У світлі виходу нових бездротових пристроїв з підтримкою технології MU-MIMO, зокрема з виходом UniFi AC HD (UAP-AC-HD), назріла потреба в роз'ясненні, що це таке і чому старе залізо не підтримує цю технологію.

Що таке 802.11ac?

Стандарт 802.11ac є трансформацією бездротової технології, що прийшла на зміну попередньому поколінню у вигляді стандарту 802.11n.

Поява 802.11n, як передбачалося раніше, мало дозволити бізнесу повсюдно використовувати цю технологію як альтернативу звичайному провідному з'єднанню для роботи всередині локальної мережі (LAN).

802.11ac – подальший етап на шляху розвитку бездротової технології. Теоретично новий стандарт може забезпечити швидкість передачі даних до 6.9 Гбіт/сек в діапазоні 5 ГГц. Це в 11.5 разів вище за сферу передачі даних 802.11n.

Новий стандарт доступний у двох релізах: Wave 1 та Wave 2. Нижче ви можете ознайомитись із порівняльною таблицею за актуальними стандартами.

У чому відмінність Wave 1 та Wave 2?

Продукти 802.11ac Wave 1 доступні на ринку приблизно з середини 2013 року. Нова ревізія стандарту базується на попередньої версіїстандарту, але з деякими дуже суттєвими змінами, а саме:

• Підвищено продуктивність із 1.3 Гбіт до 2.34 Гбіт;
• Додано підтримку Multi User MIMO (MU-MIMO);
• Допускається використання широких каналів 160 МГц;
• Четвертий просторовий потік (Spatial Stream) для більшої продуктивності та стабільності;
• Більше каналів у діапазоні 5 ГГц;

Що дають удосконалення Wave 2 для реального користувача?

Зростання пропускної спроможності позитивно позначається на додатках, чутливих до пропускної спроможності та затримки всередині мережі. Це насамперед передача потокового голосового та відеоконтенту, а також підвищення щільності мережі та зростання кількості клієнтів.

MU-MIMO надає величезні можливості для розвитку Інтернету речей (Internet of Things, IoT), коли один користувач може підключати одночасно кілька пристроїв.

Технологія MU-MIMO допускає кілька одночасних вихідних потоків (downstreams), забезпечуючи одночасне обслуговування одразу кількох пристроїв, що підвищує продуктивність мережі загалом. MU-MIMO також позитивно позначається на затримках, забезпечуючи швидше підключення та роботу клієнтів загалом. До того ж особливості технології дозволяють підключати до мережі ще більшу кількість одночасних клієнтів, ніж у попередній версії стандарту.

Використання ширини каналу 160 МГц вимагає дотримання деяких умов (низька потужність, низький показник шуму і т.д), при цьому канал зможе забезпечити колосальний приріст продуктивності при передачі великих обсягів даних. Для порівняння 802.11n може забезпечити канальну швидкість до 450 Мбіт, новий 802.11ac Wave 1 – до 1.3 Гбіт, у той час як 802.11ac Wave 2 з каналом на 160 МГц може забезпечити канальну швидкість порядку 2.3 Гбіт/сек.

У попередньому поколінні стандарту допускалося використання 3-х приймально-передаючих антен, нова ревізія додає 4-й потік. Ця зміна підвищує дальність та стабільність з'єднання.

Існує 37 каналів у діапазоні 5 ГГц, що використовуються у всьому світі. У деяких країнах кількість каналів обмежена, у деяких немає. 802.11ac Wave 2 допускає використання більшої кількості каналів, що дозволить підвищити кількість одночасно працюючих пристроїв в одному місці. До того ж, більша кількість каналів потрібна для широких каналів 160 МГц.

Чи є нові канальні швидкості 802.11ac Wave 2?

Новий стандарт успадковує стандарти, запроваджені з появою першого релізу. Як і раніше, швидкість залежить від кількості потоків та ширини каналу. Максимальна модуляція залишилася без змін – 256 QAM.

Якщо раніше для канальної швидкості 866.6 Мбіт потрібно 2 потоки і ширина каналу 80 МГц, то тепер цієї канальної швидкості можна досягти при використанні всього одного потоку, двоє збільшивши при цьому швидкість каналу - з 80 до 160 МГц.

Як бачите, кардинальних змін не сталося. У зв'язку з підтримкою каналів на 160 МГц, збільшились і максимальні канальні швидкості – до 2600 Мбіт.

На практиці реальна швидкість становить приблизно 65% від канальної (PHY Rate).

Використовуючи один потік, модуляцію 256 QAM і канал на 160 МГц, можна досягти реальної швидкості близько 560 Мбіт/сек. Відповідно 2 потоки забезпечать швидкість обміну на рівні ~1100 Мбіт/сек, 3 потоки – 1.1-1.6 Гбіт/сек.

Які діапазони та канали використовує 802.11ac Wave2?

На практиці Waves 1 і Waves 2 працюють виключно в діапазоні 5 ГГц. Діапазон частот залежить від регіональних обмежень, як правило, використовується діапазон 5,15-5,35 ГГц та 5,47-5,85 ГГц.

У США під бездротові мережі 5 ГГц виділено смугу 580 МГц.

802.11ac, як і раніше, може використовувати канали на 20 і 40 МГц, в той же час оптимальної продуктивності можна досягти використовуючи лише 80 МГц або 160 МГц.

