Thực đơn
trang chủMicrosoft

Công nghệ MIMO: nó là gì và dùng để làm gì? Công nghệ MIMO (Multiple Output Multiple Output) là phương pháp mã hóa tín hiệu không gian

Một trong những đổi mới quan trọng và quan trọng nhất Wi-Fi trong 20 năm qua - Công nghệ Đa người dùng - Nhiều đầu vào Nhiều đầu ra (MU-MIMO). MU-MIMO mở rộng chức năng của bản cập nhật được phát hành gần đây lên chuẩn không dây 802.11ac “Wave 2”. Tất nhiên, đây là một bước đột phá lớn cho truyền thông không dây. Công nghệ này giúp tăng tốc độ không dây tối đa theo lý thuyết từ 3,47 Gbps trong thông số kỹ thuật 802.11ac ban đầu lên 6,93 Gbps trong bản cập nhật 802.11ac Wave 2. Đây là một trong những tính năng Wi-Fi phức tạp nhất hiện nay.

Hãy tìm hiểu cách nó hoạt động!

Công nghệ MU-MIMO nâng cao tiêu chuẩn bằng cách cho phép nhiều thiết bị nhận nhiều luồng dữ liệu. Nó dựa trên công nghệ MIMO người dùng đơn (SU-MIMO), được giới thiệu gần 10 năm trước với chuẩn 802.11n.

SU-MIMO tăng tốc độ kết nối Wi-Fi bằng cách cho phép một cặp thiết bị không dây đồng thời nhận hoặc gửi nhiều luồng dữ liệu.

Hình 1. Công nghệ SU-MIMO cung cấp nhiều luồng đầu vào và đầu ra cho một thiết bị cùng một lúc. Công nghệ MU-MIMO cho phép giao tiếp đồng thời với nhiều thiết bị.

Về cơ bản, có hai công nghệ đang cách mạng hóa Wi-Fi. Công nghệ đầu tiên trong số này, được gọi là định dạng chùm, cho phép bộ định tuyến Wi-Fi và điểm truy cập sử dụng các kênh vô tuyến hiệu quả hơn. Trước công nghệ này, bộ định tuyến và điểm truy cập Wi-Fi hoạt động giống như bóng đèn, gửi tín hiệu theo mọi hướng. Vấn đề là ở chỗ đó Tín hiệu năng lượng hạn chế, không tập trung sẽ gặp khó khăn khi tiếp cận các thiết bị Wi-Fi của khách hàng.

Sử dụng công nghệ tạo chùm tia, bộ định tuyến Wi-Fi hoặc điểm truy cập trao đổi thông tin về vị trí của nó với thiết bị khách. Sau đó, bộ định tuyến sẽ thay đổi pha và nguồn để tạo ra tín hiệu tốt hơn. Kết quả: tín hiệu vô tuyến được sử dụng hiệu quả hơn, truyền dữ liệu nhanh hơn và khoảng cách kết nối tối đa có thể tăng lên.

Khả năng tạo chùm tia đang mở rộng. Cho đến thời điểm hiện tại, bộ định tuyến hoặc điểm truy cập Wi-Fi vốn chỉ thực hiện một tác vụ, gửi hoặc nhận dữ liệu từ một thiết bị khách tại một thời điểm. Các phiên bản trước của họ tiêu chuẩn dữ liệu không dây 802.11, bao gồm chuẩn 802.11n và phiên bản đầu tiên của chuẩn 802.11ac, có khả năng nhận hoặc truyền đồng thời nhiều luồng dữ liệu, nhưng cho đến nay vẫn chưa có phương pháp nào cho phép Wi- Bộ định tuyến Fi hoặc điểm truy cập để “giao tiếp” với nhiều khách hàng cùng một lúc. Kể từ bây giờ, với sự trợ giúp của MU-MIMO, cơ hội như vậy đã xuất hiện.

Đây thực sự là một bước đột phá lớn vì khả năng truyền dữ liệu đồng thời tới nhiều thiết bị khách giúp mở rộng đáng kể băng thông khả dụng cho các máy khách không dây. Công nghệ MU-MIMO cải tiến mạng không dây từ phương pháp cũ CSMA-SD, khi chỉ có một thiết bị được cung cấp tại một thời điểm, tới một hệ thống nơi nhiều thiết bị có thể “giao tiếp” cùng một lúc. Để làm cho ví dụ rõ ràng hơn, hãy tưởng tượng bạn đang đi từ một con đường nông thôn một làn đến đường cao tốc rộng.

Ngày nay, bộ định tuyến không dây thế hệ thứ hai và điểm truy cập tiêu chuẩn 802.11ac Wave 2 đang tích cực chinh phục thị trường. Mọi người triển khai Wi-Fi đều hiểu chi tiết cụ thể về cách thức hoạt động của công nghệ MU-MIMO. Chúng tôi mang đến cho bạn sự chú ý 13 sự thật sẽ giúp bạn đẩy nhanh quá trình học tập theo hướng này.

1. MU-MIMO chỉ sử dụng Luồng "Downstream" (từ điểm truy cập đến thiết bị di động).

Không giống như SU-MIMO, công nghệ MU-MIMO hiện chỉ hoạt động với truyền dữ liệu từ điểm truy cập tới thiết bị di động. Chỉ các bộ định tuyến hoặc điểm truy cập không dây mới có thể truyền dữ liệu đến nhiều người dùng cùng một lúc, một hoặc nhiều luồng cho mỗi người dùng. Bản thân các thiết bị không dây (chẳng hạn như điện thoại thông minh, máy tính bảng hoặc máy tính xách tay) vẫn phải thay phiên nhau gửi dữ liệu đến bộ định tuyến không dây hoặc điểm truy cập, mặc dù chúng có thể sử dụng SU-MIMO riêng lẻ để truyền nhiều luồng khi đến lượt.

Công nghệ MU-MIMO sẽ đặc biệt hữu ích trong các mạng nơi người dùng tải xuống nhiều dữ liệu hơn tải lên.

Có lẽ trong tương lai một phiên bản công nghệ Wi-Fi sẽ được triển khai: 802.11ax, trong đó phương pháp MU-MIMO cũng sẽ được áp dụng cho lưu lượng truy cập “Ngược dòng”.

2. MU-MIMO chỉ hoạt động ở dải tần Wi-Fi 5 GHz

Công nghệ SU-MIMO hoạt động ở cả hai dải tần 2,4 GHz và 5 GHz. Các bộ định tuyến và điểm truy cập không dây 802.11ac Wave 2 thế hệ thứ hai có thể phục vụ nhiều người dùng cùng một lúc chỉ bằng cùng một dải tần 5GHz. Tất nhiên, một mặt rất đáng tiếc là chúng tôi sẽ không thể sử dụng công nghệ mới trên dải tần 2,4 GHz hẹp hơn và tắc nghẽn hơn. Tuy nhiên, mặt khác, ngày càng có nhiều thiết bị không dây băng tần kép hỗ trợ công nghệ MU-MIMO xuất hiện trên thị trường, chúng ta có thể sử dụng thiết bị này để triển khai mạng Wi-Fi công ty hiệu suất cao.

3. Công nghệ Beamforming giúp dẫn tín hiệu

Trong tài liệu của Liên Xô, bạn có thể tìm thấy khái niệm Anten mảng pha, được phát triển cho radar quân sự vào cuối những năm 80. Một công nghệ tương tự đã được sử dụng trong Wi-Fi hiện đại. MU-MIMO sử dụng công nghệ định dạng chùm tia (được biết đến trong tài liệu kỹ thuật tiếng Anh là “định dạng chùm tia”). Beamfiorming cho phép tín hiệu được định hướng theo hướng vị trí dự định của thiết bị không dây (hoặc các thiết bị), thay vì gửi chúng ngẫu nhiên theo mọi hướng. Bằng cách này, có thể tập trung tín hiệu và tăng đáng kể phạm vi cũng như tốc độ kết nối Wi-Fi.

