะใช้ อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดที่สำคัญถูกกำหนดโดยคุณภาพของแต่ละเส้นทางวิทยุ

MIMO ทำงานอย่างไร

ตามที่ระบุไว้ข้างต้น การจัดระเบียบของเทคโนโลยี MIMO จำเป็นต้องมีการติดตั้งเสาอากาศหลายตัวที่ด้านส่งและรับ โดยปกติแล้วจะมีการติดตั้งเสาอากาศในจำนวนที่เท่ากันที่อินพุตและเอาต์พุตของระบบตั้งแต่นั้นมา ในกรณีนี้ จะถึงอัตราการถ่ายโอนข้อมูลสูงสุดแล้ว ในการแสดงจำนวนเสาอากาศที่การรับและการส่งพร้อมกับชื่อของเทคโนโลยี MIMO มักจะกล่าวถึงการกำหนด "AxB" โดยที่ A คือจำนวนเสาอากาศที่อินพุตของระบบ และ B คือที่เอาต์พุต . ระบบในกรณีนี้หมายถึงการเชื่อมต่อวิทยุ

เพื่อให้เทคโนโลยี MIMO ทำงานได้ จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในโครงสร้างของเครื่องส่งสัญญาณเมื่อเทียบกับระบบทั่วไป ให้เราพิจารณาวิธีการจัดระเบียบเทคโนโลยี MIMO ที่เป็นไปได้และง่ายที่สุดเพียงวิธีเดียว ประการแรกจำเป็นต้องมีตัวแบ่งสตรีมที่ด้านส่งสัญญาณซึ่งจะแบ่งข้อมูลที่ต้องการสำหรับการส่งสัญญาณออกเป็นสตรีมย่อยความเร็วต่ำหลายตัวซึ่งจำนวนนั้นขึ้นอยู่กับจำนวนเสาอากาศ ตัวอย่างเช่น สำหรับ MIMO 4x4 และอัตราข้อมูลอินพุตที่ 200 Mbps ตัวแบ่งจะสร้าง 4 สตรีมที่ละ 50 Mbps นอกจากนี้ แต่ละสตรีมเหล่านี้จะต้องส่งผ่านเสาอากาศของตัวเอง โดยทั่วไปแล้ว เสาอากาศส่งสัญญาณจะถูกตั้งค่าด้วยการแยกเชิงพื้นที่เพื่อให้รับสัญญาณปลอมมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ซึ่งเป็นผลมาจากหลายเส้นทาง ในหนึ่งใน วิธีที่เป็นไปได้องค์กรของเทคโนโลยี MIMO สัญญาณจะถูกส่งจากแต่ละเสาอากาศด้วยโพลาไรซ์ที่แตกต่างกันซึ่งทำให้สามารถระบุได้เมื่อรับสัญญาณ อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่ง่ายที่สุด สัญญาณที่ส่งแต่ละรายการจะถูกทำเครื่องหมายโดยตัวกลางในการส่งสัญญาณเอง (การหน่วงเวลา การลดทอน และการบิดเบือนอื่นๆ)

ด้านรับสัญญาณ เสาอากาศหลายตัวจะรับสัญญาณจากวิทยุ นอกจากนี้ เสาอากาศที่ด้านรับสัญญาณยังได้รับการติดตั้งด้วยความหลากหลายเชิงพื้นที่ เนื่องจากมีการจัดเตรียมการรับสัญญาณที่หลากหลายที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ สัญญาณที่ได้รับจะถูกส่งไปยังเครื่องรับ จำนวนที่สอดคล้องกับจำนวนเสาอากาศและเส้นทางการส่งสัญญาณ นอกจากนี้ เครื่องรับแต่ละเครื่องยังรับสัญญาณจากเสาอากาศทั้งหมดของระบบ ตัวบวกแต่ละตัวจะแยกพลังงานสัญญาณของเส้นทางที่รับผิดชอบเท่านั้นจากการไหลทั้งหมด เขาทำสิ่งนี้ตามสัญญาณที่กำหนดไว้ล่วงหน้าซึ่งแต่ละสัญญาณติดตั้งไว้ หรือเนื่องจากการวิเคราะห์การหน่วงเวลา การลดทอน การเปลี่ยนเฟส เช่น ชุดของการบิดเบือนหรือ "ลายนิ้วมือ" ของสื่อการกระจาย ขึ้นอยู่กับวิธีการทำงานของระบบ (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC) เป็นต้น) สัญญาณที่ส่งอาจทำซ้ำทุกๆ เวลาที่แน่นอนหรือส่งด้วยความล่าช้าเล็กน้อยผ่านเสาอากาศอื่น

