Antena MIMO - ce este și care sunt avantajele ei? Tehnologia MIMO (Multiple Input Multiple Output) este o metodă de codificare spațială a semnalului

MIMO (Multiple Input Multiple Output, multi-channel input - multi-channel output) este o metodă de utilizare coordonată a mai multor antene radio în comunicațiile de rețea fără fir, comună în routerele moderne de bandă largă și în rețelele celulare LTE și WiMAX.

Cum functioneaza?

Routerele Wi-Fi cu tehnologie MIMO folosesc aceleași protocoale de rețea ca routerele obișnuite cu o singură legătură. Acestea oferă performanțe mai mari prin îmbunătățirea eficienței transmiterii și recepționării datelor printr-o legătură fără fir. În special, traficul de rețea dintre clienți și router este organizat în fluxuri separate transmise în paralel, cu restabilirea lor ulterioară de către dispozitivul receptor.

Tehnologia MIMO poate crește capacitatea de transmisie, raza de acțiune și fiabilitatea atunci când există un risc mare de interferență de la alte echipamente fără fir.

Aplicație în rețele Wi-Fi

Tehnologia MIMO a fost inclusă în standard începând cu 802.11n. Utilizarea acestuia îmbunătățește performanța și disponibilitatea conexiunilor de rețea în comparație cu routerele convenționale.

Numărul de antene poate varia. De exemplu, MIMO 2x2 oferă două antene și două transmițătoare capabile să recepționeze și să transmită pe două canale.

Pentru a profita de această tehnologie și a-și realiza beneficiile, dispozitivul client și routerul trebuie să stabilească o conexiune MIMO între ele. Documentația pentru echipamentul utilizat ar trebui să indice dacă acceptă această caracteristică. Nu există o altă modalitate ușoară de a verifica dacă o conexiune de rețea folosește această tehnologie.

SU-MIMO și MU-MIMO

Prima generație de tehnologie, introdusă în standardul 802.11n, a acceptat o metodă cu utilizator unic (SU). În comparație cu soluțiile tradiționale, în care toate antenele de pe un router trebuie să fie coordonate pentru a comunica cu un singur dispozitiv client, SU-MIMO permite ca fiecare antenă să fie distribuită pe diferite echipamente.

Tehnologia MIMO multi-utilizator (MU) a fost creată pentru a fi utilizată în rețelele Wi-Fi 802.11ac la 5 GHz. În timp ce standardul anterior cerea ca routerele să-și gestioneze conexiunile clienților una câte una (una câte una), antenele MU-MIMO pot comunica cu mai mulți clienți în paralel. îmbunătățește performanța conexiunii. Cu toate acestea, chiar dacă un router 802.11ac are suportul hardware necesar pentru tehnologia MIMO, există și alte limitări:

• suportă un număr limitat de conexiuni client simultane (2-4) în funcție de configurația antenei;
• coordonarea antenei este asigurată într-o singură direcție - de la router la client.

MIMO și Cellular

Tehnologia este utilizată în diferite tipuri de rețele wireless. Găsește din ce în ce mai mult aplicație în comunicațiile celulare (4G și 5G) sub mai multe forme:

• Network MIMO - transmisie coordonată a semnalului între stațiile de bază;
• MIMO masiv - utilizarea unui număr mare (sute) de antene;
• unde milimetrice - utilizarea benzilor de frecvență ultra-înaltă în care capacitatea este mai mare decât în ​​benzile licențiate pentru 3G și 4G.

Tehnologie multi-utilizator

Pentru a înțelege cum funcționează MU-MIMO, trebuie să ne uităm la modul în care un router wireless tradițional procesează pachetele de date. Face o treabă bună de a trimite și de a primi date, dar numai într-o singură direcție. Cu alte cuvinte, poate comunica doar cu un dispozitiv la un moment dat. De exemplu, dacă se descarcă un videoclip, nu puteți transmite un joc video online pe consolă în același timp.

Un utilizator poate rula mai multe dispozitive într-o rețea Wi-Fi, iar routerul le trimite rapid pe rând fragmente de date. Cu toate acestea, poate accesa doar un dispozitiv la un moment dat, care este principalul motiv pentru calitatea slabă a conexiunii dacă lățimea de bandă Wi-Fi este prea mică.

Din moment ce funcționează, atrage puțină atenție asupra lui. Cu toate acestea, eficiența unui router care transmite date către mai multe dispozitive simultan poate fi îmbunătățită. În același timp, va funcționa mai rapid și va oferi configurații de rețea mai interesante. Acesta este motivul pentru care au apărut dezvoltări precum MU-MIMO și au fost în cele din urmă încorporate în standardele wireless moderne. Aceste evoluții permit routerelor avansate să comunice cu mai multe dispozitive simultan.

Scurt istoric: SU vs MU

MIMO pentru un singur utilizator și multi-utilizator sunt moduri diferite prin care routerele pot comunica cu mai multe dispozitive. Primul este mai vechi. Standardul SU permitea trimiterea și primirea de date prin mai multe fluxuri simultan, în funcție de numărul disponibil de antene, fiecare dintre acestea putând funcționa cu dispozitive diferite. SU a fost inclus în actualizarea 802.11n din 2007 și a început să fie introdus treptat în noile linii de produse.

Cu toate acestea, SU-MIMO a avut limitări în plus față de cerințele antenei. Deși pot fi mai multe dispozitive conectate, acestea încă au de-a face cu un router care poate gestiona doar unul câte unul. Ratele de date au crescut, iar interferența a devenit mai puțin o problemă, dar există încă mult loc de îmbunătățire.

MU-MIMO este un standard care a evoluat de la SU-MIMO și SDMA (Space Division Multiple Access). Tehnologia permite unei stații de bază să comunice cu mai multe dispozitive folosind un flux separat pentru fiecare, de parcă toate ar avea propriul lor router.

Suportul MU a fost adăugat în cele din urmă într-o actualizare a standardului 802.11ac în 2013. După câțiva ani de dezvoltare, producătorii au început să includă această caracteristică în produsele lor.

Beneficiile MU-MIMO

Aceasta este o tehnologie interesantă, deoarece are un impact vizibil asupra utilizării de zi cu zi a Wi-Fi fără a modifica direct lățimea de bandă sau alți parametri cheie wireless. Rețelele devin mult mai eficiente.