Mặc dù công nghệ tạo chùm tia trở nên có sẵn tùy chọn với tiêu chuẩn 802.11n, tuy nhiên hầu hết các nhà sản xuất đều triển khai các phiên bản độc quyền của công nghệ này. Các nhà cung cấp này vẫn cung cấp các triển khai công nghệ độc quyền trong thiết bị của họ, nhưng giờ đây họ sẽ phải đưa vào ít nhất một phiên bản công nghệ định dạng chùm tia được đơn giản hóa và tiêu chuẩn hóa nếu họ muốn hỗ trợ công nghệ MU-MIMO trong dòng sản phẩm 802.11ac của mình.

4. MU-MIMO hỗ trợ một số lượng hạn chế các luồng và thiết bị đồng thời

Thật không may, bộ định tuyến hoặc điểm truy cập có công nghệ MU-MIMO không thể phục vụ đồng thời số lượng luồng và thiết bị không giới hạn. Bộ định tuyến hoặc điểm truy cập có giới hạn riêng về số lượng luồng mà nó có thể phục vụ (thường là 2, 3 hoặc 4 luồng) và số lượng luồng không gian này cũng giới hạn số lượng thiết bị mà điểm truy cập có thể phục vụ đồng thời. Do đó, một điểm truy cập hỗ trợ bốn luồng có thể phục vụ đồng thời bốn thiết bị khác nhau hoặc ví dụ: hướng một luồng đến một thiết bị và tổng hợp ba luồng còn lại sang thiết bị khác (tăng tốc độ kết hợp các kênh).​

5. Thiết bị người dùng không bắt buộc phải có nhiều ăng-ten

Giống như công nghệ SU-MIMO, chỉ những thiết bị không dây có hỗ trợ MU-MIMO tích hợp mới có thể tổng hợp các luồng (tốc độ). Nhưng không giống như SU-MIMO, các thiết bị không dây không nhất thiết cần nhiều ăng-ten để nhận luồng MU-MIMO từ bộ định tuyến và điểm truy cập không dây. Nếu thiết bị không dây của bạn chỉ có một ăng-ten, nó có thể nhận được chỉ một luồng dữ liệu MU-MIMO từ điểm truy cập, sử dụng định dạng chùm tia để cải thiện khả năng thu sóng.

Nhiều ăng-ten hơn sẽ cho phép thiết bị người dùng không dây nhận được nhiều luồng dữ liệu đồng thời hơn (thường là một luồng trên mỗi ăng-ten), điều này chắc chắn sẽ cải thiện hiệu suất của thiết bị đó. Tuy nhiên, sự hiện diện của nhiều ăng-ten trên thiết bị người dùng sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến mức tiêu thụ điện năng và kích thước của sản phẩm này, điều này rất quan trọng đối với điện thoại thông minh.

Tuy nhiên, công nghệ MU-MIMO đặt ra ít yêu cầu phần cứng hơn trên các thiết bị khách so với công nghệ SU-MIMO nặng nề về mặt kỹ thuật, do đó có thể an tâm khi cho rằng các nhà sản xuất sẽ sẵn sàng trang bị nhiều hơn cho thiết bị của họ. máy tính xách tay và máy tính bảng hỗ trợ công nghệ MU-MIMO.​

6. Điểm truy cập thực hiện công việc nặng nhọc

Trong nỗ lực đơn giản hóa các yêu cầu đối với thiết bị của người dùng cuối, các nhà phát triển công nghệ MU-MIMO đã cố gắng chuyển hầu hết công việc xử lý tín hiệu sang các điểm truy cập. Đây là một bước tiến khác so với công nghệ SU-MIMO, nơi gánh nặng xử lý tín hiệu phần lớn đổ lên thiết bị người dùng. Một lần nữa, điều này sẽ giúp các nhà sản xuất thiết bị khách hàng tiết kiệm điện năng, kích thước và các chi phí khác khi sản xuất các giải pháp sản phẩm hỗ trợ MU-MIMO của họ, điều này sẽ có tác động rất tích cực đến việc phổ biến công nghệ này.

7. Ngay cả các thiết bị giá rẻ cũng được hưởng lợi rất nhiều từ việc truyền đồng thời qua nhiều luồng không gian

Tương tự như tập hợp liên kết Ethernet (802.3ad và LACP), tập hợp luồng 802.1ac không cải thiện tốc độ liên kết điểm-điểm. Những thứ kia. nếu bạn là người dùng duy nhất và chỉ có một ứng dụng đang chạy, bạn sẽ chỉ sử dụng 1 luồng không gian.

Tuy nhiên, có thể tăng thông lượng mạng tổng thể bằng cách cung cấp khả năng phục vụ đồng thời một số thiết bị người dùng bằng một điểm truy cập.

Nhưng nếu tất cả thiết bị người dùng trên mạng của bạn chỉ hỗ trợ một luồng thì MU-MIMO sẽ cho phép điểm truy cập của bạn phục vụ đồng thời tối đa ba thiết bị, thay vì một thiết bị cùng một lúc, trong khi các thiết bị khác(cao cấp hơn) các thiết bị của người dùng sẽ phải chờ đến lượt.




Hình 2.

8. Một số thiết bị người dùng có hỗ trợ ẩn cho công nghệ MU-MIMO

Mặc dù vẫn chưa có nhiều bộ định tuyến, điểm truy cập hoặc thiết bị di động hỗ trợ MU-MIMO, nhưng công ty chip Wi-Fi cho biết một số nhà sản xuất đã tính đến các yêu cầu phần cứng trong quy trình sản xuất của họ để hỗ trợ công nghệ mới cho một số mục đích của nó. -thiết bị của người dùng cách đây vài năm. Đối với các thiết bị như vậy, một bản cập nhật phần mềm tương đối đơn giản sẽ hỗ trợ thêm công nghệ MU-MIMO, điều này cũng sẽ đẩy nhanh việc phổ biến và áp dụng công nghệ, cũng như khuyến khích các công ty và tổ chức nâng cấp mạng không dây công ty của họ bằng thiết bị hỗ trợ 802.11ac tiêu chuẩn.

9. Các thiết bị không hỗ trợ MU-MIMO cũng được hưởng lợi

Mặc dù các thiết bị Wi-Fi phải có hỗ trợ MU-MIMO để sử dụng công nghệ này, ngay cả những thiết bị khách không có hỗ trợ đó cũng có thể hưởng lợi gián tiếp khi hoạt động trên mạng không dây nơi bộ định tuyến hoặc điểm truy cập hỗ trợ công nghệ MU-MIMO. Cần nhớ rằng tốc độ truyền dữ liệu qua mạng phụ thuộc trực tiếp vào tổng thời gian mà các thiết bị thuê bao được kết nối với kênh vô tuyến. Và nếu công nghệ MU-MIMO giúp phục vụ một số thiết bị nhanh hơn, điều này có nghĩa là các điểm truy cập trong mạng như vậy sẽ có nhiều thời gian hơn để phục vụ các thiết bị khách khác.

10. MU-MIMO giúp tăng thông lượng không dây

Khi bạn tăng tốc độ kết nối Wi-Fi, bạn cũng tăng dung lượng mạng không dây. Vì các thiết bị được phục vụ nhanh hơn nên mạng có nhiều thời gian phát sóng hơn để phục vụ nhiều thiết bị khách hơn. Do đó, công nghệ MU-MIMO có thể tối ưu hóa đáng kể hiệu suất của các mạng không dây có lưu lượng truy cập lớn hoặc số lượng lớn thiết bị được kết nối, chẳng hạn như mạng Wi-Fi công cộng. Đây là một tin vui vì số lượng điện thoại thông minh và các thiết bị di động khác có kết nối Wi-Fi có thể sẽ tiếp tục tăng.

11. Hỗ trợ mọi độ rộng kênh

Một cách để mở rộng dung lượng của kênh Wi-Fi là gói kênh, kết hợp hai kênh liền kề thành một kênh có chiều rộng gấp đôi, giúp tăng gấp đôi tốc độ kết nối Wi-Fi giữa thiết bị và điểm truy cập một cách hiệu quả. Chuẩn 802.11n cung cấp hỗ trợ cho các kênh lên tới 40 MHz; trong thông số kỹ thuật 802.11ac ban đầu, độ rộng kênh được hỗ trợ đã tăng lên 80 MHz. Chuẩn 802.11ac Wave 2 được cập nhật hỗ trợ các kênh 160 MHz.