ในระบบที่มีเทคโนโลยี MIMO ปรากฏการณ์ที่ผิดปกติอาจเกิดขึ้นได้โดยที่อัตราข้อมูลในระบบ MIMO อาจลดลงหากมีเส้นสายตาระหว่างแหล่งสัญญาณและเครื่องรับ สาเหตุหลักมาจากการลดลงของความรุนแรงของการบิดเบี้ยวของพื้นที่โดยรอบ ซึ่งทำเครื่องหมายแต่ละสัญญาณ ส่งผลให้ฝั่งรับสัญญาณมีปัญหาในการแยกสัญญาณ และเริ่มมีอิทธิพลต่อกันและกัน ดังนั้น ยิ่งคุณภาพของการเชื่อมต่อวิทยุสูงเท่าใด ประโยชน์ที่ได้รับจาก MIMO ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

MIMO ผู้ใช้หลายคน (MU-MIMO)

หลักการข้างต้นของการจัดระเบียบการสื่อสารทางวิทยุหมายถึง MIMO ผู้ใช้คนเดียว (SU-MIMO) ซึ่งมีตัวส่งและตัวรับข้อมูลเพียงตัวเดียว ในกรณีนี้ ทั้งตัวส่งและตัวรับสามารถประสานการกระทำของพวกเขาได้อย่างชัดเจน และในขณะเดียวกันก็ไม่มีอะไรน่าประหลาดใจเมื่อผู้ใช้รายใหม่สามารถปรากฏตัวบนอากาศได้ รูปแบบดังกล่าวค่อนข้างเหมาะสำหรับระบบขนาดเล็ก เช่น สำหรับการจัดระเบียบการสื่อสารในโฮมออฟฟิศระหว่างอุปกรณ์สองเครื่อง ในทางกลับกัน ระบบส่วนใหญ่ เช่น WI-FI, WIMAX, ระบบสื่อสารเซลลูลาร์เป็นแบบผู้ใช้หลายคน เช่น พวกเขามีศูนย์เดียวและวัตถุระยะไกลหลายชิ้นซึ่งแต่ละรายการจำเป็นต้องจัดระเบียบการเชื่อมต่อวิทยุ ดังนั้นปัญหาสองประการจึงเกิดขึ้น: ในแง่หนึ่งสถานีฐานจะต้องส่งสัญญาณไปยังสมาชิกจำนวนมากผ่านระบบเสาอากาศเดียวกัน (การออกอากาศ MIMO) และในขณะเดียวกันก็รับสัญญาณผ่านเสาอากาศเดียวกันจากสมาชิกหลายคน (MIMO MAC - เข้าถึงได้หลายช่องทาง)