Pentru a asigura o conexiune stabilă cu un laptop, telefon, tabletă sau computer, standardul nu necesită ca routerul să aibă mai multe antene. Este posibil ca fiecare astfel de dispozitiv să nu-și partajeze canalul MIMO cu alții. Acest lucru este vizibil mai ales atunci când redați videoclipuri sau efectuați alte sarcini complexe. Vitezele de internet sunt subiectiv mai rapide, iar conexiunea este mai fiabilă, deși în realitate conexiunea devine mai inteligentă. Crește și numărul de dispozitive deservite simultan.

Limitările MU-MIMO

Tehnologia de acces multiplu multi-utilizator are, de asemenea, o serie de limitări care merită menționate. Standardele actuale acceptă 4 dispozitive, dar vă permit să adăugați mai multe și vor trebui să partajeze fluxul, ceea ce readuce problemele SU-MIMO. Tehnologia este utilizată în principal în downlink-uri și este limitată atunci când vine vorba de uplink-uri. În plus, routerul MU-MIMO trebuie să aibă mai multe informații despre starea dispozitivului și a conexiunii decât cerințele standardelor anterioare. Acest lucru face rețelele wireless mai dificil de gestionat și de depanat.

MU-MIMO este, de asemenea, o tehnologie direcțională. Aceasta înseamnă că 2 dispozitive situate unul lângă celălalt nu pot folosi canale diferite în același timp. De exemplu, dacă un soț urmărește un stream online la televizor și soția lui este în apropiere transmite un joc PS4 către Vita ei prin Remote Play, vor trebui totuși să partajeze lățimea de bandă. Un router poate furniza fluxuri discrete numai dispozitivelor care sunt situate în direcții diferite.

MIMO masiv

Pe măsură ce ne îndreptăm către rețelele wireless de a cincea generație (5G), creșterea smartphone-urilor și a noilor aplicații a dus la o creștere de 100 de ori a lățimii de bandă necesare, comparativ cu LTE. Noua tehnologie Massive MIMO, care a primit multă atenție în ultimii ani, este concepută pentru a crește semnificativ eficiența rețelelor de telecomunicații la niveluri fără precedent. Având în vedere raritatea și costul ridicat al resurselor disponibile, operatorii sunt atrași de oportunitatea de a crește capacitatea în benzile de frecvență sub 6 GHz.

În ciuda progreselor semnificative, Massive MIMO este departe de a fi perfect. Tehnologia continuă să fie cercetată activ atât în ​​mediul academic, cât și în industrie, unde inginerii se străduiesc să obțină rezultate teoretice cu soluții acceptabile comercial.

MIMO masiv poate ajuta la rezolvarea a două probleme cheie - debitul și acoperirea. Pentru operatorii de telefonie mobilă, gama de frecvență rămâne o resursă limitată și relativ costisitoare, dar este o condiție cheie pentru creșterea vitezei de transmisie a semnalului. În orașe, distanța dintre stațiile de bază este determinată mai degrabă de capacitate decât de acoperire, ceea ce necesită instalarea unui număr mare de stații de bază și implică costuri suplimentare. Massive MIMO vă permite să creșteți capacitatea unei rețele existente. În zonele în care implementarea stațiilor de bază este determinată de acoperire, tehnologia poate extinde gama de stații de bază.

Concept

Massive MIMO schimbă fundamental practica actuală prin utilizarea unui număr foarte mare de antene de serviciu 4G care funcționează coerent și adaptiv (sute sau mii). Acest lucru ajută la concentrarea transmisiei și recepției energiei semnalului în zone mai mici din spațiu, îmbunătățind considerabil performanța și eficiența energetică, mai ales atunci când este combinată cu programarea simultană a unui număr mare de terminale de utilizator (zeci sau sute). Metoda a fost inițial destinată transmisiei duplex cu divizare în timp (TDD), dar ar putea fi utilizată și în modul duplex cu divizare în frecvență (PDD).

Tehnologia MIMO: avantaje și dezavantaje

Avantajele metodei sunt utilizarea pe scară largă a componentelor ieftine de putere redusă, latența redusă, stratul de control al accesului simplificat (MAC) și rezistența la interferențe aleatorii și intenționate. Debitul așteptat depinde de mediul de propagare care oferă legături asimptotic ortogonale la terminale, iar experimentele nu au evidențiat până acum nicio limită în acest sens.

Cu toate acestea, odată cu eliminarea multor probleme, apar și altele noi care necesită soluții urgente. De exemplu, sistemele MIMO trebuie să permită mai multor componente low-cost, cu fidelitate scăzută să lucreze împreună eficient, să colecteze date despre starea canalului și să aloce resurse terminalelor nou conectate. De asemenea, este necesar să se exploateze gradele suplimentare de libertate oferite de antenele de serviciu redundante, să se reducă consumul intern de energie pentru a obține eficiența energetică globală și să se găsească noi scenarii de implementare.

Numărul tot mai mare de antene 4G implicate în implementările MIMO necesită de obicei vizite la fiecare stație de bază pentru modificări de configurare și cablare. Implementarea inițială a rețelelor LTE a necesitat instalarea de noi echipamente. Acest lucru a făcut posibilă producerea unei configurații MIMO 2x2 a standardului LTE original. Modificările ulterioare ale stațiilor de bază se fac numai în cazuri extreme, iar implementările de ordin superior depind de mediul de operare. O altă problemă este că operarea MIMO are ca rezultat un comportament complet diferit al rețelei față de sistemele anterioare, ceea ce creează o anumită incertitudine de planificare. Prin urmare, operatorii tind să folosească mai întâi alte dezvoltări, mai ales dacă acestea pot fi implementate printr-o actualizare de software.

Tehnologie bazată pe standardul WiFi IEEE 802.11n.

Wi-Life oferă o scurtă prezentare a tehnologiei WiFi IEEE 802.11n .
Informații extinse către noastre publicații video.