Hình 3. 802.11ac hiện hỗ trợ các kênh có chiều rộng lên tới 160 MHz trong dải tần 5 GHz

Tuy nhiên, chúng ta không nên quên rằng việc sử dụng các kênh rộng hơn trong mạng không dây sẽ làm tăng khả năng nhiễu trên các kênh đồng thời. Do đó, phương pháp này không phải lúc nào cũng là lựa chọn phù hợp để triển khai tất cả các mạng Wi-Fi mà không có ngoại lệ. Tuy nhiên, công nghệ MU-MIMO, như chúng ta có thể thấy, có thể được sử dụng cho các kênh có độ rộng bất kỳ.

Tuy nhiên, ngay cả khi mạng không dây của bạn sử dụng các kênh 20 MHz hoặc 40 MHz hẹp hơn, công nghệ MU-MIMO vẫn có thể giúp nó hoạt động nhanh hơn. Nhưng nhanh hơn bao nhiêu sẽ phụ thuộc vào số lượng thiết bị khách sẽ cần được phục vụ và số lượng luồng mà mỗi thiết bị này hỗ trợ. Do đó, việc sử dụng công nghệ MU-MIMO ngay cả khi không có các kênh liên kết rộng có thể tăng gấp đôi thông lượng không dây đầu ra cho mỗi thiết bị.

12. Xử lý tín hiệu cải thiện độ an toàn

Một tác dụng phụ thú vị của công nghệ MU-MIMO là bộ định tuyến hoặc điểm truy cập sẽ mã hóa dữ liệu trước khi gửi qua mạng. Việc giải mã dữ liệu được truyền bằng công nghệ MU-MIMO là khá khó khăn vì không rõ phần nào của mã nằm trong luồng không gian nào. Mặc dù sau này các công cụ đặc biệt có thể được phát triển để cho phép các thiết bị khác chặn lưu lượng truyền đi, nhưng công nghệ MU-MIMO ngày nay che dấu dữ liệu một cách hiệu quả từ các thiết bị nghe lén ở gần. Do đó, công nghệ mới giúp cải thiện bảo mật Wi-Fi, điều này đặc biệt quan trọng đối với các mạng không dây mở, chẳng hạn như mạng Wi-Fi công cộng, cũng như các điểm truy cập hoạt động ở chế độ cá nhân hoặc sử dụng chế độ xác thực người dùng đơn giản hóa (Pre-Shared Key). ). , PSK) dựa trên công nghệ bảo mật mạng Wi-Fi WPA hoặc WPA2.

13. MU-MIMO tốt nhất cho các thiết bị Wi-Fi cố định

Ngoài ra còn có một lưu ý đối với MU-MIMO: nó không hoạt động tốt với các thiết bị chuyển động nhanh vì quá trình tạo chùm tia trở nên phức tạp hơn và kém hiệu quả hơn. Do đó, MU-MIMO có thể không mang lại lợi ích đáng kể cho các thiết bị thường xuyên chuyển vùng trên mạng công ty của bạn. Tuy nhiên, cần hiểu rằng các thiết bị “có vấn đề” này sẽ không ảnh hưởng đến việc truyền dữ liệu MU-MIMO sang các thiết bị khách khác ít di động hơn cũng như hiệu suất của chúng.

Đăng ký nhận tin tức

Công nghệ MIMO đóng một vai trò rất lớn trong sự phát triển của WiFi. Một vài năm trước, không thể tưởng tượng được các thiết bị khác có tốc độ truyền tải từ 300 Mbit/s trở lên. Sự xuất hiện của các tiêu chuẩn truyền thông tốc độ cao mới, chẳng hạn như 802.11n, phần lớn là do MIMO.

Nói chung, điều đáng nói ở đây là khi nói về công nghệ WiFi, chúng tôi thực sự muốn nói đến một trong những tiêu chuẩn truyền thông, cụ thể là IEEE 802.11. WiFi đã trở thành một thương hiệu sau khi xuất hiện triển vọng hấp dẫn về việc sử dụng truyền dữ liệu không dây. Bạn có thể đọc thêm một chút về công nghệ Wi-Fi và chuẩn 802.11 trong.

Công nghệ MIMO là gì?

Để đưa ra định nghĩa đơn giản nhất có thể thì MIMO là truyền dữ liệu đa luồng. Chữ viết tắt có thể được dịch từ tiếng Anh là “nhiều đầu vào, nhiều đầu ra.” Không giống như tiền thân của nó (SingleInput/SingleOutput), trong các thiết bị có hỗ trợ MIMO, tín hiệu được phát trên một kênh vô tuyến không chỉ sử dụng một mà sử dụng một số máy thu và máy phát. Khi chỉ ra các đặc tính kỹ thuật của thiết bị WiFi, số của chúng được biểu thị bên cạnh chữ viết tắt. Ví dụ: 3x2 có nghĩa là 3 máy phát tín hiệu và 2 ăng ten thu.

Bên cạnh đó, MIMO sử dụng ghép kênh không gian. Đằng sau cái tên đáng sợ là công nghệ truyền đồng thời nhiều gói dữ liệu trên một kênh. Nhờ sự "mật độ" này của kênh, thông lượng của nó có thể tăng gấp đôi hoặc hơn.

MIMO và Wi-Fi

Tất nhiên, với sự phổ biến ngày càng tăng của việc truyền dữ liệu không dây qua kết nối WiFi, yêu cầu về tốc độ của chúng cũng tăng lên. Và chính công nghệ MIMO và những phát triển khác đã lấy nó làm cơ sở để có thể tăng thông lượng lên nhiều lần. Sự phát triển của WiFi đi theo con đường phát triển của các tiêu chuẩn 802.11 - a, b, g, n, v.v. Không phải vô cớ mà chúng tôi đề cập đến sự xuất hiện của chuẩn 802.11n. Nhiều đầu vào Nhiều đầu ra là thành phần chính của nó, giúp tăng tốc độ kênh của kết nối không dây từ 54 Mbit/s đến hơn 300 Mbit/s.

Chuẩn 802.11n cho phép bạn sử dụng độ rộng kênh 20 MHz tiêu chuẩn hoặc đường truyền băng thông rộng 40 MHz với thông lượng cao hơn. Như đã đề cập ở trên, tín hiệu được phản xạ nhiều lần, từ đó sử dụng nhiều luồng trên một kênh liên lạc.

Nhờ đó, truy cập Internet dựa trên WiFi giờ đây không chỉ cho phép lướt web, kiểm tra email và liên lạc trong ICQ mà còn cho phép chơi trò chơi trực tuyến, video trực tuyến, liên lạc trên Skype và các lưu lượng truy cập “nặng” khác.

Tiêu chuẩn mới hơn cũng sử dụng công nghệ MIMO.

Sự cố khi sử dụng MIMO trong WIFI

Vào buổi bình minh của công nghệ, gặp khó khăn trong việc kết hợp các thiết bị, làm việc có và không có hỗ trợ MIMO. Tuy nhiên, bây giờ điều này không còn phù hợp nữa - hầu hết mọi nhà sản xuất thiết bị không dây có uy tín đều sử dụng nó trong thiết bị của họ.

Ngoài ra, một trong những vấn đề với sự ra đời của công nghệ truyền dữ liệu sử dụng nhiều bộ thu và nhiều bộ phát là giá của thiết bị. Tuy nhiên, ở đây công ty đã thực hiện một cuộc cách mạng về giá thực sự. Cô ấy không chỉ thành lập được việc sản xuất thiết bị không dây với sự hỗ trợ của MIMO mà còn thực hiện việc đó với giá cả rất phải chăng. Ví dụ: hãy xem chi phí của một gói công ty thông thường - (trạm cơ sở), (phía khách hàng). Và trong các thiết bị này, nó không chỉ có MIMO mà còn được cải tiến độc quyền công nghệ airMax dựa trên nó.

Vấn đề duy nhất còn lại là việc tăng số lượng ăng-ten và bộ phát (hiện tại là tối đa 3) cho các thiết bị có PoE. Rất khó để cung cấp năng lượng cho một thiết kế tiêu tốn nhiều năng lượng hơn, nhưng một lần nữa, Ubiquiti đang không ngừng tiến bộ theo hướng này.