ในทิศทางอัปลิงค์ - จาก MS ถึง BTS ผู้ใช้จะส่งข้อมูลพร้อมกันในความถี่เดียวกัน ในกรณีนี้สถานีฐานมีปัญหา: จำเป็นต้องแยกสัญญาณออกจากสมาชิกที่แตกต่างกัน วิธีหนึ่งที่เป็นไปได้ในการจัดการกับปัญหานี้ก็คือวิธีการประมวลผลเชิงเส้น ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเข้ารหัสล่วงหน้าของสัญญาณที่ส่ง ตามวิธีนี้สัญญาณดั้งเดิมจะถูกคูณด้วยเมทริกซ์ซึ่งประกอบด้วยค่าสัมประสิทธิ์ที่สะท้อนสัญญาณรบกวนจากสมาชิกรายอื่น เมทริกซ์ถูกรวบรวมตามสถานการณ์ปัจจุบันที่ออกอากาศ: จำนวนสมาชิก ความเร็วในการรับส่งข้อมูล ฯลฯ ดังนั้น ก่อนการส่งสัญญาณ สัญญาณจะถูกบิดเบือนตรงกันข้ามกับสิ่งที่พบระหว่างการส่งสัญญาณวิทยุ

ในดาวน์ลิงค์ - ทิศทางจาก BTS ไปยัง MS สถานีฐานจะส่งสัญญาณพร้อมกันในช่องเดียวกันไปยังสมาชิกหลายคนพร้อมกัน สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าสัญญาณที่ส่งไปยังสมาชิกรายหนึ่งส่งผลต่อการรับสัญญาณอื่น ๆ ทั้งหมดเช่น การรบกวนเกิดขึ้น ตัวเลือกที่เป็นไปได้ในการจัดการกับปัญหานี้คือการใช้ Smart Antena หรือการใช้เทคโนโลยีการเข้ารหัสกระดาษสกปรก (“กระดาษสกปรก”) มาดูเทคโนโลยีกระดาษสกปรกกัน หลักการของการทำงานนั้นขึ้นอยู่กับการวิเคราะห์สถานะปัจจุบันของวิทยุและจำนวนสมาชิกที่ใช้งานอยู่ สมาชิกรายเดียว (รายแรก) ส่งข้อมูลไปยังสถานีฐานโดยไม่ต้องเข้ารหัส เปลี่ยนแปลงข้อมูล เพราะ ไม่มีการรบกวนจากสมาชิกรายอื่น ผู้สมัครสมาชิกรายที่สองจะเข้ารหัสเช่น เปลี่ยนพลังงานของสัญญาณของเขาเพื่อไม่ให้รบกวนสัญญาณแรกและไม่ให้สัญญาณของเขามีอิทธิพลจากสัญญาณแรก สมาชิกรายต่อมาที่เพิ่มเข้าไปในระบบจะปฏิบัติตามหลักการนี้เช่นกัน โดยพิจารณาจากจำนวนสมาชิกที่ใช้งานอยู่และผลกระทบของสัญญาณที่ส่ง

การประยุกต์ใช้ MIMO

เทคโนโลยี MIMO ในทศวรรษที่ผ่านมาเป็นหนึ่งในวิธีที่เกี่ยวข้องมากที่สุดในการเพิ่มปริมาณงานและความจุของระบบสื่อสารไร้สาย ลองพิจารณาตัวอย่างการใช้ MIMO ใน ระบบต่างๆการเชื่อมต่อ

มาตรฐาน WiFi 802.11n เป็นหนึ่งในตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดของการใช้เทคโนโลยี MIMO ตามที่เขาพูดจะช่วยให้คุณรักษาความเร็วได้สูงสุด 300 Mbps ยิ่งไปกว่านั้น มาตรฐาน 802.11g ก่อนหน้านี้อนุญาตให้ให้บริการได้เพียง 50 Mbps นอกเหนือจากการเพิ่มอัตราข้อมูลแล้ว มาตรฐานใหม่ซึ่งต้องขอบคุณ MIMO ยังช่วยให้คุณให้บริการได้อีกด้วย ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดคุณภาพการบริการในสถานที่ที่มีความแรงของสัญญาณต่ำ 802.11n ไม่เพียงใช้ในระบบจุด / มัลติพอยต์ (Point / Multipoint) ซึ่งเป็นช่องที่พบมากที่สุดสำหรับการใช้เทคโนโลยี WiFi เพื่อจัดระเบียบ LAN (Local Area Network) แต่ยังใช้สำหรับการจัดระเบียบการเชื่อมต่อแบบจุด / จุดที่ใช้ในการจัดระเบียบการสื่อสารลำต้น ช่องสัญญาณด้วยความเร็วหลายร้อย Mbps และอนุญาตให้ส่งข้อมูลได้ไกลหลายสิบกิโลเมตร (สูงสุด 50 กม.)

