Domov › Služby › Mimo jak to funguje. Technologie MIMO (Multiple Input Multiple Output) je metoda prostorového kódování signálu

Mimo jak to funguje. Technologie MIMO (Multiple Input Multiple Output) je metoda prostorového kódování signálu

9. dubna 2014

Svého času IR spojení tiše a neznatelně zmizelo, pak přestali používat Bluetooth pro výměnu dat. A teď je řada na Wi-Fi...

Byl vyvinut víceuživatelský systém s více vstupy a výstupy, který umožňuje síti komunikovat s více než jedním počítačem současně. Tvůrci tvrdí, že při použití stejného rozsahu rádiových vln přiděleného pro Wi-Fi lze rychlost výměny ztrojnásobit.

Qualcomm Atheros vyvinul víceuživatelský, vícenásobný vstup/multiple-výstup (MU-MIMO), který umožňuje síti komunikovat s více než jedním počítačem současně. Společnost plánuje zahájit demonstraci technologie během několika příštích měsíců před zahájením dodávek zákazníkům začátkem příštího roku.

Aby však uživatelé dosáhli této vysoké přenosové rychlosti, budou muset upgradovat jak své počítače, tak síťové routery.

V rámci Wi-Fi protokolu jsou klienti obsluhováni sekvenčně - během určitého časového intervalu se používá pouze jedno vysílací a přijímací zařízení - takže je využita pouze malá část šířky pásma sítě.

Hromadění těchto sekvenčních událostí způsobuje pokles rychlosti komunikace, protože se k síti připojuje stále více zařízení.

Protokol MU-MIMO (multi-user, multiple input, multiple output) zajišťuje simultánní přenos informací skupině klientů, což efektivněji využívá dostupnou šířku pásma Wi-Fi sítě a tím zrychluje přenos.

Qualcomm věří, že tyto možnosti budou užitečné zejména v konferenčních centrech a internetových kavárnách, kde se ke stejné síti připojuje více uživatelů.

Společnost také věří, že nejde jen o zvýšení absolutní rychlosti, ale také o efektivnější využití sítě a vysílacího času pro podporu rostoucího počtu připojených zařízení, služeb a aplikací.

Qualcomm plánuje prodávat čipy MU-Mimo výrobcům routerů, přístupových bodů, chytrých telefonů, tabletů a dalších zařízení s podporou Wi-Fi. První čipy budou schopny zpracovávat čtyři datové toky současně; technologická podpora bude součástí čipů Atheros 802.11ac a mobilních procesorů Snapdragon 805 a 801 Ukázka technologie proběhne v letošním roce a první dodávky čipů jsou plánovány na 1. čtvrtletí příštího roku.

No, a teď, pokud by se někdo chtěl do této technologie ponořit podrobněji, pokračujme...

MIMO(Multiple Input Multiple Output - vícenásobný vstup vícenásobný výstup) je technologie používaná v bezdrátových komunikačních systémech (WIFI, WI-MAX, mobilní komunikační sítě), která může výrazně zlepšit spektrální účinnost systému, maximální rychlost přenosu dat a kapacitu sítě. . Hlavním způsobem, jak dosáhnout výše uvedených výhod, je přenášet data ze zdroje do cíle prostřednictvím více rádiových spojení, což je místo, kde tato technologie získala své jméno. Podívejme se na pozadí této problematiky a určíme hlavní důvody, které vedly k širokému použití technologie MIMO.

Potřeba vysokorychlostních připojení, která poskytují vysokou kvalitu služeb (QoS) s vysokou odolností proti chybám, každým rokem roste. To je značně usnadněno vznikem takových služeb, jako je VoIP (Voice over Internet Protocol), videokonference, VoD (Video on Demand) atd. Většina bezdrátových technologií však neumožňuje poskytovat účastníkům vysoce kvalitní služby na okraji oblast pokrytí. V celulárních a jiných bezdrátových komunikačních systémech se kvalita spojení, stejně jako dostupná rychlost přenosu dat, rychle snižuje se vzdáleností od základnové stanice (BTS). Zároveň se také snižuje kvalita služeb, což v konečném důsledku vede k nemožnosti poskytovat vysoce kvalitní služby v reálném čase v celé oblasti rádiového pokrytí sítě. Chcete-li tento problém vyřešit, můžete se pokusit nainstalovat základnové stanice co nejhustěji a uspořádat vnitřní pokrytí na všech místech s nízkou úrovní signálu. To si však vyžádá značné finanční náklady, které v konečném důsledku povedou ke zdražení služby a snížení konkurenceschopnosti. K vyřešení tohoto problému je tedy zapotřebí originální inovace, která pokud možno využívá aktuální frekvenční rozsah a nevyžaduje výstavbu nových síťových zařízení.