Оскільки на практиці далеко не завжди можливо використовувати безперервну смугу 160 МГц, стандартом передбачений режим 80+80 МГц, який поділить смугу 160 МГц на 2 різні діапазони. Все це додає більшої гнучкості.

Зверніть увагу, стандартними каналами для 802.11ac є 20/40/80 МГц.

Чому існує дві хвилі стандарту 802.11ac?

IEEE впроваджує стандарти хвилями у міру розвитку технологій. Такий підхід дозволяє промисловості відразу випускати нові продукти, не чекаючи, поки буде доопрацьована та чи інша можливість.

Перша хвиля стандарту 802.11ac забезпечила значний крок уперед до 802.11n і заклала основу для подальшого розвитку.

Коли варто очікувати на продукти з підтримкою 802.11ac Wave 2?

Згідно з початковими прогнозами аналітиків, перші продукти споживчого рівня мали надійти у продаж ще в середині 2015-го. Більш високорівневі корпоративні та операторські рішення зазвичай виходять із затримкою в 3-6 місяців, точно так, як це було з першою хвилею стандарту.

Обидва класи, споживчі та комерційні, зазвичай випускаються ще до того, як WFA (Wi-Fi Alliance) починає проводити сертифікацію (друга половина 2016).

Станом на лютий 2017, кількість пристроїв з підтримкою 802.11ac W2 не така велика як цього б хотілося. Особливо з боку Mikrotik та Ubiquit.

Чи будуть пристрої Wave 2 істотно відрізнятися від Wave 1?

У випадку з новим стандартом зберігається загальна тенденція попередніх років – смартфони та ноутбуки випускаються з 1-2 потоками, 3 потоки призначені для більш вимогливих завдань. Немає практичного сенсу, щоб реалізовувати повний функціонал стандарту на всіх пристроях.

Чи сумісне обладнання Wave 1 з Wave 2?

Перша хвиля допускає 3 потоки та канали до 80 МГц, по цій частині клієнтські пристрої та точки доступу повністю сумісні.

Для реалізації функцій другого покоління (160 МГц, MU-MIMO, 4 потоки), клієнтський пристрій і точка доступу повинні підтримувати новий стандарт.

Точки доступу нового покоління сумісні з клієнтськими пристроями 802.11ac Wave 1, 802.11n та 802.11a.

Таким чином, використовувати додаткові можливостіадаптера другого покоління не вийде з точкою першого покоління і навпаки.

Що таке MU-MIMO та що воно дає?

MU-MIMO є скороченням від "multiuser multiple input, multiple output". По суті, це одне із ключових нововведень другої хвилі.

Для роботи MU-MIMO клієнт та AP повинні його підтримувати.

Якщо коротко, точка доступу може одночасно надсилати дані одразу на кілька пристроїв, у той час як попередні стандарти дозволяють надсилання даних лише одному клієнту в певний момент часу.

Насправді, простий MIMO це SU-MIMO, тобто. SingleUser, однокористувацький MIMO.

Розглянемо приклад. Існує точка з трьома потоками (3 Spatial Streams / 3SS) і в ній підключено 4 клієнта: 1 клієнт з підтримкою 3SS, 3 клієнта з підтримкою 1SS.

Точка доступу розподіляє час порівну між усіма клієнтами. Під час роботи з першим клієнтом точка задіяє 100% своїх можливостей, адже клієнт також підтримує 3SS (MIMO 3x3).

75% часу, що залишилися, точка працює з трьома клієнтами, кожен з яких використовує тільки 1 потік (1SS) з 3-х доступних. При цьому точка доступу використовує лише 33% своїх можливостей. Чим більше таких клієнтів, тим менша ефективність.

В конкретному прикладісередня канальна швидкість складе 650 Мбіт:

(1300 + 433,3 + 433,3 + 433,3)/4 = 650

Насправді означатиме середню швидкість близько 420 Мбіт, з можливих 845 Мбіт.

А тепер розглянемо приклад з використанням MU-MIMO. Ми маємо точку з підтримкою другого покоління стандарту, що використовує MIMO 3x3, канальна швидкість залишиться без змін – 1300 Мбіт для ширини каналу в 80 МГц. Тобто. одночасно клієнти, як і раніше, можуть використовувати трохи більше 3 каналів.

Загальна кількість клієнтів становить 7, при цьому точка доступу розподілила їх на 3 групи:

1. один клієнт 3SS;
2. три клієнти 1SS;
3. один клієнт 2SS + один 1SS;
4. один клієнт 3SS;

На виході ми отримуємо 100% реалізацію можливостей AP. Клієнт з першої групи використовує всі три потоки, клієнти з іншої групи використовую по одному каналу і так далі. Середня канальна швидкість становитиме 1300 Мбіт. Як бачите, на виході це дало дворазовий приріст.

Чи сумісна точка MU-MIMO з старішими клієнтами?

На жаль немає! MU-MIMO не сумісний із першою версією протоколу, тобто. Для роботи цієї технології ваші клієнтські пристрої повинні підтримувати другу версію.

Відмінності між MU-MIMO та SU-MIMO

У SU-MIMO, точка доступу передає дані лише одному клієнту у конкретний момент часу. При MU-MIMO точка доступу може передавати дані одразу кільком клієнтам.

Скільки клієнтів підтримується у MU-MIMO одночасно?

Стандарт передбачає одночасне обслуговування до 4 пристроїв. Загальне максимальна кількістьпотоків може досягати 8.