มาตรฐาน WiMAX ยังมีสองรุ่นที่นำความเป็นไปได้ใหม่ๆ มาสู่ผู้ใช้ด้วยความช่วยเหลือจากเทคโนโลยี MIMO 802.16e ตัวแรกให้บริการบรอดแบนด์มือถือ ช่วยให้คุณถ่ายโอนข้อมูลด้วยความเร็วสูงสุด 40 Mbps ในทิศทางจากสถานีฐานไปยัง อุปกรณ์สมาชิก. อย่างไรก็ตาม MIMO ใน 802.16e ถือเป็นตัวเลือกและใช้ในการกำหนดค่าที่ง่ายที่สุด - 2x2 ในรุ่นถัดไป 802.16m MIMO ถือเป็นเทคโนโลยีบังคับ โดยมีการกำหนดค่า 4x4 ที่เป็นไปได้ ในกรณีนี้ WiMAX สามารถนำมาประกอบได้แล้ว ระบบเซลลูล่าร์การสื่อสาร ได้แก่ รุ่นที่สี่ (เนื่องจากอัตราการถ่ายโอนข้อมูลสูง) เพราะ มีจำนวนโดยธรรมชาติ เครือข่ายเซลลูล่าร์สัญญาณ: การโรมมิ่ง การส่งต่อ การเชื่อมต่อด้วยเสียง ในกรณีของการใช้งานมือถือ ในทางทฤษฎีสามารถทำได้ถึง 100 Mbps ในเวอร์ชันคงที่ความเร็วสามารถเข้าถึง 1 Gbps

สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือการใช้เทคโนโลยี MIMO ในระบบ การสื่อสารแบบเซลลูล่าร์. เทคโนโลยีนี้พบการใช้งานตั้งแต่ระบบสื่อสารเซลลูล่าร์รุ่นที่สาม ตัวอย่างเช่น ในมาตรฐาน UMTS ใน Rel 6 ใช้ร่วมกับเทคโนโลยี HSPA ที่รองรับความเร็วสูงสุด 20 Mbps และใน Rel. 7 - ด้วย HSPA+ ซึ่งอัตราการถ่ายโอนข้อมูลสูงถึง 40 Mbps อย่างไรก็ตาม MIMO ยังไม่พบการใช้งานอย่างกว้างขวางในระบบ 3G

ระบบคือ LTE ยังรองรับการใช้งาน MIMO ในการกำหนดค่าสูงสุด 8x8 ตามทฤษฎีแล้วสิ่งนี้ทำให้สามารถส่งข้อมูลจากสถานีฐานไปยังผู้ใช้บริการได้มากกว่า 300 Mbps จุดบวกที่สำคัญคือคุณภาพการเชื่อมต่อที่เสถียรแม้ที่ขอบของรังผึ้ง ในกรณีนี้ แม้จะอยู่ห่างจากสถานีฐานมากพอสมควร หรือเมื่อคุณอยู่ในห้องห่างไกล อัตราการถ่ายโอนข้อมูลจะลดลงเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

ดังนั้น เทคโนโลยี MIMO จึงพบการใช้งานในระบบรับส่งข้อมูลไร้สายเกือบทั้งหมด และศักยภาพของมันยังไม่หมดลง ตัวเลือกการกำหนดค่าเสาอากาศใหม่ได้รับการพัฒนาแล้ว สูงสุด 64x64 MIMO สิ่งนี้จะทำให้สามารถบรรลุอัตราข้อมูล ความจุของเครือข่าย และประสิทธิภาพของสเปกตรัมที่สูงขึ้นในอนาคต