Công nghệ AirMAX

Ubiquiti Networks được công nhận là công ty đi đầu trong việc phát triển và triển khai các công nghệ WiFi tiên tiến, bao gồm MIMO. Chính trên cơ sở đó mà Ubiquiti đã phát triển và cấp bằng sáng chế cho công nghệ Không khí tối đa. Bản chất của nó là việc thu và truyền tín hiệu bởi một số ăng-ten trên một kênh được sắp xếp và cấu trúc theo giao thức TDMA với khả năng tăng tốc phần cứng: các gói dữ liệu được phân tách thành các khe thời gian riêng biệt, các hàng đợi truyền được phối hợp.

Điều này cho phép bạn mở rộng dung lượng kênh và tăng số lượng thuê bao được kết nối mà không làm giảm chất lượng liên lạc. Giải pháp này hiệu quả, dễ sử dụng và quan trọng là không tốn kém. Không giống như thiết bị tương tự được sử dụng trong mạng WiMAX, thiết bị của Ubiquiti Networks với công nghệ AirMAX có giá cả phải chăng.


trang mạng

Để giải quyết các vấn đề về mức độ thu tín hiệu Internet và di động, bạn có thể tự tạo ăng-ten MIMO 4g LTE của riêng mình. Công nghệ MIMO cho phép bạn tăng thông lượng và truyền nhiều dữ liệu hơn, từ đó tăng tốc độ. Hiệu ứng này đạt được bằng cách sử dụng nhiều thiết bị để nhận tín hiệu. Không phải ngẫu nhiên mà cái tên MIMO, hay Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra, được dịch là nhiều đầu vào, nhiều đầu ra. Sử dụng công nghệ này, có thể tăng tốc độ truyền dữ liệu đáng kể cho người tiêu dùng cuối.

Bằng cách song song luồng thành nhiều kênh ở đầu vào, bạn có thể gửi tín hiệu theo nhiều hướng và cũng có thể nhận tất cả dữ liệu này ở đầu ra. Độ phóng đại 2x, 3x và thậm chí 8x đạt được bằng cách sử dụng cấu hình và số lượng ăng-ten MIMO 3G hoặc 4G cụ thể. Hơn nữa, có thể truyền thông tin được mã hóa với độ trễ và khôi phục dữ liệu khi nhận được. Để hiểu cách thức hoạt động của các thiết bị như vậy, chúng ta hãy xem xét sơ đồ truyền tín hiệu vô tuyến.

Nhận và gửi thông tin trên đường truyền thông không dây

Sóng vô tuyến khi di chuyển trong không gian sẽ gặp nhiều chướng ngại vật khác nhau dưới dạng nhà cửa, cây cối và các công trình kiến ​​trúc khác. Các chướng ngại vật trên đường đi có thể phản xạ hoặc hấp thụ sóng hoặc chỉ làm như vậy một phần. Đôi khi tín hiệu được chia thành nhiều phần thành phần. Bản chất của sự tương tác giữa sóng và chướng ngại vật trên đường đi bị ảnh hưởng bởi vật liệu bề mặt, tần số tín hiệu và nhiều yếu tố khác. Sự phản xạ trong quá trình truyền gây ra sự chậm trễ về thời gian. Ngoài ra, do tất cả những tương tác này, chỉ một phần sóng được gửi từ máy thu đến được người dùng cuối. Vì vậy, một trong những vấn đề chính của mạng không dây là việc truyền tín hiệu đa đường.

Để giải quyết vấn đề này, các công nghệ sau được sử dụng:

  • Nhận đa dạng cho phép bạn nhận tín hiệu từ nhiều thiết bị cùng một lúc, thay vì chỉ một. Do đó, sóng không được thu bởi anten này sẽ được thu bởi anten kia. Sử dụng nguyên tắc một đầu ra và nhiều đầu vào, hay còn gọi là SIMO (Single input Multiple Output);
  • Truyền phân tập (Tx Diversity) dựa trên thực tế là tín hiệu được gửi từ nhiều ăng-ten và được nhận bởi một ăng-ten, tức là nhiều đầu ra và một đầu vào, hoặc MISO (Nhiều đầu vào đơn đầu ra), giống như ăng-ten bảng 3G;
  • Ghép kênh không gian – chia luồng đầu ra thành nhiều thành phần và nhận qua một số thiết bị hoặc MIMO. Ăng-ten cũng nhận được tín hiệu dành cho các thiết bị thu khác. Sử dụng ma trận truyền và tất cả thông tin nhận được, tín hiệu sẽ được khôi phục nhiều nhất có thể.

Để xác định thông lượng tối đa - C, công thức được sử dụng:

С= M B log2(1 + S/N), trong đó:

  • C – dung lượng kênh;
  • M – số lượng luồng dữ liệu độc lập;
  • B – độ rộng kênh;
  • S/N – tỷ lệ tín hiệu/nhiễu.

Đối với truyền thông di động 4G, cụ thể là LTE MIMO, có thể sử dụng 8X8, cho phép bạn đạt tốc độ lên tới 300 Mbit/s. Ngay cả ở một khoảng cách đáng kể từ trạm, tín hiệu sẽ ổn định. Ngày nay MIMO 2X2 phổ biến hơn. Luôn luôn đối với 4G số lượng kênh phải chẵn.

Ăng-ten có thể được đặt trên cùng một bề mặt hoặc được đặt cách nhau theo chiều dọc. Trong trường hợp thứ hai, điều quan trọng là phải duy trì chính xác sự khác biệt về độ được chỉ ra trong sơ đồ.

Anten MIMO

Cách dễ nhất để làm một ăng-ten là gì? Hãy xem xét thiết bị nhận tín hiệu 4G LTE 800, dựa trên ăng-ten Kharchenko - một dãy kim cương cùng pha. Thiết kế này được phát minh bởi K.P. Kharchenko trở lại những năm sáu mươi năm ngoái. Ưu điểm chính của thiết bị này là dễ lắp ráp ăng-ten và tất cả các thông số có thể được tính toán bằng nhiều máy tính trực tuyến trên mạng. Do mạch điện bất thường nên thiết bị hiếm khi cần phải cấu hình. Nếu bạn cần chế tạo thiết bị để cải thiện tín hiệu 3g bằng tay của mình, bạn có thể sử dụng một ăng-ten Kharchenko.

Công nghệ MIMO sử dụng số lượng ăng-ten chẵn, chúng ta sẽ có 2 ăng-ten DIY MIMO: Đường xuống - từ vệ tinh đến thiết bị thu và để gửi - Đường lên. Nếu nhìn vào các chỉ số trung bình, bạn có thể sử dụng 2 ăng-ten ở tần số 802 và 843 MHz, kết nối sẽ được thực hiện bằng cáp đồng trục 50 ohm.

Đối với 802 MHz, chiều dài tính bằng milimét là:

  • L1 – 93,5,
  • L2 – 90,
  • L3 – 250,
  • L4 – 136,5,
  • L5 – 4,8,
  • H – 373,
  • B – 373,
  • Đ 45,5.

Đối với 843 MHz, chiều dài tính bằng milimét là:

  • L1 – 90,
  • L2 – 96,
  • L3 – 238,
  • L4 – 129,5,
  • L5 – 4.6,
  • H – 373,
  • B – 355,
  • Đ 43.

Quan trọng! Số lượng luồng bằng hoặc nhỏ hơn số lượng ăng-ten tối thiểu ở đầu thu hoặc đầu ra. Khi sử dụng MIMO 4×4, bạn có thể làm việc trong phạm vi từ 1 đến 4 luồng, nhưng nếu chúng ta đang nói về MIMO 4×2 thì có thể chỉ có 1 hoặc 2 luồng.