Залежно від конфігурації обладнання можливі найрізноманітніші варіанти, наприклад:

• 1+1: два клієнти, кожен із одним потоком;
• 4+4: два клієнти, кожен із яких використовує по 4 потоки;
• 2+2+2+2: чотири клієнти, по 2 потоки у кожного;
• 1+1+1: три клієнти по одному потоку;
• 2+1, 1+1+1+1, 1+2+3, 2+3+3 та інші комбінації.

Все залежить від конфігурації обладнання, зазвичай пристрої використовують 3 потоки, отже, точка зможе обслуговувати до 3-х клієнтів одночасно.

Можливий також варіант використання 4-х антен у конфігурації MIMO 3x3. Четверта антена у разі додаткова, вона реалізує додатковий потік, У разі, одночасно можна буде обслуговувати 1+1+1, 2+1 чи 3SS, але не 4.

MU-MIMO підтримується лише для Downlink?

Так, стандартом передбачено підтримку лише Downlink MU-MIMO, тобто. точка може одночасно передавати дані декільком клієнтам. А от «слухати» водночас крапка не може.

Реалізація Uplink MU-MIMO була визнана неможливою у короткі терміни, тому цей функціонал буде додано лише у стандарті 802.11ax, вихід якого заплановано на 2019-2020 роки.

Скільки потоків підтримується у MU-MIMO?

Як згадувалося вище, MU-MIMO може працювати з будь-якою кількістю потоків, але не більше 4 на клієнта.

Для якісної роботи розрахованої на багато користувачів передачі, стандартом рекомендується наявність кількість антен, більша кількість потоків. В ідеалі для MIMO 4x4 має бути 4 антени на прийом та стільки ж на відправлення.

Чи є потреба у використанні спеціальних антен для нового стандарту?

Конструкція антен залишилася незмінною. Як і раніше, можна використовувати будь-які сумісні антени, розроблені для використання в діапазоні 5 ГГц для 802.11a/n/ac.

У другому релізі також додано Beamforming, що це?

Технологія Beamforming дозволяє змінювати діаграму спрямованості, адаптуючи під конкретного клієнта. У процесі роботи точка аналізує сигнал від клієнта та оптимізує своє випромінювання. У процесі формування променя можна використовувати додаткова антена.

Чи може точка доступу 802.11ac Wave 2 обробляти 1 Гбіт трафіку?

Потенційно точки доступу нового покоління здатні обробити такий потік трафіку. Реальна пропускна спроможністьзалежить від цілого ряду факторів , починаючи з кількості потоків, що підтримуються, дальності зв'язку, наявності перешкод і закінчуючи наявністю перешкод, якістю точки доступу і клієнтського модуля.

Які діапазони частот використовуються в 802.11ac Wave?

Вибір робочої частоти залежить лише від регіонального законодавства. Список каналів та частот постійно змінюється, нижче наведені дані щодо США (FCC) та Європи, станом на січень 2015 року.

У Європі дозволено використання ширини каналу більше 40 МГц, тому будь-яких змін у плані нового стандарту немає, до нього застосовуються ті самі правила, що й для попереднього стандарту.

Онлайн курс з мережевих технологій

Рекомендую курс Дмитра Скоромнова. Курс не прив'язаний до обладнання якогось виробника. У ньому даються фундаментальні знання, які мають бути у кожного системного адміністратора. На жаль, у багатьох адміністраторів, навіть із стажем 5 років, найчастіше немає й половини цих знань. В курсі простою мовоюописуються багато різних тем. Наприклад: модель OSI, інкапсуляція, домени колізій та широкомовні домени, петля комутації, QoS, VPN, NAT, DNS, Wi-Fi та багато інших тем.

Окремо відзначу тему IP-адресації. У ній простою мовою описується як робити переклади з десяткової системи числення в двійкову і навпаки, розрахунок за IP-адресою та маскою: адреси мережі, широкомовної адреси, кількості хостів мережі, розбиття на підмережі та інші теми, що стосуються IP-адресації.

У курсу є дві версії: платна та безкоштовна.

Одне з найважливіших і найважливіших нововведень Wi-Fi за минулі 20 років – технологія Multi User – Multiple Input Multiple Output (MU-MIMO). MU-MIMO розширює функціональність нового оновлення бездротового стандарту 802.11ac "Wave 2". Безумовно, це величезний прорив для бездротового зв'язку. Ця технологія допомагає збільшити максимальну теоретичну швидкість бездротового з'єднаннявід 3,47 Гбіт/с в оригінальній специфікації стандарту 802.11ac до 6,93 Гбіт/с в оновленні стандарту 802.11ac Wave 2. Це одна з найскладніших функціональностей Wi-Fi на сьогоднішній день.

Давайте розберемося як це працює!

Технологія MU-MIMO підвищує планку за рахунок дозволу кільком пристроям приймати кілька потоків даних.Вона базується на однокористувацькій технології MIMO (SU-MIMO), яка була представлена ​​майже 10 років тому зі стандартом 802.11n.

SU-MIMO збільшує швидкість Wi-Fi-з'єднання, дозволяючи парі бездротових пристроїв одночасно приймати або надсилати кілька потоків даних.

Рисунок 1. Технологія SU-MIMO надає багатоканальні вхідні та вихідні потоки одному пристрої одночасно. Технологія MU-MIMO забезпечує одночасний зв'язок із декількома пристроями.