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

Într-un caz tipic de implementare a unei rețele Wi-Fi în interior, de exemplu într-un birou, atelier, hangar, spital, semnalul radio se deplasează rareori pe calea cea mai scurtă dintre emițător și receptor din cauza pereților, ușilor și altor obstacole. Cele mai multe astfel de medii au multe suprafețe diferite care reflectă semnalul radio (unda electromagnetică) așa cum o oglindă reflectă lumina. După reflecție, se formează mai multe copii ale semnalului WiFi original. Atunci când mai multe copii ale unui semnal WiFi călătoresc pe căi diferite de la transmițător la receptor, semnalul care ia calea cea mai scurtă va fi primul, iar următoarele copii (sau ecoul reflectat al semnalului) vor sosi puțin mai târziu din cauza mai multor poteci. Aceasta se numește propagare a semnalului multipath (multipath). Condițiile pentru propagarea multiplă se schimbă constant deoarece... Dispozitivele Wi-Fi se mișcă adesea (un smartphone cu Wi-Fi în mâinile utilizatorului), diverse obiecte se deplasează creând interferențe (oameni, mașini etc.). Dacă semnalele sosesc în momente diferite și în unghiuri diferite, acest lucru poate cauza distorsiuni și posibilă atenuare a semnalului.

Este important să rețineți că WiFi 802.11 n cu suport MIMO și un număr mare de receptoare pot reduce efectele multipath și interferența distructivă, dar în orice caz este mai bine să reduceți condițiile multipath oriunde și oricând este posibil. Unul dintre cele mai importante puncte este să păstrați antenele cât mai departe posibil de obiectele metalice (în primul rând antene omni WiFi care au un model de radiație circular sau omnidirecțional).

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

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

hai sa Să ne uităm la principalele tipuri MIMO în rețelele WiFi.
Deocamdată vom omite detaliile numărului de emițătoare și receptoare. Este important să înțelegem principiul.

Primul tip: Diversitate la primirea unui semnal pe un dispozitiv WiFi

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

Al doilea tip: Diversitate la trimiterea unui semnal către un dispozitiv WiFi

Dacă la punctul de trimitere există cel puțin două transmițătoare WiFi conectate cu antene distanțate, atunci devine posibilă trimiterea unui grup de semnale identice pentru a crește numărul de copii ale informațiilor, a crește fiabilitatea transmisiei și a reduce nevoia de a retrimite datele în canal radio în caz de pierdere.

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

Dacă la punctul de trimitere și la punctul de recepție există cel puțin două transmițătoare WiFi conectate cu antene separate, atunci devine posibilă trimiterea unui set de informații diferite peste semnale diferite pentru a crea posibilitatea combinării virtuale a unor astfel de fluxuri de informații într-unul singur canal de transmisie a datelor, al cărui debit total tinde spre suma fluxurilor individuale din care constă. Aceasta se numește multiplexare spațială. Dar aici este extrem de important să se asigure posibilitatea separării de înaltă calitate a tuturor semnalelor sursă, ceea ce necesită o mare SNR - raport semnal/zgomot.

Tehnologia MRC (raportul maxim combinat ) este utilizat în multe puncte de acces moderne Wifi clasa corporativă.
M.R.C. care vizează creșterea nivelului semnalului în direcția de la Wifi client la punctul de acces WiFi 802.11.
Algoritm de lucru M.R.C. implică colectarea pe mai multe antene și receptoare a tuturor semnalelor directe și reflectate în timpul propagării pe mai multe căi. Urmează un procesor special ( DSP ) selectează cel mai bun semnal de la fiecare receptor și realizează combinația. De fapt, procesarea matematică implementează o schimbare de fază virtuală pentru a crea interferențe pozitive cu semnalele adăugate. Astfel, semnalul total rezultat are caracteristici semnificativ mai bune decât toate cele originale.

M.R.C. vă permite să oferiți condiții de operare semnificativ mai bune pentru dispozitivele mobile cu putere redusă în rețeaua standard Wifi .

Pe sistemele WiFi 802.11n Avantajele propagării pe mai multe căi sunt folosite pentru a transmite mai multe semnale radio simultan. Fiecare dintre aceste semnale, numite „ fluxuri spațiale", este trimis de la o antenă separată folosind un transmițător separat. Deoarece există o anumită distanță între antene, fiecare semnal urmează o cale ușor diferită către receptor. Acest efect se numește „ diversitatea spațială" Receptorul este, de asemenea, echipat cu mai multe antene cu propriile module radio separate, care decodifică în mod independent semnalele de intrare, iar fiecare semnal este combinat cu semnale de la alte module radio receptoare. Ca rezultat, mai multe fluxuri de date sunt primite simultan. Acest lucru oferă un randament semnificativ mai mare decât sistemele WiFi 802.11 anterioare, dar necesită și un client compatibil 802.11n.

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

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

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

Alăturați-vă grupului nostru pe

MIMO(Multiple Input Multiple Output - multiple input multiple output) este o tehnologie utilizată în sistemele de comunicații fără fir (WIFI, rețele de comunicații celulare), care poate îmbunătăți semnificativ eficiența spectrală a sistemului, rata maximă de transfer de date și capacitatea rețelei. Principala modalitate de a obține beneficiile de mai sus este transmiterea datelor de la sursă la destinație prin mai multe conexiuni radio, de unde își trage numele tehnologia. Să luăm în considerare fundalul acestei probleme și să determinăm principalele motive care au condus la utilizarea pe scară largă a tehnologiei MIMO.

Nevoia de conexiuni de mare viteză care să ofere servicii de înaltă calitate (QoS) cu toleranță ridicată la erori este în creștere de la an la an. Acest lucru este foarte facilitat de apariția unor servicii precum VoIP (), VoD (), etc. Cu toate acestea, majoritatea tehnologiilor wireless nu permit furnizarea abonaților de servicii de înaltă calitate la marginea zonei de acoperire. În sistemele celulare și în alte sisteme de comunicații fără fir, calitatea conexiunii, precum și viteza de transfer de date disponibilă, scade rapid odată cu distanța de la (BTS). În același timp, scade și calitatea serviciilor, ceea ce duce în cele din urmă la imposibilitatea furnizării de servicii în timp real de înaltă calitate pe întreaga zonă de acoperire radio a rețelei. Pentru a rezolva această problemă, puteți încerca să instalați stații de bază cât mai dens posibil și să organizați acoperirea internă în toate locurile cu niveluri scăzute de semnal. Totuși, acest lucru va necesita costuri financiare semnificative, care vor duce în cele din urmă la o creștere a costului serviciului și o scădere a competitivității. Astfel, pentru a rezolva această problemă, este necesară o inovație originală care, dacă este posibil, să folosească gama de frecvență actuală și să nu necesite construcția de noi facilități de rețea.