Để làm việc bạn sẽ cần:

  • một lưới hoặc một miếng gỗ dán được phủ bằng giấy bạc hoặc băng keo giấy bạc hoặc thép mạ kẽm (chúng tôi sử dụng tùy chọn sau):
  • dây có tiết diện 4 mm2;
  • cáp;
  • tấm gỗ có chiều dài ít nhất 1,90 m;
  • ống polypropylen;
  • kẹp nylon;
  • một lon men tự động;
  • Đầu nối F – 2 cái;
  • cáp đuôi lợn F-CRC9 – 2 cái;
  • keo Poxipol;
  • máy khoan;
  • kìm;
  • thước dây và thước kẻ.

Trình tự:

  1. Chúng tôi làm một khung theo hình chữ P. Để làm điều này, chúng tôi cắt tấm ván thành ba phần. Tấm bảng dài nhất (phần trên cùng của chữ) phải là 1 m 20 cm, mỗi cạnh 35 cm, bạn có thể cắt tất cả các phần của khung từ các tấm bảng khác nhau;
  2. Chúng tôi cắt ra 2 mảnh từ một tấm thép mạ kẽm có kích thước 375x375 cm, cố định các đế bằng chốt trên khung một góc 45 độ;
  3. Ở giữa mỗi đế, chúng tôi khoan lỗ cho cáp sẽ đi đến modem. Đường kính của các lỗ là 7 mm. Chúng tôi đánh dấu để gắn ăng-ten;
  4. Chúng tôi cắt ống polypropylen thành nhiều phần: 3 phần - 44,5 mm và 3 - 42 mm. Các kích thước này liên quan trực tiếp đến tâm của dây;

Ghi chú!Để thu sóng ổn định và chất lượng cao, điều quan trọng là trạm phát phải hỗ trợ công nghệ ghép kênh không gian và ăng-ten được sử dụng cho modem 4G.

  1. Hãy bắt đầu bằng việc lắp ráp ăng-ten 802 MHz;
  2. Theo bản vẽ, chúng tôi đặt các đường ống lên các mảnh tấm mạ kẽm và dán chúng bằng Poxypol. Ống polypropylene và keo là chất điện môi nên khi ăng-ten và các bộ phận này tiếp xúc với nhau, tín hiệu sẽ không bị méo;
  3. Bây giờ chúng ta tự làm ăng-ten từ dây theo kích thước được chỉ ra trong bản vẽ. Chúng tôi thực hiện uốn cong bằng kìm. Trong các thông số thu được, bạn cần trừ đi 4 mm, trong đó 1 mm thuộc về sai số ở tâm và 3 mm khi uốn bằng kìm;
  4. Tiếp theo, chúng tôi tước dây cáp và lõi trung tâm, hàn nó vào các đầu dây và hàn bím tóc vào chỗ uốn cong;
  5. Chúng tôi kéo cáp qua ống polypropylen vào lỗ mà chúng tôi đã khoan trước;
  6. Bây giờ chúng tôi kiểm tra tất cả các kích thước và nếu cần, căn chỉnh ăng-ten;
  7. Chúng tôi cố định các góc của những viên kim cương trên giá đỡ bằng polypropylen bằng Poxypol. Để dây được cố định chắc chắn thì phải đặt một vật nặng nào đó lên trên;

  1. Chúng tôi đo khoảng cách giữa các đầu của ăng-ten và phần uốn cong của dây ở giữa cấu trúc, nó phải là 4,8-5 mm. 4,5 mm là khoảng cách giữa dây và phần uốn cong, rất khó điều chỉnh, nhưng điều này có thể được thực hiện bằng kéo cắt móng tay, đặt chúng ở giữa. Bây giờ chúng ta gắn phần giữa ăng-ten bằng keo;
  2. Trình tự lắp ráp ăng-ten DIY MIMO ở tần số 843 MHz hoàn toàn giống nhau. Điều quan trọng cần lưu ý là các ăng-ten phải được đặt ở góc 90 độ với nhau. Phân cực X có tác dụng lớn hơn phân cực dọc. Việc bố trí ăng-ten theo cách này tạo ra một sân chơi bình đẳng cho họ;
  3. Để ngăn dây cáp lọt qua các lỗ, chúng ta dùng kẹp nylon siết chặt từ phía sau và dán keo;
  4. Bây giờ chúng tôi thực hiện các phép đo kiểm soát theo sơ đồ và nếu cần, hãy điều chỉnh;
  5. Để tránh quá trình oxy hóa, chúng tôi phủ men lên trên dây và tấm mạ kẽm;
  6. Chúng tôi kết nối cáp thông qua đầu nối F với bím tóc và chỉ sau đó với modem;
  7. Chúng tôi đang thử nghiệm hệ thống. Việc tạo ăng-ten MIMO 4G bằng chính đôi tay của bạn đã hoàn thành.

Để gỡ lỗi hoạt động của thiết bị, cấu trúc phải được định vị chính xác. Nguyên tắc chung nói rằng tốt hơn hết bạn nên mang ăng-ten ra ngoài và nâng cao nhất có thể. Ngoài ra, ăng-ten phải hướng thẳng về phía trạm phân phối. Tuy nhiên, những lời khuyên này không phải lúc nào cũng hiệu quả. Ăng-ten MIMO được nâng lên càng cao thì bạn càng cần đặt nhiều cáp hơn trước khi tự kết nối modem, nhưng trong trường hợp này, một phần tín hiệu sẽ bị hủy do nhiễu do chính cáp này gây ra. Việc lắp đặt ngoài trời không phải lúc nào cũng thuận lợi cho thiết bị. Nếu quá trình oxy hóa có thể được loại bỏ bằng cách sơn, thì người ta không thể bỏ qua rằng hình dạng của cấu trúc có thể bị phá vỡ bởi gió giật. Ngoài ra, theo hướng về phía nhà ga có thể có nhiều chướng ngại vật khác nhau làm giảm tín hiệu.

Để gỡ lỗi ăng-ten, đôi khi bạn phải thử một số phương án cài đặt nhưng sau đó thiết bị này sẽ hoạt động ở 3G 4G LTE.

Băng hình

MIMO(Multiple input Multiple Output - nhiều đầu vào nhiều đầu ra) là công nghệ được sử dụng trong các hệ thống truyền thông không dây (WIFI, mạng truyền thông di động), có thể cải thiện đáng kể hiệu suất phổ của hệ thống, tốc độ truyền dữ liệu tối đa và dung lượng mạng. Cách chính để đạt được những lợi ích trên là truyền dữ liệu từ nguồn đến đích thông qua nhiều kết nối vô tuyến, đó là lý do công nghệ có tên như vậy. Hãy xem xét bối cảnh của vấn đề này và xác định những lý do chính dẫn đến việc sử dụng rộng rãi công nghệ MIMO.

Nhu cầu về kết nối tốc độ cao cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) cao với khả năng chịu lỗi cao đang tăng lên hàng năm. Điều này được hỗ trợ rất nhiều bởi sự xuất hiện của các dịch vụ như VoIP (), VoD (), v.v. Tuy nhiên, hầu hết các công nghệ không dây không cho phép cung cấp cho thuê bao dịch vụ chất lượng cao ở rìa vùng phủ sóng. Trong các hệ thống liên lạc di động và không dây khác, chất lượng kết nối cũng như tốc độ truyền dữ liệu sẵn có sẽ giảm nhanh chóng theo khoảng cách từ (BTS). Đồng thời, chất lượng dịch vụ cũng giảm sút, cuối cùng dẫn đến việc không thể cung cấp dịch vụ thời gian thực với chất lượng cao trên toàn bộ vùng phủ sóng vô tuyến của mạng. Để giải quyết vấn đề này, bạn có thể cố gắng cài đặt các trạm gốc với mật độ dày đặc nhất có thể và tổ chức vùng phủ sóng nội bộ ở tất cả những nơi có mức tín hiệu thấp. Tuy nhiên, điều này sẽ đòi hỏi chi phí tài chính đáng kể, cuối cùng sẽ dẫn đến tăng giá thành dịch vụ và giảm khả năng cạnh tranh. Vì vậy, để giải quyết vấn đề này, cần phải có sự đổi mới ban đầu để sử dụng dải tần hiện tại và không yêu cầu xây dựng cơ sở mạng mới nếu có thể.