Насправді, революційні зміни для Wi-Fi забезпечують дві технології. Перша з цих технологій, звана beamforming, дозволяє Wi-Fi-маршрутизаторам і точкам доступу ефективніше використовувати радіоканали. До появи цієї технології Wi-Fi-маршрутизатори та точки доступу працювали як електричні лампочки, надсилаючи сигнал у всіх напрямках. Проблема полягала в тому, щоНефокусований сигнал обмеженої потужності важко дістатися до клієнтських Wi-Fi-пристроїв.

За допомогою технології beamforming Wi-Fi-маршрутизатор або точка доступу обмінюється з клієнтським пристроєм інформацією про місцезнаходження. Потім маршрутизатор змінює свою фазу і потужність формування кращого сигналу. Як результат: більш ефективно використовуються радіосигнали, прискорюється передача даних та, можливо, збільшується максимальна дистанція з'єднання.

Можливості beamforming розширюються. Досі Wi-Fi-маршрутизатори або точки доступу були по своїй суті однозадачними, надсилаючи або приймаючи дані тільки від одного клієнтського пристрою одночасно. У ранніх версіях сімейства стандартів бездротової передачіданих 802.11, включаючи стандарт 802.11n і першу версію стандарту 802.11ac, існувала можливість одночасного прийому або передачі декількох потоків даних, але досі не існувало методу, що дозволяє Wi-Fi-маршрутизатору або точці доступу в один і той же час спілкуватися одночасно з кількома клієнтами. Відтепер за допомогою MU-MIMO така можливість з'явилася.

Це дійсно великий прорив, оскільки можливість одночасної передачі даних одразу кільком клієнтським пристроям значно розширює доступну смугу пропускання для бездротових клієнтів. Технологія MU-MIMO просуває бездротові мережі від старого способу CSMA-SD, коли в один і той же час обслуговувалося тільки один пристрій, до системи, де відразу кілька пристроїв можуть одночасно говорити. Для більшої наочності прикладу, уявіть собі перехід від односмугової путівки до широкої автомагістралі

Сьогодні бездротові маршрутизатори та точки доступу другого покоління стандарту 802.11ac Wave 2 активно завойовують ринок. Кожен, хто розгортає Wi-Fi, розуміти специфіку роботи технології MU-MIMO. Пропонуємо до вашої уваги 13 фактів, які прискорять ваше навчання у цьому напрямку.

1. MU-MIMO використовує лише"Downstream" потік (від точки доступу до мобільного пристрою).

На відміну від SU-MIMO, технологія MU-MIMO в даний час працює лише дляпередачі даних від точки доступу до мобільного пристрою. Тільки бездротові маршрутизатори або точки доступу можуть одночасно передавати дані декільком користувачам, будь то один або кілька потоків для кожного з них. Самі ж бездротові пристрої (такі, як смартфони, планшети або ноутбуки), як і раніше, повинні по черзі спрямовувати дані до бездротового маршрутизатора або точки доступу, хоча при цьому при настанні їх черги вони окремо можуть використовувати технологію SU-MIMO для передачі кількох потоків.

Технологія MU-MIMO буде особливо корисною у тих мережах, де користувачі більше завантажують дані, ніж завантажують.

Можливо, у майбутньому буде реалізовано версію технології Wi-Fi: 802.11ax, де метод MU-MIMO буде застосовано і для «Upstream» трафіку.

2. MU-MIMO працює лише у Wi-Fi-діапазоні частот 5 ГГц

Технологія SU-MIMO працює як у діапазоні частот 2,4 ГГц, і 5 ГГц. Бездротові роутери та точки доступу другого покоління стандарту 802.11ac Wave 2 можуть одночасно обслуговувати декілька користувачів лише на смузі частот 5 ГГц. З одного боку, звичайно, шкода, що на вужчій і перевантаженій смузі частот 2,4 ГГц ми не зможемо використовувати нову технологію. Але, з іншого боку, на ринку з'являється дедалі більше дводіапазонних бездротових пристроїв, що підтримують технологію MU-MIMO, які ми можемо використовувати для розгортання продуктивних корпоративних Wi-Fi-мереж.

3. Технологія Beamforming допомагає надсилати сигнали

У літературі СРСР можна зустріти поняття Фазована Антена Решітка, яка була розроблена для військових радарів наприкінці 80-х. Аналогічна технологія була застосована у сучасному Wi-Fi. MU-MIMO використовує технологію формування спрямованого сигналу (в англомовній технічній літературі відомої як beamforming). Beamfiorming дозволяє спрямовувати сигнали в напрямку передбачуваного розташування бездротового пристрою (або пристроїв), а не надсилати їх випадковим чиному всіх напрямках. Таким чином виходить сфокусувати сигнал і суттєво збільшити дальність дії та швидкість роботи Wi-Fi-з'єднання.

Хоча технологія beamforming стала опціонально доступною ще зі стандартом 802.11n, проте більшість виробників реалізовували свої пропрієтарні версії цієї технології. Ці вендори і зараз пропонують пропрієтарні реалізації технології у своїх пристроях, але тепер їм доведеться включити хоча б спрощену та стандартизовану версію технології формування направленого сигналу, якщо вони хочуть підтримувати технологію MU-MIMO у своїй продуктовій лінійці стандарту 802.11ac.