Caracteristicile propagării undelor radio

Pentru a înțelege principiile de funcționare ale tehnologiei MIMO, este necesar să se țină cont de cele generale din spațiu. Undele emise de diverse sisteme radio fără fir în intervalul de peste 100 MHz se comportă în multe feluri ca razele de lumină. Când undele radio întâlnesc orice suprafață în timpul propagării, în funcție de materialul și dimensiunea obstacolului, o parte din energie este absorbită, o parte trece prin, iar restul este reflectată. Raportul dintre cotele de energie absorbită, reflectată și transmisă este influențată de mulți factori externi, inclusiv de frecvența semnalului. Mai mult, energia semnalului reflectată și transmisă prin poate schimba direcția de propagare ulterioară, iar semnalul în sine este împărțit în mai multe unde.

Semnalul care se propagă conform legilor de mai sus de la sursă la destinatar, după ce a întâlnit numeroase obstacole, este împărțit în mai multe unde, doar o parte din care ajunge la receptor. Fiecare dintre undele care ajung la receptor formează așa-numita cale de propagare a semnalului. Mai mult, datorită faptului că diferitele valuri sunt reflectate de un număr diferit de obstacole și parcurg distanțe diferite, căi diferite au căi diferite.

În mediile urbane dense, din cauza unui număr mare de obstacole precum clădiri, copaci, mașini etc., apare foarte des o situație când nu există vizibilitate directă între MS și antenele stației de bază (BTS). În acest caz, singura opțiune pentru ca semnalul să ajungă la receptor este prin undele reflectate. Cu toate acestea, după cum sa menționat mai sus, un semnal reflectat în mod repetat nu mai are energia inițială și poate ajunge cu întârziere. O dificultate deosebită este creată și de faptul că obiectele nu rămân întotdeauna staționare și situația se poate schimba semnificativ în timp. Acest lucru ridică o problemă - una dintre cele mai semnificative probleme în sistemele de comunicații fără fir.

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

Mai multe soluții diferite sunt utilizate pentru a combate propagarea pe mai multe căi a semnalelor. Una dintre cele mai comune tehnologii este Receive Diversity - . Esența sa constă în faptul că pentru a primi un semnal se folosesc nu una, ci mai multe antene (de obicei două, mai rar patru), situate la distanță una de alta. Astfel, destinatarul are nu una, ci două copii ale semnalului transmis, care au ajuns în moduri diferite. Acest lucru face posibilă colectarea mai multă energie din semnalul original, deoarece undele primite de o antenă pot să nu fie recepționate de alta și invers. De asemenea, semnalele care sosesc defazate la o antenă pot ajunge în fază la alta. Acest design de interfață radio poate fi numit Single Input Multiple Output (SIMO), spre deosebire de designul standard Single Input Single Output (SISO). Se poate folosi și abordarea inversă: atunci când se folosesc mai multe antene pentru transmisie și una pentru recepție. Acest lucru crește, de asemenea, energia totală a semnalului original primit de receptor. Acest circuit se numește Multiple Input Single Output (MISO). În ambele scheme (SIMO și MISO), mai multe antene sunt instalate pe partea stației de bază, deoarece Este dificil să se implementeze diversitatea antenei într-un dispozitiv mobil pe o distanță suficient de mare fără a crește dimensiunea echipamentului terminal în sine.

Ca urmare a unor raționamente suplimentare, ajungem la schema MIMO (Multiple Input Multiple Output). În acest caz, sunt instalate mai multe antene pentru transmisie și recepție. Totuși, spre deosebire de schemele de mai sus, această schemă de diversitate permite nu numai combaterea propagării semnalului pe mai multe căi, ci și obținerea unor avantaje suplimentare. Prin utilizarea mai multor antene pentru transmisie și recepție, fiecărei perechi de antene de transmisie/recepție i se poate atribui o cale separată pentru transmiterea informațiilor. În acest caz, recepția diversității va fi efectuată de către antenele rămase, iar această antenă va servi și ca antenă suplimentară pentru alte căi de transmisie. Ca rezultat, teoretic, este posibilă creșterea ratei de transfer de date de câte ori sunt utilizate antene suplimentare. Cu toate acestea, o limitare semnificativă este impusă de calitatea fiecărei căi radio.

Cum funcționează MIMO

După cum sa menționat mai sus, pentru a organiza tehnologia MIMO, este necesar să instalați mai multe antene pe părțile de transmisie și recepție. De obicei, la intrarea și la ieșirea sistemului sunt instalate un număr egal de antene, deoarece în acest caz, se atinge rata maximă de transfer de date. Pentru a arăta numărul de antene la recepție și transmisie, împreună cu numele tehnologiei „MIMO”, este de obicei menționată denumirea „AxB”, unde A este numărul de antene la intrarea sistemului și B este la ieșire. În acest caz, sistemul înseamnă o conexiune radio.

Tehnologia MIMO necesită unele modificări în structura emițătorului în comparație cu sistemele convenționale. Să luăm în considerare doar una dintre cele mai simple și posibile moduri de a organiza tehnologia MIMO. În primul rând, este necesar un divizor de flux pe partea de transmisie, care va împărți datele destinate transmiterii în mai multe subfluxuri de viteză redusă, al căror număr depinde de numărul de antene. De exemplu, pentru MIMO 4x4 și o rată a datelor de intrare de 200 Mbit/s, divizorul va crea 4 fluxuri de 50 Mbit/s fiecare. În continuare, fiecare dintre aceste fluxuri trebuie transmis prin propria antenă. De obicei, antenele de transmisie sunt instalate cu o anumită separare spațială pentru a furniza cât mai multe semnale false posibil care apar ca urmare a reflexiilor. Într-una dintre modalitățile posibile de organizare a tehnologiei MIMO, semnalul este transmis de la fiecare antenă cu o polarizare diferită, ceea ce îi permite să fie identificat la recepție. Cu toate acestea, în cel mai simplu caz, fiecare dintre semnalele transmise se dovedește a fi marcat de mediul de transmisie însuși (întârziere și alte distorsiuni).