Đặc điểm lan truyền sóng vô tuyến

Để hiểu được nguyên lý hoạt động của công nghệ MIMO, cần xem xét những nguyên lý chung trong không gian. Sóng phát ra từ các hệ thống vô tuyến không dây khác nhau trong phạm vi trên 100 MHz hoạt động giống như tia sáng theo nhiều cách. Khi sóng vô tuyến gặp bất kỳ bề mặt nào trong quá trình truyền, tùy thuộc vào vật liệu và kích thước của vật cản, một phần năng lượng bị hấp thụ, một phần đi qua và phần còn lại bị phản xạ. Tỷ lệ chia sẻ năng lượng được hấp thụ, phản xạ và truyền đi bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố bên ngoài, bao gồm cả tần số của tín hiệu. Hơn nữa, năng lượng tín hiệu được phản xạ và truyền qua có thể thay đổi hướng truyền tiếp theo của nó và bản thân tín hiệu bị chia thành nhiều sóng.

Tín hiệu truyền theo các định luật trên từ nguồn đến máy thu sau khi gặp vô số vật cản sẽ được chia thành nhiều sóng, trong đó chỉ một phần đến được máy thu. Mỗi sóng tới máy thu tạo thành cái gọi là đường truyền tín hiệu. Hơn nữa, do thực tế là các sóng khác nhau được phản xạ từ số lượng chướng ngại vật khác nhau và truyền đi những khoảng cách khác nhau nên các đường đi khác nhau có đường đi khác nhau.

Trong môi trường đô thị dày đặc, do có nhiều chướng ngại vật như nhà cửa, cây cối, ô tô, v.v., tình huống rất thường xảy ra là không có tầm nhìn trực tiếp giữa MS và ăng-ten của trạm gốc (BTS). Trong trường hợp này, lựa chọn duy nhất để tín hiệu đến được máy thu là thông qua sóng phản xạ. Tuy nhiên, như đã lưu ý ở trên, tín hiệu phản xạ lặp đi lặp lại không còn năng lượng ban đầu và có thể đến muộn. Khó khăn đặc biệt còn được tạo ra bởi thực tế là các vật thể không phải lúc nào cũng đứng yên và tình hình có thể thay đổi đáng kể theo thời gian. Điều này đặt ra một vấn đề - một trong những vấn đề quan trọng nhất trong hệ thống truyền thông không dây.

Tuyên truyền đa đường - một vấn đề hay một lợi thế?

Một số giải pháp khác nhau được sử dụng để chống lại sự truyền tín hiệu đa đường. Một trong những công nghệ phổ biến nhất là Nhận đa dạng - . Bản chất của nó nằm ở chỗ để nhận được tín hiệu, không phải một mà là một số ăng-ten được sử dụng (thường là hai, ít thường là bốn), nằm ở khoảng cách xa nhau. Do đó, người nhận không chỉ có một mà có hai bản sao của tín hiệu được truyền đến theo những cách khác nhau. Điều này giúp có thể thu được nhiều năng lượng hơn từ tín hiệu ban đầu, bởi vì sóng mà anten này thu được có thể không thu được anten khác và ngược lại. Ngoài ra, tín hiệu đến lệch pha tới một ăng-ten có thể đến cùng pha với anten khác. Thiết kế giao diện vô tuyến này có thể được gọi là Thiết kế nhiều đầu vào đơn (SIMO), trái ngược với thiết kế Một đầu vào đơn đầu ra (SISO) tiêu chuẩn. Cách tiếp cận ngược lại cũng có thể được sử dụng: khi một số ăng-ten được sử dụng để truyền và một ăng-ten để thu. Điều này cũng làm tăng tổng năng lượng của tín hiệu ban đầu mà máy thu nhận được. Mạch này được gọi là Nhiều đầu vào đơn đầu ra (MISO). Trong cả hai sơ đồ (SIMO và MISO), một số ăng-ten được lắp đặt ở phía trạm gốc, bởi vì Rất khó để thực hiện phân tập ăng-ten trong thiết bị di động trên một khoảng cách đủ lớn mà không tăng kích thước của thiết bị đầu cuối.

Nhờ lý luận sâu hơn, chúng ta đi đến sơ đồ Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra (MIMO). Trong trường hợp này, một số ăng-ten được lắp đặt để truyền và nhận. Tuy nhiên, không giống như các sơ đồ trên, sơ đồ phân tập này không chỉ cho phép chống lại sự truyền tín hiệu đa đường mà còn đạt được một số lợi thế bổ sung. Bằng cách sử dụng nhiều ăng-ten để truyền và nhận, mỗi cặp ăng-ten truyền/thu có thể được chỉ định một đường dẫn riêng để truyền thông tin. Trong trường hợp này, việc thu phân tập sẽ được thực hiện bởi các ăng-ten còn lại và ăng-ten này cũng sẽ đóng vai trò là ăng-ten bổ sung cho các đường truyền khác. Kết quả là, về mặt lý thuyết, có thể tăng tốc độ truyền dữ liệu lên gấp nhiều lần khi sử dụng thêm ăng-ten. Tuy nhiên, có một hạn chế đáng kể do chất lượng của từng đường truyền vô tuyến.

MIMO hoạt động như thế nào

Như đã lưu ý ở trên, để tổ chức công nghệ MIMO cần phải lắp đặt một số ăng-ten ở phía phát và phía thu. Thông thường, số lượng ăng-ten bằng nhau được lắp đặt ở đầu vào và đầu ra của hệ thống, bởi vì trong trường hợp này, tốc độ truyền dữ liệu tối đa sẽ đạt được. Để hiển thị số lượng ăng-ten khi thu và truyền, cùng với tên của công nghệ MIMO, ký hiệu “AxB” thường được đề cập, trong đó A là số lượng ăng-ten ở đầu vào hệ thống và B là ở đầu ra. Trong trường hợp này, hệ thống có nghĩa là kết nối vô tuyến.

Công nghệ MIMO yêu cầu một số thay đổi về cấu trúc máy phát so với các hệ thống thông thường. Chúng ta hãy xem xét một trong những cách đơn giản nhất có thể để tổ chức công nghệ MIMO. Trước hết, cần có một bộ chia luồng ở phía phát, bộ chia này sẽ chia dữ liệu dự định truyền thành nhiều luồng con tốc độ thấp, số lượng trong số đó phụ thuộc vào số lượng ăng-ten. Ví dụ: đối với MIMO 4x4 và tốc độ dữ liệu đầu vào là 200 Mbit/s, bộ chia sẽ tạo ra 4 luồng, mỗi luồng 50 Mbit/s. Tiếp theo, mỗi luồng này phải được truyền qua ăng-ten riêng. Thông thường, các ăng-ten truyền dẫn được lắp đặt với một số khoảng cách về không gian để cung cấp càng nhiều tín hiệu giả phát sinh do phản xạ càng tốt. Theo một trong những cách tổ chức công nghệ MIMO, tín hiệu được truyền từ mỗi ăng-ten với độ phân cực khác nhau, cho phép nhận dạng tín hiệu khi nhận được. Tuy nhiên, trong trường hợp đơn giản nhất, mỗi tín hiệu được truyền đi lại được đánh dấu bởi chính môi trường truyền dẫn (độ trễ thời gian và các biến dạng khác).

Ở phía thu, một số ăng-ten nhận tín hiệu từ sóng vô tuyến. Hơn nữa, các ăng-ten ở phía thu cũng được lắp đặt tính phân tập không gian nhất định, do đó đảm bảo khả năng thu đa dạng như đã thảo luận trước đó. Các tín hiệu nhận được sẽ đến máy thu, số lượng tín hiệu tương ứng với số lượng ăng-ten và đường truyền. Hơn nữa, mỗi máy thu đều nhận được tín hiệu từ tất cả ăng-ten của hệ thống. Mỗi bộ cộng này trích xuất từ ​​tổng luồng năng lượng tín hiệu của chỉ đường dẫn mà nó chịu trách nhiệm. Anh ta thực hiện điều này theo một số thuộc tính được xác định trước được cung cấp cho từng tín hiệu hoặc thông qua phân tích độ trễ, suy giảm, dịch pha, tức là. tập hợp các biến dạng hoặc “dấu vân tay” của môi trường truyền sóng. Tùy thuộc vào nguyên lý hoạt động của hệ thống (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC), v.v.), tín hiệu truyền đi có thể được lặp lại sau một thời gian nhất định hoặc được truyền với độ trễ nhẹ qua thiết bị khác. ăng ten.