4. MU-MIMO підтримує обмежену кількість одночасних потоків та пристроїв

На превеликий жаль, маршрутизатори або точки доступу з реалізованою технологією MU-MIMO не можуть одночасно обслуговувати необмежену кількість потоків та пристроїв. Маршрутизатор або точка доступу мають власне обмеження на кількість потоків, які вони обслуговують (часто це 2, 3 або 4 потоки), і кількість просторових потоків також обмежує кількість пристроїв, які точка доступу може одночасно обслужити. Так, точка доступу з підтримкою чотирьох потоків може одночасно обслуговувати чотири різних пристрої, або, наприклад, один потік направити одного пристрою, а три інших потоку агрегувати на інший пристрій (збільшивши швидкість від об'єднання каналів).

5. Від користувальницьких пристроїв не вимагається наявність кількох антен

Як і у випадку з SU-MIMO, лише бездротові пристрої з вбудованою підтримкою MU-MIMO можуть агрегувати потоки (швидкість). Але, на відміну від ситуації з технологією SU-MIMO, бездротовим пристроям не обов'язково потрібно мати кілька антен, щоб приймати MU-MIMO потоки від бездротових маршрутизаторів і точок доступу. Якщо бездротовий пристрійоснащено лише однією антеною, воно може прийнятиТільки один MU-MIMO-потік даних від точки доступу, використовуючи beamforming для поліпшення прийому.

Більша кількість антен дозволить бездротовому власному пристрої приймати більшу кількість потоків даних одночасно (зазвичай з розрахунку один потік на одну антену), що, безумовно, позитивно позначиться на продуктивності цього пристрою. Однак, наявність кількох антен у користувача пристрою негативно позначається на споживаній потужності та розмірі цього виробу, що критично для смартфонів.

Однак технологія MU-MIMO пред'являє менші апаратні вимоги до клієнтських пристроїв, ніж обтяжлива технічному планітехнологія SU-MIMO, то можна з упевненістю припустити, що виробники набагато охочіше стануть оснащувати своїноутбуки та планшети підтримкою технології MU-MIMO.

6. Точки доступу виконують «важку» обробку

Прагнучи спрощення вимог до пристроїв кінцевих користувачів, розробники технології MU-MIMO постаралися перекласти на точки доступу більшу частину роботи з обробки сигналу. Це ще один крок уперед у порівнянні з технологією SU-MIMO, де тягар з обробки сигналу здебільшого лежав на пристроях. І знову ж таки, це допоможе виробникам клієнтських пристроїв економити на потужності, розмірі та інших витратах при виробництві своїх продуктових рішень з підтримкою MU-MIMO, що має дуже позитивно позначитися на популяризації цієї технології.

7. Навіть бюджетні пристрої отримують відчутну вигоду від одночасної передачі через кілька просторових потік

Подібно до агрегації каналів у мережі Ethernet (802.3ad і LACP), об'єднання потоків 802.1ac не збільшує швидкість з'єднання «точка-точка». Тобто. якщо ви єдиний користувач і у Вас запущена лише одна програма - ви задіяєте лише 1 просторовий потік.

Однак існує можливість збільшитизагальну пропускну спроможність мережі за рахунок надання можливості з обслуговування точкою доступу декількох пристроїв одночасно.

Але якщо всі використовувані у вашій мережі пристрої підтримують роботу тільки з одним потоком, то MU-MIMO дозволить вашій точці доступу обслуговувати одночасно до трьох пристроїв, замість одного за раз, у той час як іншим(просунутішим) користувальницьким пристроям доведеться чекати своєї черги.

8. Деякі пристрої користувача мають приховану підтримку технології MU-MIMO

Незважаючи на те, що в даний час все ще не так багато маршрутизаторів, точок доступу або мобільних пристроївпідтримують MU-MIMO, у компанії-виробнику Wi-Fi-чіпів стверджують, що частина виробників у своєму виробничому процесі врахувала апаратні вимоги для підтримки нової технології для деяких своїх пристроїв для кінцевих користувачів ще кілька років тому. Для таких пристроїв відносно просте оновлення програмного забезпеченнядодасть підтримку технології MU-MIMO, що також має прискорити популяризацію та розповсюдження технології, а також стимулювати компанії та організації модернізувати свої корпоративні бездротові мережі за допомогою обладнання з підтримкою стандарту 802.11ac.

9. Пристрої без підтримки MU-MIMO також опиняються у виграші

Незважаючи на те, що Wi-Fi-пристрої обов'язково повинні мати підтримку MU-MIMO для того, щоб використовувати цю технологію, навіть ті клієнтські пристрої, які такою підтримкою не мають, можуть отримати непряму вигоду від роботи в бездротовій мережі, де маршрутизатор або Точки доступу підтримують технологію MU-MIMO. Слід пам'ятати, що швидкість передачі даних мережі безпосередньо залежить від загального часу, протягом якого абонентські пристрої підключені до радіоканалу. І якщо технологія MU-MIMO дозволить обслуговувати частину пристроїв швидше, це означає, що у точок доступу в такій мережі залишиться більше часу на обслуговування інших клієнтських пристроїв.