Pe partea de recepție, mai multe antene primesc semnalul din aerul radio. Mai mult, antenele de pe partea de recepție sunt, de asemenea, instalate cu o oarecare diversitate spațială, asigurând astfel recepția diversității, discutată mai devreme. Semnalele primite ajung la receptori, al căror număr corespunde numărului de antene și căilor de transmisie. Mai mult, fiecare dintre receptori primește semnale de la toate antenele sistemului. Fiecare dintre acești sumatori extrage din fluxul total energia semnalului doar a căii pentru care este responsabil. El face acest lucru fie în funcție de un atribut predeterminat care a fost furnizat fiecărui semnal, fie prin analiza întârzierii, atenuării, defazajului, adică. set de distorsiuni sau „amprentă” a mediului de propagare. În funcție de principiul de funcționare al sistemului (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC), etc.), semnalul transmis poate fi repetat după un anumit timp sau transmis cu o ușoară întârziere prin alte antene.

Un fenomen neobișnuit care poate apărea într-un sistem MIMO este că rata de date a sistemului MIMO poate fi redusă atunci când există o linie de vedere între sursa semnalului și receptor. Acest lucru se datorează în primul rând unei scăderi a severității distorsiunilor din spațiul înconjurător, care marchează fiecare dintre semnale. Ca urmare, devine dificilă separarea semnalelor la capătul de recepție și acestea încep să se influențeze reciproc. Astfel, cu cât este mai mare calitatea conexiunii radio, cu atât se pot obține mai puține beneficii de la MIMO.

MIMO multi-utilizator (MU-MIMO)

Principiul organizării comunicațiilor radio discutat mai sus se referă la așa-numitul Single user MIMO (SU-MIMO), unde există un singur emițător și receptor de informații. În acest caz, atât emițătorul, cât și receptorul își pot coordona în mod clar acțiunile și, în același timp, nu există un factor surpriză atunci când pot apărea noi utilizatori în aer. Această schemă este destul de potrivită pentru sistemele mici, de exemplu, pentru organizarea comunicării într-un birou de acasă între două dispozitive. La rândul lor, majoritatea sistemelor, cum ar fi WI-FI, WIMAX, sistemele de comunicații celulare sunt multi-utilizator, adică. în ele există un singur centru și mai multe obiecte la distanță, cu fiecare dintre ele este necesar să se organizeze o conexiune radio. Astfel, apar două probleme: pe de o parte, stația de bază trebuie să transmită un semnal către mulți abonați prin același sistem de antenă (difuzare MIMO) și, în același timp, să primească un semnal prin aceleași antene de la mai mulți abonați (MIMO MAC - Canale de acces multiple).

În direcția uplink - de la MS la BTS, utilizatorii își transmit informațiile simultan pe aceeași frecvență. În acest caz, apare o dificultate pentru stația de bază: este necesar să se separe semnalele de la diferiți abonați. Una dintre modalitățile posibile de a combate această problemă este și metoda de procesare liniară, care presupune transmiterea preliminară a semnalului transmis. Semnalul original, conform acestei metode, este înmulțit cu o matrice, care este compusă din coeficienți care reflectă efectul de interferență de la alți abonați. Matricea este compilată pe baza situației actuale de la radio: numărul de abonați, vitezele de transmisie etc. Astfel, înainte de transmisie, semnalul este supus unei distorsiuni inverse celei pe care o va întâlni în timpul transmisiei radio.

În downlink - direcția de la BTS la MS, stația de bază transmite semnale simultan pe același canal către mai mulți abonați simultan. Acest lucru duce la faptul că semnalul transmis pentru un abonat afectează recepția tuturor celorlalte semnale, adică apare interferența. Opțiunile posibile pentru a combate această problemă sunt utilizarea sau utilizarea tehnologiei de codare a hârtiei murdare. Să aruncăm o privire mai atentă asupra tehnologiei hârtiei murdare. Principiul funcționării sale se bazează pe o analiză a stării curente a undelor radio și a numărului de abonați activi. Singurul (primul) abonat își transmite datele către stația de bază fără a-și codifica sau modifica datele, deoarece nu există interferențe din partea altor abonați. Al doilea abonat va codifica, adică. schimbați energia semnalului dvs. pentru a nu interfera cu primul și nu vă expuneți semnalul la influența de la primul. Abonații ulterior adăugați în sistem vor urma și ei acest principiu și se vor baza pe numărul de abonați activi și pe efectul semnalelor pe care le transmit.

Aplicarea MIMO

În ultimul deceniu, tehnologia MIMO a fost una dintre cele mai relevante modalități de a crește debitul și capacitatea sistemelor de comunicații fără fir. Să ne uităm la câteva exemple de utilizare a MIMO în diferite sisteme de comunicații.

Standardul WiFi 802.11n este unul dintre cele mai izbitoare exemple de utilizare a tehnologiei MIMO. Potrivit acestuia, vă permite să mențineți viteze de până la 300 Mbit/s. Mai mult, standardul anterior 802.11g permitea doar 50 Mbit/s. Pe lângă creșterea ratelor de transfer de date, noul standard, datorită MIMO, permite și o calitate mai bună a serviciului în zonele cu putere scăzută a semnalului. 802.11n este folosit nu numai în sistemele punct/multipunct (Point/Multipoint) - cea mai comună nișă pentru utilizarea tehnologiei WiFi pentru a organiza o LAN (Local Area Network), dar și pentru organizarea conexiunilor punct/punct care sunt folosite pentru a organiza comunicația backbone canale la mai multe viteze de sute de Mbit/s și permițând transmiterea datelor pe zeci de kilometri (până la 50 km).