Một hiện tượng bất thường có thể xảy ra trong hệ thống MIMO là tốc độ dữ liệu của hệ thống MIMO có thể bị giảm khi có một đường truyền giữa nguồn tín hiệu và máy thu. Điều này chủ yếu là do mức độ biến dạng trong không gian xung quanh giảm đi, đánh dấu từng tín hiệu. Kết quả là việc tách các tín hiệu ở đầu thu trở nên khó khăn và chúng bắt đầu ảnh hưởng lẫn nhau. Do đó, chất lượng kết nối vô tuyến càng cao thì lợi ích thu được từ MIMO càng ít.

MIMO nhiều người dùng (MU-MIMO)

Nguyên tắc tổ chức liên lạc vô tuyến được thảo luận ở trên đề cập đến cái gọi là MIMO người dùng đơn (SU-MIMO), trong đó chỉ có một máy phát và máy thu thông tin. Trong trường hợp này, cả máy phát và máy thu đều có thể phối hợp hành động rõ ràng, đồng thời không có yếu tố bất ngờ khi người dùng mới có thể xuất hiện trên sóng. Sơ đồ này khá phù hợp với các hệ thống nhỏ, chẳng hạn như để tổ chức liên lạc trong văn phòng tại nhà giữa hai thiết bị. Đổi lại, hầu hết các hệ thống, chẳng hạn như WI-FI, WIMAX, hệ thống thông tin di động đều có nhiều người dùng, tức là. trong đó có một trung tâm duy nhất và một số đối tượng ở xa, mỗi đối tượng cần tổ chức kết nối vô tuyến. Như vậy, nảy sinh hai vấn đề: một mặt, trạm gốc phải truyền tín hiệu đến nhiều thuê bao thông qua cùng một hệ thống ăng-ten (MIMO Broadcast), đồng thời nhận tín hiệu qua cùng ăng-ten từ nhiều thuê bao (MIMO MAC - Nhiều kênh truy cập).

Ở hướng đường lên - từ MS đến BTS, người dùng truyền tải thông tin của họ đồng thời trên cùng một tần số. Trong trường hợp này, một khó khăn nảy sinh đối với trạm gốc: cần phải tách tín hiệu khỏi các thuê bao khác nhau. Một trong những cách khả thi để giải quyết vấn đề này cũng là phương pháp xử lý tuyến tính, bao gồm việc truyền sơ bộ tín hiệu được truyền. Theo phương pháp này, tín hiệu gốc được nhân với một ma trận bao gồm các hệ số phản ánh hiệu ứng nhiễu từ các thuê bao khác. Ma trận được tổng hợp dựa trên tình hình hiện tại trên đài: số lượng thuê bao, tốc độ truyền dẫn, v.v. Do đó, trước khi truyền, tín hiệu có thể bị biến dạng ngược với tín hiệu mà nó sẽ gặp phải trong quá trình truyền vô tuyến.

Ở đường xuống - hướng từ BTS đến MS, trạm gốc truyền tín hiệu đồng thời trên cùng một kênh đến nhiều thuê bao cùng một lúc. Điều này dẫn đến thực tế là tín hiệu được truyền cho một thuê bao sẽ ảnh hưởng đến việc thu tất cả các tín hiệu khác, tức là. sự can thiệp xảy ra. Các phương án khả thi để giải quyết vấn đề này là sử dụng hoặc sử dụng công nghệ mã hóa giấy bẩn. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn về công nghệ giấy bẩn. Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên phân tích hiện trạng sóng vô tuyến và số lượng thuê bao đang hoạt động. Thuê bao duy nhất (đầu tiên) truyền dữ liệu của mình đến trạm gốc mà không mã hóa hoặc thay đổi dữ liệu của mình, bởi vì không có sự can thiệp từ các thuê bao khác. Người đăng ký thứ hai sẽ mã hóa, tức là. thay đổi năng lượng tín hiệu của bạn để không ảnh hưởng đến tín hiệu đầu tiên và không khiến tín hiệu của bạn bị ảnh hưởng từ tín hiệu đầu tiên. Những thuê bao tiếp theo được thêm vào hệ thống cũng sẽ tuân theo nguyên tắc này, căn cứ vào số lượng thuê bao đang hoạt động và ảnh hưởng của tín hiệu họ truyền đi.

Ứng dụng MIMO

Trong thập kỷ qua, công nghệ MIMO là một trong những cách phù hợp nhất để tăng thông lượng và công suất của hệ thống truyền thông không dây. Hãy xem xét một số ví dụ về việc sử dụng MIMO trong các hệ thống truyền thông khác nhau.

Chuẩn WiFi 802.11n là một trong những ví dụ nổi bật nhất về việc sử dụng công nghệ MIMO. Theo đó, nó cho phép bạn duy trì tốc độ lên tới 300 Mbit/s. Hơn nữa, chuẩn 802.11g trước đây chỉ cho phép tốc độ 50 Mbit/s. Ngoài việc tăng tốc độ truyền dữ liệu, tiêu chuẩn mới nhờ MIMO còn cho phép chất lượng dịch vụ tốt hơn ở những khu vực có cường độ tín hiệu thấp. 802.11n không chỉ được sử dụng trong các hệ thống điểm/đa điểm (Point/Multipoint) - phân khúc phổ biến nhất để sử dụng công nghệ WiFi để tổ chức mạng LAN (Mạng cục bộ) mà còn để tổ chức các kết nối điểm/điểm được sử dụng để tổ chức liên lạc đường trục kênh ở nhiều tốc độ hàng trăm Mbit/s và cho phép truyền dữ liệu qua hàng chục km (tối đa 50 km).

Chuẩn WiMAX cũng có hai phiên bản giới thiệu những khả năng mới cho người dùng sử dụng công nghệ MIMO. Đầu tiên, 802.16e, cung cấp dịch vụ băng thông rộng di động. Nó cho phép bạn truyền thông tin với tốc độ lên tới 40 Mbit/s theo hướng từ trạm gốc đến thiết bị thuê bao. Tuy nhiên, MIMO trong 802.16e được coi là một tùy chọn và được sử dụng ở cấu hình đơn giản nhất - 2x2. Trong phiên bản tiếp theo, MIMO 802.16m được coi là công nghệ bắt buộc, có thể cấu hình 4×4. Trong trường hợp này, WiMAX có thể được phân loại là hệ thống thông tin di động, cụ thể là thế hệ thứ tư (do tốc độ truyền dữ liệu cao), bởi vì có một số đặc điểm vốn có của mạng di động: kết nối thoại. Trong trường hợp sử dụng di động, về mặt lý thuyết, có thể đạt được tốc độ 100 Mbit/s. Ở phiên bản cố định, tốc độ có thể đạt tới 1 Gbit/s.

Mối quan tâm lớn nhất là việc sử dụng công nghệ MIMO trong các hệ thống thông tin di động. Công nghệ này đã được sử dụng kể từ thế hệ thứ ba của hệ thống thông tin di động. Ví dụ: trong tiêu chuẩn, trong Rel. 6, nó được sử dụng cùng với công nghệ HSPA hỗ trợ tốc độ lên tới 20 Mbit/s và trong Rel. 7 – với HSPA+, tốc độ truyền dữ liệu đạt 40 Mbit/s. Tuy nhiên, MIMO vẫn chưa được sử dụng rộng rãi trong hệ thống 3G.

Các hệ thống, cụ thể là LTE, cũng cung cấp việc sử dụng MIMO với cấu hình lên tới 8x8. Về mặt lý thuyết, điều này có thể giúp truyền dữ liệu từ trạm gốc đến thuê bao với tốc độ trên 300 Mbit/s. Một điểm tích cực quan trọng khác là chất lượng kết nối ổn định ngay cả ở rìa. Trong trường hợp này, ngay cả ở một khoảng cách đáng kể so với trạm gốc hoặc khi được đặt trong một căn phòng ở xa, tốc độ truyền dữ liệu sẽ chỉ giảm một chút.