10. MU-MIMO допомагає збільшити пропускну спроможність бездротової мережі

Коли ви збільшуєте швидкість Wi-Fi-з'єднання, ви також збільшуєте пропускну здатність бездротової мережі. Так як пристрої обслуговуються швидше, то у мережі з'являється більше ефірного часу обслуговування більшої кількості клієнтських пристроїв. Таким чином, технологія MU-MIMO може значно оптимізувати роботу бездротових мереж з інтенсивним трафіком або великою кількістю підключених пристроїв, як-от громадські Wi-Fi-мережі. Це чудова новина, оскільки кількість смартфонів та інших мобільних пристроїв із можливістю підключення до Wi-Fi-мережі, швидше за все, продовжить збільшуватися.

11. Підтримується будь-яка ширина каналу

Одним із способів розширення пропускної здатності Wi-Fi-каналу є зв'язування каналів, коли об'єднуються два сусідні канали в один канал, який вдвічі ширший, що фактично подвоює швидкість Wi-Fi-з'єднання між пристроєм і точкою доступу. Стандарт 802.11n передбачав підтримку каналів шириною до 40 МГц, в оригінальній специфікації стандарту 802.11ac ширина каналу, що підтримується, була збільшена до 80 МГц. У оновленому стандарті 802.11ac Wave 2 підтримуються канали завширшки 160 МГц.

Рисунок 3. На сьогоднішній день стандарт 802.11ac підтримує канали шириною до 160 МГц у діапазоні частот 5 ГГц

Однак, не слід забувати, що використання бездротової мережі каналів більшої ширини збільшує ймовірність виникнення перешкод у суміщених каналах. Тому такий підхід не завжди буде правильним виборомдля розгортання всіх без винятку Wi-Fi-мереж. Тим не менш, технологія MU-MIMO, як ми можемо переконатися, може бути використана для каналів будь-якої ширини.

Тим не менш, навіть якщо ваша бездротова мережа використовує більш вузькі канали завширшки 20 МГц або 40 МГц, технологія MU-MIMO все одно може допомогти їй працювати швидше. А ось наскільки швидше, залежатиме від того, скільки необхідно буде обслуговувати клієнтських пристроїв і скільки потоків кожен із цих пристроїв підтримує. Таким чином, використання технології MU-MIMO навіть без широких зв'язаних каналів може більш ніж удвічі збільшити пропускну здатність бездротового вихідного з'єднання для кожного пристрою.

12. Обробка сигналів підвищує безпеку

Цікавим побічним ефектом технології MU-MIMO є те, що маршрутизатор або точка доступу шифрує дані перед відправкою через радіоканали.Досить важко декодувати дані, що передаються з використанням технології MU-MIMO, тому що не зрозуміло, яка частина коду в якому просторовому потоці знаходиться. Хоча згодом можуть бути розроблені спеціальні інструменти, що дозволяють іншим пристроям перехоплювати трафік, що передається, на сьогоднішній день технологія MU-MIMO ефективно маскує дані від розташованих поблизу пристроїв прослуховування. Таким чином, нова технологіядопомагає підвищити безпеку Wi-Fi, що особливо актуально для відкритих бездротових мереж, таких як громадські Wi-Fi-мережі, а також точок доступу, що працюють в персональному режимі або використовують спрощений режим автентифікації користувачів (Pre-Shared Key, PSK) на базі технологій захисту Wi-Fi-мережі WPA або WPA2.

13. MU-MIMO найкраще підходить для нерухомих Wi-Fi-пристроїв

Також існує одна застереження про технологію MU-MIMO: вона не дуже добре працює з пристроями, що швидко рухаються, так як процес формування спрямованого сигналу за технологією beamforming стає більш складним і менш ефективним. Тому MU-MIMO не зможе забезпечити вам помітну користь для пристроїв, які часто використовують роумінг у вашій корпоративній мережі. Однак, слід розуміти, що ці «проблемні» пристрої ніяк не повинні вплинути ні на MU-MIMO-передачу даних іншим пристроям, які менш рухливі, ні на їх продуктивність.

Підписка на новини

MIMO - м ногоантенні технології в LTE

Опції MIMO (M ultiple Input – Multiple Output)

Застосування технологій MIMO (multiple input – multiple output) вирішує два завдання:

Збільшення якості зв'язку за рахунок просторового тимчасового/частотного кодування та (або) формування променів (beamforming),

Підвищення швидкості передачі під час застосування просторового мультиплексування.

Структура MIMO

У різних реалізаціях MIMO маю на увазі одночасна передача в одному фізичному каналі декількох незалежних повідомлень. З метою реалізації дії MIMO застосовують багатоантенні системи: на передавальній стороні є N tпередаючих антен, а на приймальній стороні N rприймальних. Ця структура наведена на рис. 1.

Рис. 1. MIMO структура

Що таке MIMO?

MIMO (англ. Multiple Input Multiple Output) -метод просторового кодування сигналу, що дозволяє збільшити смугу пропускання каналу, при якому передача даних здійснюється за допомогою Nантен та їх прийому Мантенами. Передавальні та приймальні антени рознесені настільки, щоб досягти слабкої кореляції між сусідніми антенами.