Standardul WiMAX are, de asemenea, două versiuni care introduc noi capabilități utilizatorilor care folosesc tehnologia MIMO. Primul, 802.16e, oferă servicii mobile de bandă largă. Vă permite să transmiteți informații la viteze de până la 40 Mbit/s în direcția de la stația de bază la echipamentul abonatului. Cu toate acestea, MIMO în 802.16e este considerat o opțiune și este utilizat în cea mai simplă configurație - 2x2. În următoarea ediție, 802.16m MIMO este considerată o tehnologie obligatorie, cu o configurație 4x4 posibilă. În acest caz, WiMAX poate fi deja clasificat ca sisteme de comunicații celulare, și anume a patra generație a acestora (datorită vitezei mari de transfer de date), deoarece are o serie de caracteristici inerente rețelelor celulare: conexiuni vocale. În cazul utilizării mobile, teoretic, se pot atinge viteze de 100 Mbit/s. Într-o versiune fixă, viteza poate ajunge la 1 Gbit/s.

De cel mai mare interes este utilizarea tehnologiei MIMO în sistemele de comunicații celulare. Această tehnologie a fost folosită încă de la a treia generație de sisteme de comunicații celulare. De exemplu, în standard, în Rel. 6 este utilizat împreună cu tehnologia HSPA care acceptă viteze de până la 20 Mbit/s, iar în Rel. 7 – cu HSPA+, unde ratele de transfer de date ajung la 40 Mbit/s. Cu toate acestea, MIMO nu a găsit încă o utilizare pe scară largă în sistemele 3G.

Sistemele, și anume LTE, oferă și utilizarea MIMO în configurații de până la 8x8. Acest lucru, în teorie, poate face posibilă transmiterea datelor de la stația de bază către abonat peste 300 Mbit/s. Un alt punct pozitiv important este calitatea stabilă a conexiunii chiar și la margine. În acest caz, chiar și la o distanță considerabilă de stația de bază, sau atunci când este situat într-o cameră îndepărtată, se va observa doar o ușoară scădere a ratei de transfer de date.

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

9 aprilie 2014

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

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

Qualcomm Atheros a dezvoltat un sistem multi-utilizator, cu intrări multiple/ieșiri multiple (MU-MIMO) care permite rețelei să comunice cu mai multe computere în același timp. Compania intenționează să înceapă demonstrarea tehnologiei în următoarele câteva luni înainte de a începe livrările către clienți la începutul anului viitor.

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

În conformitate cu protocolul Wi-Fi, clienții sunt serviți secvențial - un singur dispozitiv de transmisie și recepție este utilizat într-un anumit interval de timp - astfel încât să fie utilizată doar o mică parte din lățimea de bandă a rețelei.

Acumularea acestor evenimente secvențiale creează o scădere a vitezei de comunicare pe măsură ce tot mai multe dispozitive se conectează la rețea.

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

Qualcomm consideră că astfel de capabilități vor fi utile în special în centrele de conferințe și cafenele internet unde mai mulți utilizatori se conectează la aceeași rețea.

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

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

Ei bine, acum, dacă cineva dorește să aprofundeze această tehnologie mai detaliat, să continuăm...

MIMO(Multiple Input Multiple Output - multiple input multiple output) este o tehnologie utilizată în sistemele de comunicații fără fir (WIFI, WI-MAX, rețele de comunicații celulare), care poate îmbunătăți semnificativ eficiența spectrală a sistemului, rata maximă de transfer de date și capacitatea rețelei . Principala modalitate de a obține beneficiile de mai sus este transmiterea datelor de la sursă la destinație prin mai multe conexiuni radio, de unde își trage numele tehnologia. Să luăm în considerare fundalul acestei probleme și să determinăm principalele motive care au condus la utilizarea pe scară largă a tehnologiei MIMO.

Nevoia de conexiuni de mare viteză care să ofere servicii de înaltă calitate (QoS) cu toleranță ridicată la erori este în creștere de la an la an. Acest lucru este foarte facilitat de apariția unor servicii precum VoIP (Voice over Internet Protocol), videoconferințe, VoD (Video on Demand) etc. Cu toate acestea, majoritatea tehnologiilor wireless nu permit furnizarea abonaților de servicii de înaltă calitate la marginea suprafata de acoperire. În sistemele celulare și în alte sisteme de comunicații fără fir, calitatea conexiunii, precum și viteza de transfer de date disponibilă, scade rapid odată cu distanța de la stația de bază (BTS). În același timp, scade și calitatea serviciilor, ceea ce duce în cele din urmă la imposibilitatea furnizării de servicii în timp real de înaltă calitate pe întreaga zonă de acoperire radio a rețelei. Pentru a rezolva această problemă, puteți încerca să instalați stații de bază cât mai dens posibil și să organizați acoperirea internă în toate locurile cu niveluri scăzute de semnal. Totuși, acest lucru va necesita costuri financiare semnificative, care vor duce în cele din urmă la o creștere a costului serviciului și o scădere a competitivității. Astfel, pentru a rezolva această problemă, este necesară o inovație originală care, dacă este posibil, să folosească gama de frecvență actuală și să nu necesite construcția de noi facilități de rețea.

Caracteristicile propagării undelor radio

Pentru a înțelege principiile de funcționare a tehnologiei MIMO, este necesar să se ia în considerare principiile generale de propagare a undelor radio în spațiu. Undele emise de diverse sisteme radio fără fir în intervalul de peste 100 MHz se comportă în multe feluri ca razele de lumină. Când undele radio întâlnesc orice suprafață în timpul propagării, în funcție de materialul și dimensiunea obstacolului, o parte din energie este absorbită, o parte trece prin, iar restul este reflectată. Raportul dintre cotele de energie absorbită, reflectată și transmisă este influențată de mulți factori externi, inclusiv de frecvența semnalului. Mai mult, energia semnalului reflectată și transmisă prin poate schimba direcția de propagare ulterioară, iar semnalul în sine este împărțit în mai multe unde.

Semnalul care se propagă conform legilor de mai sus de la sursă la destinatar, după ce a întâlnit numeroase obstacole, este împărțit în mai multe unde, doar o parte din care ajunge la receptor. Fiecare dintre undele care ajung la receptor formează așa-numita cale de propagare a semnalului. Mai mult, datorită faptului că diferitele valuri sunt reflectate de un număr diferit de obstacole și parcurg distanțe diferite, căi diferite au întârzieri de timp diferite.