Vì vậy, công nghệ MIMO được ứng dụng trong hầu hết các hệ thống truyền dữ liệu không dây. Hơn nữa, tiềm năng của nó vẫn chưa cạn kiệt. Các tùy chọn cấu hình ăng-ten mới đang được phát triển, lên tới 64x64 MIMO. Điều này sẽ cho phép chúng tôi đạt được tốc độ dữ liệu, dung lượng mạng và hiệu quả phổ tần cao hơn nữa trong tương lai.

Yêu cầu về băng thông của mạng di động rất cao, đồng thời, chúng không ngừng tăng lên. Các lựa chọn rõ ràng để tăng thông lượng - tăng độ rộng kênh và sử dụng các điều chế bậc cao hơn - không giải quyết được hoàn toàn vấn đề đảm bảo thông lượng cao. Dải tần vẫn còn hạn chế. Và việc sử dụng điều chế bậc cao hơn ngụ ý sự gia tăng SINR (Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cộng với nhiễu), cũng có giới hạn của nó. Một cách khác để tăng thông lượng của hệ thống không dây là sử dụng nhiều ăng-ten truyền và nhận ( MIMO - Nhiều đầu vào Nhiều đầu ra) và xử lý tín hiệu đặc biệt trong trường hợp này. Sau đây là phân loại các tùy chọn MIMO và mô tả ngắn gọn về chúng.

Hệ thống cổ điển (SISO - Đầu vào đơn Đầu ra đơn)

Trước tiên, hãy xem xét các tùy chọn MIMO có thể được sử dụng để truyền dữ liệu đến một người dùng. Tùy chọn cổ điển và đơn giản đầu tiên để sử dụng một ăng-ten phát và một ăng-ten thu được hiển thị trong hình bên dưới. Theo thuật ngữ MIMO, hệ thống như vậy được gọi là SISO - Đầu vào đơn Đầu ra đơn.

Công suất của một hệ thống như vậy có thể được tính bằng công thức của Shannon:

C = B log 2 (1 + S/N), Ở đâu

C B- Kênh Width; S/N- Tỷ lệ tín hiệu/nhiễu.

Tiếp nhận đa dạng (Đa dạng Rx, SIMO - Một đầu vào nhiều đầu ra)

Đa dạng Rx- đây là trường hợp sử dụng nhiều ăng-ten ở phía thu hơn ở phía phát. Theo quan điểm MIMO, hệ thống như vậy được gọi là SIMO - Một đầu vào Nhiều đầu ra. Trường hợp đơn giản nhất của hệ thống như vậy, khi có một ăng ten phát và hai ăng ten thu, được trình bày trong hình bên dưới và được gọi là SIMO 1x2.

Tùy chọn được trình bày không yêu cầu chuẩn bị tín hiệu đặc biệt trong quá trình truyền, vì vậy nó khá đơn giản để thực hiện trong thực tế. Khi sử dụng tiếp nhận phân tập, thông lượng không tăng. Tuy nhiên, độ tin cậy truyền tải tăng lên. Trong trường hợp hệ thống như hình trên, sẽ có hai tín hiệu ở đầu nhận và có nhiều cách khác nhau để xử lý chúng. Ví dụ: tín hiệu có tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm tốt nhất có thể được chọn. Phương pháp này được gọi là phân tập chuyển mạch. Hoặc các tín hiệu có thể được cộng lại với nhau, cho phép đạt được tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm cao hơn. Và phương pháp này được gọi là MRC - Kết hợp tỷ lệ tối đa.

Truyền phân tập (Tx Diversity, MISO - Nhiều đầu vào đơn đầu ra)

đa dạng Tx là trường hợp sử dụng nhiều anten ở phía phát hơn ở phía thu. Theo quan điểm MIMO, hệ thống như vậy được gọi là MISO - Đầu ra đơn nhiều đầu vào. Trường hợp đơn giản nhất của hệ thống như vậy, khi có hai ăng ten phát và một ăng ten thu, được trình bày trong hình bên dưới và được gọi là MISO 2x1.

Giống như SIMO, MISO không tăng dung lượng kênh nhưng tăng độ tin cậy truyền dẫn. Đồng thời, việc sử dụng MISO cho phép bạn chuyển việc xử lý tín hiệu bổ sung cần thiết từ phía nhận (trạm di động) sang phía truyền (trạm gốc). Để tạo ra tín hiệu đáng tin cậy, mã hóa không-thời gian được sử dụng. Trong trường hợp này, bản sao của tín hiệu không chỉ được truyền từ ăng-ten khác mà còn được truyền vào thời điểm khác. Mã hóa tần số không gian cũng có thể được sử dụng.

Ghép kênh không gian (MIMO - Nhiều đầu vào nhiều đầu ra)

Ghép kênh không gian- Đây là trường hợp sử dụng nhiều anten ở phía phát và nhiều anten ở phía thu. Không giống như các tùy chọn trước đó - MISO và SIMO, được mô tả ở trên, tùy chọn này không nhằm mục đích tăng độ tin cậy truyền dẫn mà nhằm tăng tốc độ truyền. Vì vậy, MIMO được sử dụng để truyền dữ liệu đến các trạm di động có điều kiện vô tuyến tốt. Trong khi các biến thể MISO và SIMO được sử dụng để truyền dữ liệu đến các trạm di động có điều kiện vô tuyến kém hơn. Để tăng tốc độ truyền dữ liệu trong trường hợp MIMO, luồng dữ liệu đầu vào được chia thành nhiều luồng, mỗi luồng được truyền độc lập từ một ăng-ten riêng. Hình dưới đây thể hiện sơ đồ chung của hệ thống MIMO với tôi anten phát và N anten thu.

Do sử dụng một kênh chung, mỗi ăng-ten trên máy thu nhận được tín hiệu không chỉ dành cho nó (đường liền nét trong hình) mà còn tất cả các tín hiệu dành cho các ăng-ten khác (đường nét đứt trong hình). Nếu biết ma trận truyền, ảnh hưởng của tín hiệu dành cho các ăng-ten khác có thể được tính toán và giảm thiểu.

Số lượng luồng dữ liệu độc lập có thể được truyền đồng thời phụ thuộc vào số lượng ăng-ten được sử dụng. Nếu số lượng anten phát và thu bằng nhau thì số luồng dữ liệu độc lập bằng hoặc nhỏ hơn số lượng anten. Ví dụ: trong trường hợp MIMO 4x4, số lượng luồng dữ liệu độc lập có thể là 4 hoặc ít hơn. Nếu số lượng anten phát và thu không giống nhau thì số lượng luồng dữ liệu độc lập bằng số lượng anten tối thiểu hoặc ít hơn. Ví dụ: trong trường hợp MIMO 4x2, số lượng luồng dữ liệu độc lập có thể là 2 hoặc ít hơn.

Để tính thông lượng tối đa khi sử dụng MIMO, hãy sử dụng công thức sau:

C = M B log 2 (1 + S/N), Ở đâu

C- Dung lượng kênh; M- số lượng luồng dữ liệu độc lập; B- Kênh Width; S/N- Tỷ lệ tín hiệu/nhiễu.

Tùy thuộc vào số lượng người dùng được truyền dữ liệu đồng thời, có thể phân biệt các tùy chọn sau. MIMO một người dùng (SU-MIMO)- khi công nghệ MIMO được sử dụng để truyền dữ liệu đến một người dùng, nghĩa là tất cả các luồng dữ liệu đều được gửi đến cùng một người dùng. VÀ MIMO đa người dùng (MU-MIMO)- khi công nghệ MIMO được sử dụng để truyền dữ liệu đồng thời đến nhiều người dùng trong cùng một khối tài nguyên, nghĩa là khi các luồng dữ liệu độc lập được gửi đến những người dùng khác nhau. Hình bên dưới minh họa một ví dụ về MU-MIMO cho trường hợp hai người dùng.

Nếu bạn không tìm thấy thông tin bạn quan tâm về LTE/LTE-A trong bài viết này, hãy viết email cho tôi về thông tin đó tại [email được bảo vệ]. Tôi sẽ cố gắng thêm nó càng sớm càng tốt.