Історія MIMO

Історія систем MIMO як об'єкта бездротового зв'язку поки що дуже тривала. Перший патент на використання MIMO-принципу в радіозв'язку був зареєстрований в 1984 від імені співробітника Bell Laboratories Джека Вінтерса (Jack Winters). Грунтуючись на його дослідженнях, Джек Селз (Jack Salz) з тієї ж компанії опублікував у 1985 році першу статтю з MIMO-рішень. Розвиток цього напряму продовжувався спеціалістами Bell Laboratories та іншими дослідниками аж до 1995 року. У 1996 році Грег Ралей (Greg Raleigh) та Джеральд Дж. Фошіні (Gerald J. Foschini) запропонували новий варіант реалізації MIMO-системи, збільшивши цим її ефективність. Згодом Грег Ралей, якому надають авторство OFDM ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing- Мультиплексування за допомогою ортогональних несучих) для MIMO, заснував компанію Airgo Networks, яка розробила перший MIMO-чіпсет під назвою True MIMO.

Однак, незважаючи на досить короткий проміжок часу з моменту своєї появи, MIMO-напрямок розвивається дуже багатопланово і включає різнорідне сімейство методів, які можна класифікувати за принципом поділу сигналів у приймальному пристрої. При цьому в MIMO-системах використовуються як підходи до поділу сигналів, що вже увійшли в практику, так і нові. До них відносяться, наприклад, просторово-часове, просторово-частотне, просторово-поляризаційне кодування, а також надроздільна здатність у напрямку приходу сигналу в приймач. Завдяки великій кількості підходів до поділу сигналів вдалося забезпечити таку тривалу розробку стандартів на використання систем MIMO у засобах зв'язку. Проте всі різновиди MIMO спрямовані на досягнення однієї мети - збільшення пікової швидкості передачі даних в мережах зв'язку за рахунок покращення стійкості до перешкод.

Найпростіша антена MIMO – це система із двох несиметричних вібраторів (монополів), орієнтованих під кутом ±45° щодо вертикальної осі (рис.2).

Рис. 2 Найпростіша антена MIMO

Такий кут поляризації дозволяє каналам перебувати в рівних умовах, оскільки при горизонтально-вертикальній орієнтації випромінювачів одна з поляризаційних складових неминуче отримала б більше загасання при поширенні вздовж земної поверхні. Сигнали, що випромінюються незалежно кожним монополем, поляризовані взаємно ортогонально з досить високою взаємною розв'язкою по крос-поляризаційній складовій (не менше 20 дБ). Аналогічна антена використовується і на приймальній стороні. Такий підхід дозволяє одночасно передавати сигнали з однаковими несучими, модульованими по-різному. Принцип поляризаційного поділу забезпечує подвоєння пропускної спроможності лінії радіозв'язку в порівнянні з випадком одиночного монополя (в ідеальних умовах прямої видимості при ідентичній орієнтації приймальних та передаючих антен). Таким чином, насправді будь-яку систему з подвійною поляризацією можна вважати системою MIMO.

Подальша еволюція MIMO

До того моменту, коли технологія MIMO була специфікована в релізі 7, йшло активне поширення у світі стандарту. Були спроби поєднати мережі третього поколінняз технологією MIMO, але широкого поширення не набули. За даними Глобальної Асоціації Постачальників Мобільного Обладнання ( Global mobile Suppliers Association, GSA) від 04.11.2010 на той момент із 2776 типів пристроїв з підтримкою HSPA, представлених на ринку, лише 28 моделей підтримують MIMO. До того ж використання MIMO мережі з низьким проникненням MIMO-терміналів призводить до зниження пропускної спроможності мережі. Компанія Nokia розробила технологію для мінімізації втрат пропускної спроможності, але вона показала б свою ефективність тільки в тому випадку, коли проникнення MIMO-терміналів становило б щонайменше 40% абонентських пристроїв. Додаючи до сказаного вище, варто нагадати, що 14 грудня 2009 року відбувся запуск першої у світі мобільної мережіна базі технології LTE, яка дозволяла досягти набагато вищих швидкостей. Тому видно, що оператори були націлені на якнайшвидше розгортання мереж LTE, ніж на модернізацію мереж третього покоління.

На сьогоднішній день можна відзначити бурхливе зростання обсягу трафіку в мережах рухомого зв'язку 4 покоління, і щоб забезпечити необхідну швидкість усім своїм абонентам, операторам доводиться шукати різні методи підвищення швидкості передачі даних або підвищення ефективності використання частотного ресурсу. MIMO дозволяє в наявній смузі частот передавати майже в 2 рази більше даних за той же тимчасовий проміжок при варіанті 2х2. Якщо використовувати антенну реалізацію 4х4, то, на жаль, максимальна швидкість завантаження інформації складе 326 Мбіт/с, а не 400 Мбіт/с, як передбачає теоретичний розрахунок. Це з особливістю передачі через 4 антени. Кожній антені виділено певні ресурсні елементи (РЕ) передачі опорних символів. Вони необхідні для організації когерентної демодуляції та оцінки каналів. Розташування цих РЕ зображено на рис. 3. Передавальним антенам надають номери логічних антенних портів. Символи, позначені R0, передає порт 0, символи R1 – порт 1 і т.д. У результаті 14,3% від усіх РЕ виділено на передачу опорних знаків, чим і зумовлено відмінність теоретичної та практичних швидкостей.

Один із підходів до збільшення швидкості передачі даних для WiFi стандарту 802.11 та для WiMAX стандарту 802.16 – це використання бездротових систем із застосуванням декількох антен, як для передавача, так і для приймача. Такий підхід називається MIMO (дослівний переклад - "множинний вхід множинний вихід"), або "розумна антенна системи" (smart antenna systems). Технологія MIMO відіграє у реалізації WiFi стандарту 802.11n.