În mediile urbane dense, din cauza unui număr mare de obstacole precum clădiri, copaci, mașini etc., apare de foarte multe ori o situație când nu există vizibilitate directă între echipamentul abonatului (MS) și antenele stației de bază (BTS). În acest caz, singura opțiune pentru ca semnalul să ajungă la receptor este prin undele reflectate. Cu toate acestea, după cum sa menționat mai sus, un semnal reflectat în mod repetat nu mai are energia inițială și poate ajunge cu întârziere. O dificultate deosebită este creată și de faptul că obiectele nu rămân întotdeauna staționare și situația se poate schimba semnificativ în timp. În acest sens, se pune problema propagării semnalului cu mai multe căi - una dintre cele mai semnificative probleme în sistemele de comunicații fără fir.

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

Mai multe soluții diferite sunt utilizate pentru a combate propagarea pe mai multe căi a semnalelor. Una dintre cele mai comune tehnologii este Receive Diversity. Esența sa constă în faptul că pentru a primi un semnal se folosesc nu una, ci mai multe antene (de obicei două, mai rar patru), situate la distanță una de alta. Astfel, destinatarul are nu una, ci două copii ale semnalului transmis, care au ajuns în moduri diferite. Acest lucru face posibilă colectarea mai multă energie din semnalul original, deoarece undele primite de o antenă pot să nu fie recepționate de alta și invers. De asemenea, semnalele care sosesc defazate la o antenă pot ajunge în fază la alta. Acest design de interfață radio poate fi numit Single Input Multiple Output (SIMO), spre deosebire de designul standard Single Input Single Output (SISO). Se poate folosi și abordarea inversă: atunci când se folosesc mai multe antene pentru transmisie și una pentru recepție. Acest lucru crește, de asemenea, energia totală a semnalului original primit de receptor. Acest circuit se numește Multiple Input Single Output (MISO). În ambele scheme (SIMO și MISO), mai multe antene sunt instalate pe partea stației de bază, deoarece Este dificil să se implementeze diversitatea antenei într-un dispozitiv mobil pe o distanță suficient de mare fără a crește dimensiunea echipamentului terminal în sine.

Ca urmare a unor raționamente suplimentare, ajungem la schema MIMO (Multiple Input Multiple Output). În acest caz, sunt instalate mai multe antene pentru transmisie și recepție. Totuși, spre deosebire de schemele de mai sus, această schemă de diversitate permite nu numai combaterea propagării semnalului pe mai multe căi, ci și obținerea unor avantaje suplimentare. Prin utilizarea mai multor antene pentru transmisie și recepție, fiecărei perechi de antene de transmisie/recepție i se poate atribui o cale separată pentru transmiterea informațiilor. În acest caz, recepția diversității va fi efectuată de către antenele rămase, iar această antenă va servi și ca antenă suplimentară pentru alte căi de transmisie. Ca rezultat, teoretic, este posibilă creșterea ratei de transfer de date de câte ori sunt utilizate antene suplimentare. Cu toate acestea, o limitare semnificativă este impusă de calitatea fiecărei căi radio.

Cum funcționează MIMO

După cum sa menționat mai sus, pentru a organiza tehnologia MIMO, este necesar să instalați mai multe antene pe părțile de transmisie și recepție. De obicei, la intrarea și la ieșirea sistemului sunt instalate un număr egal de antene, deoarece în acest caz, se atinge rata maximă de transfer de date. Pentru a arăta numărul de antene la recepție și transmisie, împreună cu numele tehnologiei „MIMO”, este de obicei menționată denumirea „AxB”, unde A este numărul de antene la intrarea sistemului și B este la ieșire. În acest caz, sistemul înseamnă o conexiune radio.

Tehnologia MIMO necesită unele modificări în structura emițătorului în comparație cu sistemele convenționale. Să luăm în considerare doar una dintre cele mai simple și posibile moduri de a organiza tehnologia MIMO. În primul rând, este necesar un divizor de flux pe partea de transmisie, care va împărți datele destinate transmiterii în mai multe subfluxuri de viteză redusă, al căror număr depinde de numărul de antene. De exemplu, pentru MIMO 4x4 și o rată a datelor de intrare de 200 Mbit/s, divizorul va crea 4 fluxuri de 50 Mbit/s fiecare. În continuare, fiecare dintre aceste fluxuri trebuie transmis prin propria antenă. De obicei, antenele de transmisie sunt instalate cu o anumită separare spațială pentru a furniza cât mai multe semnale false posibil care apar ca urmare a reflexiilor. Într-una dintre modalitățile posibile de organizare a tehnologiei MIMO, semnalul este transmis de la fiecare antenă cu o polarizare diferită, ceea ce îi permite să fie identificat la recepție. Cu toate acestea, în cel mai simplu caz, fiecare dintre semnalele transmise se dovedește a fi marcat de mediul de transmisie însuși (întârziere, atenuare și alte distorsiuni).

Pe partea de recepție, mai multe antene primesc semnalul din aerul radio. Mai mult, antenele de pe partea de recepție sunt, de asemenea, instalate cu o oarecare diversitate spațială, asigurând astfel recepția diversității, discutată mai devreme. Semnalele primite ajung la receptori, al căror număr corespunde numărului de antene și căilor de transmisie. Mai mult, fiecare dintre receptori primește semnale de la toate antenele sistemului. Fiecare dintre acești sumatori extrage din fluxul total energia semnalului doar a căii pentru care este responsabil. El face acest lucru fie în funcție de un atribut predeterminat care a fost furnizat fiecărui semnal, fie prin analiza întârzierii, atenuării, defazajului, adică. set de distorsiuni sau „amprentă” a mediului de propagare. În funcție de principiul de funcționare al sistemului (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC), etc.), semnalul transmis poate fi repetat după un anumit timp sau transmis cu o ușoară întârziere prin alte antene.

Un fenomen neobișnuit care poate apărea într-un sistem MIMO este că rata de date a sistemului MIMO poate fi redusă atunci când există o linie de vedere între sursa semnalului și receptor. Acest lucru se datorează în primul rând unei scăderi a severității distorsiunilor din spațiul înconjurător, care marchează fiecare dintre semnale. Ca urmare, devine dificilă separarea semnalelor la capătul de recepție și acestea încep să se influențeze reciproc. Astfel, cu cât este mai mare calitatea conexiunii radio, cu atât se pot obține mai puține beneficii de la MIMO.