У технології MIMO застосовуються кілька антен різного роду, налаштованих на тому самому каналі. Кожна антена передає сигнал із різними просторовими характеристиками. Таким чином, технологія MIMO використовує спектр радіохвиль більш ефективно та без шкоди для надійності роботи. Кожен wi-fi приймач «прислухається» до всіх сигналів від кожного wifi передавача, що дозволяє робити шляхи передачі більш різноманітними. Таким чином, кілька шляхів можуть бути перекомбіновані, що призведе до посилення необхідних сигналів бездротових мережах.

Ще один плюс технології MIMO в тому, що ця технологія забезпечує просторовий поділ мультиплексування (Spatial Division Multiplexing (SDM)). SDM просторово ущільнює кілька незалежних потоків даних одночасно (в основному віртуальних каналів) всередині однієї спектральної смуги пропускання каналу. По суті, кілька антен передають різні потоки даних з індивідуальним кодуванням сигналів (просторові потоки). Ці потоки, рухаючись паралельно повітрям «пропихають» більше даних заданому каналу. На приймачі кожна антена бачить різні поєднаннясигнальних потоків та приймач «демултиплексує» ці потоки для їх використання. MIMO SDM може значно збільшити пропускну здатність передачі даних, якщо збільшити кількість просторових потоків даних. Кожному просторовому потоку необхідні свої власні передавальні/приймаючі (TX/RX) антенні пари на кожному кінці передачі. Робота системи представлена ​​на рис.

Також необхідно розуміти, що для реалізації технології MIMO потрібен окремий радіочастотний ланцюг та аналого-цифровий перетворювач (АЦП) для кожної антени. Реалізації, що вимагають більше двох антен у ланцюгу, повинні бути ретельно спроектовані для того, щоб не збільшувати витрати при збереженні належного рівня ефективності.

Важливим інструментом підвищення фізичної швидкості передачі у бездротових мережах, є розширення смуги пропускання спектральних каналів. Завдяки використанню ширшої смуги пропускання каналу з ортогональним частотним поділоммультиплексування (OFDM) передача даних здійснюється з максимальною продуктивністю. OFDM є цифровою модуляцією, яка відмінно себе зарекомендувала як інструмент для здійснення двонаправленої високошвидкісної бездротової передачі даних у WiMAX/WiFi мережах. Метод розширення пропускної спроможності каналів є економічно ефективним і легко реалізовується з помірним зростанням цифрової обробки сигналу (DSP). При правильному застосуванні можна подвоїти частоту пропускання стандарту Wi-Fi 802.11 з 20 МГц каналу на 40 МГц, також можна забезпечити більш ніж удвічі збільшену пропускну здатність каналів, що використовуються в даний час. Завдяки об'єднанню MIMO архітектури з ширшою смугою пропускання каналу, виходить дуже потужний та економічно доцільний підхід для підвищення фізичної швидкості передачі.

Застосування MIMO технології з 20 МГц каналами вимагає великих витрат задоволення вимог IEEE по WiFi стандарту 802.11n (100 Мбіт / з пропускної спроможності на MAC SAP). Також для задоволення цих вимог при використанні каналу в 20 МГц знадобиться щонайменше по три антени, як на передавачі, так і на приймачі. Але в той же час робота на 20 МГц каналі забезпечує надійну роботу з додатками, що вимагають високу пропускну здатність в реальному середовищі користувача.

Спільне застосування технологій MIMO та розширення каналу відповідає всім вимогам користувача і є досить надійним тандемом. Це так само вірно і при використанні одночасно кількох ресурсомістких мережних додатків. Комбінація MIMO та 40 МГц розширення каналу дозволить відповідати і більш складним вимогам, таким як Закон Мура та виконання технології CMOS удосконалення DSP технології.

При застосуванні розширеного каналу 40 МГц в діапазоні 2.4 ГГц спочатку виникли труднощі із сумісністю з обладнанням на основі WiFi стандартів 802.11a /b/g, а також з обладнанням, що використовує технологію Bluetooth для передачі даних.

Для вирішення цієї проблеми у Wi-Fi стандарті 802.11n передбачено цілу низку рішень. Одним із таких механізмів, спеціально призначеним для захисту мереж, є так звана невисока пропускна здатність (non-HT) дубльованого режиму. Перед використанням протоколу передачі даних WiFi стандарту 802.11n цей механізм відправляє по одному пакету на кожну половину 40 МГц каналу для оголошення мережі розподілу вектора (NAV). Наслідуючи non-HT дубльованого режиму NAV повідомлення, протокол передачі даних стандарту 802.11n може бути використаний протягом заявленого повідомлення час, без порушення спадщини (цілісності) мережі.

Інший механізм є своєрідною сигналізацією і не дає бездротовим мережамрозширювати канал понад 40 МГц. Наприклад, у ноутбуці встановлені модулі 802.11n та Bluetooth, даний механізмзнає про можливість виникнення потенційних перешкод при роботі цих двох модулів одночасно та відключає передачу каналом 40 МГц одного з модулів.

Ці механізми гарантують, що WiFi 802.11n будуть працювати з мережами ранніх стандартів 802.11 без необхідності переведення всієї мережі на обладнання стандарту 802.11n.

Побачити приклад використання системи MIMO можна на рис.

Якщо у Вас після прочитання виникнуть будь-які питання, Ви можете задати їх через форму надсилання повідомлень у розділі