MIMO multi-utilizator (MU-MIMO)

Principiul organizării comunicațiilor radio discutat mai sus se referă la așa-numitul Single user MIMO (SU-MIMO), unde există un singur emițător și receptor de informații. În acest caz, atât emițătorul, cât și receptorul își pot coordona în mod clar acțiunile și, în același timp, nu există un factor surpriză atunci când pot apărea noi utilizatori în aer. Această schemă este destul de potrivită pentru sistemele mici, de exemplu, pentru organizarea comunicării într-un birou de acasă între două dispozitive. La rândul lor, majoritatea sistemelor, cum ar fi WI-FI, WIMAX, sistemele de comunicații celulare sunt multi-utilizator, adică. în ele există un singur centru și mai multe obiecte la distanță, cu fiecare dintre ele este necesar să se organizeze o conexiune radio. Astfel, apar două probleme: pe de o parte, stația de bază trebuie să transmită un semnal către mulți abonați prin același sistem de antenă (difuzare MIMO) și, în același timp, să primească un semnal prin aceleași antene de la mai mulți abonați (MIMO MAC - Canale de acces multiple).

În direcția uplink - de la MS la BTS, utilizatorii își transmit informațiile simultan pe aceeași frecvență. În acest caz, apare o dificultate pentru stația de bază: este necesar să se separe semnalele de la diferiți abonați. Una dintre modalitățile posibile de combatere a acestei probleme este și metoda procesării liniare, care implică codificarea preliminară a semnalului transmis. Semnalul original, conform acestei metode, este înmulțit cu o matrice, care este compusă din coeficienți care reflectă efectul de interferență de la alți abonați. Matricea este compilată pe baza situației actuale de la radio: numărul de abonați, vitezele de transmisie etc. Astfel, înainte de transmisie, semnalul este supus unei distorsiuni inverse celei pe care o va întâlni în timpul transmisiei radio.

În downlink - direcția de la BTS la MS, stația de bază transmite semnale simultan pe același canal către mai mulți abonați simultan. Acest lucru duce la faptul că semnalul transmis pentru un abonat afectează recepția tuturor celorlalte semnale, adică apare interferența. Opțiunile posibile pentru a combate această problemă sunt utilizarea Smart Antena sau utilizarea tehnologiei de codare a hârtiei murdare. Să aruncăm o privire mai atentă asupra tehnologiei hârtiei murdare. Principiul funcționării sale se bazează pe o analiză a stării curente a undelor radio și a numărului de abonați activi. Singurul (primul) abonat își transmite datele către stația de bază fără a-și codifica sau modifica datele, deoarece nu există interferențe din partea altor abonați. Al doilea abonat va codifica, adică. schimbați energia semnalului dvs. pentru a nu interfera cu primul și nu vă expuneți semnalul la influența de la primul. Abonații ulterior adăugați în sistem vor urma și ei acest principiu și se vor baza pe numărul de abonați activi și pe efectul semnalelor pe care le transmit.

Aplicarea MIMO

În ultimul deceniu, tehnologia MIMO a fost una dintre cele mai relevante modalități de a crește debitul și capacitatea sistemelor de comunicații fără fir. Să ne uităm la câteva exemple de utilizare a MIMO în diferite sisteme de comunicații.

Standardul WiFi 802.11n este unul dintre cele mai izbitoare exemple de utilizare a tehnologiei MIMO. Potrivit acestuia, vă permite să mențineți viteze de până la 300 Mbit/s. Mai mult, standardul anterior 802.11g permitea doar 50 Mbit/s. Pe lângă creșterea ratelor de transfer de date, noul standard, datorită MIMO, permite și o calitate mai bună a serviciului în zonele cu putere scăzută a semnalului. 802.11n este folosit nu numai în sistemele punct/multipunct (Point/Multipoint) - cea mai comună nișă pentru utilizarea tehnologiei WiFi pentru a organiza o LAN (Local Area Network), dar și pentru organizarea conexiunilor punct/punct care sunt folosite pentru a organiza comunicația backbone canale la mai multe viteze de sute de Mbit/s și permițând transmiterea datelor pe zeci de kilometri (până la 50 km).

Standardul WiMAX are, de asemenea, două versiuni care introduc noi capabilități utilizatorilor care folosesc tehnologia MIMO. Primul, 802.16e, oferă servicii mobile de bandă largă. Vă permite să transmiteți informații la viteze de până la 40 Mbit/s în direcția de la stația de bază la echipamentul abonatului. Cu toate acestea, MIMO în 802.16e este considerat o opțiune și este utilizat în cea mai simplă configurație - 2x2. În următoarea ediție, 802.16m MIMO este considerată o tehnologie obligatorie, cu o configurație 4x4 posibilă. În acest caz, WiMAX poate fi deja clasificat ca sisteme de comunicații celulare, și anume a patra generație a acestora (datorită vitezei mari de transfer de date), deoarece are o serie de caracteristici inerente rețelelor celulare: roaming, handover, conexiuni vocale. În cazul utilizării mobile, teoretic, se pot atinge viteze de 100 Mbit/s. Într-o versiune fixă, viteza poate ajunge la 1 Gbit/s.

De cel mai mare interes este utilizarea tehnologiei MIMO în sistemele de comunicații celulare. Această tehnologie a fost folosită încă de la a treia generație de sisteme de comunicații celulare. De exemplu, în standardul UMTS, în Rel. 6 este utilizat împreună cu tehnologia HSPA care acceptă viteze de până la 20 Mbit/s, iar în Rel. 7 – cu HSPA+, unde ratele de transfer de date ajung la 40 Mbit/s. Cu toate acestea, MIMO nu a găsit încă o utilizare pe scară largă în sistemele 3G.

Sistemele, și anume LTE, oferă și utilizarea MIMO în configurații de până la 8x8. Acest lucru, în teorie, poate face posibilă transmiterea datelor de la stația de bază către abonat peste 300 Mbit/s. Un alt punct pozitiv important este calitatea stabilă a conexiunii chiar și la marginea celulei. În acest caz, chiar și la o distanță considerabilă de stația de bază, sau atunci când este situat într-o cameră îndepărtată, se va observa doar o ușoară scădere a ratei de transfer de date.

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