Vlastnosti šíření rádiových vln

Abychom pochopili principy fungování MIMO technologie, je nutné zvážit obecné principy šíření rádiových vln ve vesmíru. Vlny vysílané různými bezdrátovými rádiovými systémy v rozsahu nad 100 MHz se v mnoha ohledech chovají jako světelné paprsky. Když se rádiové vlny během šíření setkají s jakýmkoli povrchem, v závislosti na materiálu a velikosti překážky se část energie pohltí, část projde a zbytek se odrazí. Poměr podílů absorbované, odražené a přenášené energie je ovlivněn mnoha vnějšími faktory, včetně frekvence signálu. Navíc odražená a procházející energie signálu může změnit směr svého dalšího šíření a samotný signál je rozdělen do několika vln.

Signál šířící se podle výše uvedených zákonitostí od zdroje k příjemci se po setkání s četnými překážkami rozdělí do mnoha vln, z nichž k přijímači dorazí jen část. Každá z vln dopadajících na přijímač tvoří tzv. cestu šíření signálu. Navíc vzhledem k tomu, že různé vlny se odrážejí od různého počtu překážek a cestují na různé vzdálenosti, mají různé dráhy různá časová zpoždění.

V hustém městském prostředí v důsledku velkého množství překážek, jako jsou budovy, stromy, auta atd., velmi často nastává situace, kdy není přímá viditelnost mezi účastnickým zařízením (MS) a anténami základnové stanice (BTS). V tomto případě je jedinou možností, jak se signál dostat k přijímači, přes odražené vlny. Jak je však uvedeno výše, opakovaně odražený signál již nemá původní energii a může dorazit pozdě. Obzvláště obtížné je také to, že předměty nezůstávají vždy nehybné a situace se může v průběhu času výrazně změnit. V tomto ohledu vyvstává problém vícecestného šíření signálu - jeden z nejvýznamnějších problémů v bezdrátových komunikačních systémech.

Vícecestné šíření – problém nebo výhoda?

Pro boj s vícecestným šířením signálů se používá několik různých řešení. Jednou z nejběžnějších technologií je Receive Diversity. Jeho podstata spočívá v tom, že pro příjem signálu se nepoužívá jedna, ale několik antén (obvykle dvě, méně často čtyři), umístěné ve vzdálenosti od sebe. Příjemce tak nemá jednu, ale dvě kopie přenášeného signálu, které dorazily různými cestami. To umožňuje shromáždit více energie z původního signálu, protože vlny přijímané jednou anténou nemusí být přijímány druhou anténou a naopak. Také signály přicházející mimo fázi k jedné anténě mohou přicházet ve fázi k druhé. Tento návrh rádiového rozhraní lze nazvat Single Input Multiple Output (SIMO), na rozdíl od standardního designu Single Input Single Output (SISO). Lze také použít obrácený přístup: když se několik antén používá pro vysílání a jedna pro příjem. To také zvyšuje celkovou energii původního signálu přijímaného přijímačem. Tento obvod se nazývá Multiple Input Single Output (MISO). V obou schématech (SIMO a MISO) je na straně základnové stanice instalováno několik antén, protože Je obtížné implementovat anténní diverzitu v mobilním zařízení na dostatečně velkou vzdálenost, aniž by se zvětšila velikost samotného koncového zařízení.

V důsledku dalšího uvažování se dostáváme ke schématu MIMO (Multiple Input Multiple Output). V tomto případě je instalováno několik antén pro vysílání a příjem. Na rozdíl od výše uvedených schémat však toto schéma diverzity nejen bojuje proti vícecestnému šíření signálu, ale poskytuje také některé další výhody. Použitím více antén pro vysílání a příjem může být každému páru vysílacích/přijímacích antén přiřazena samostatná cesta pro vysílání informací. V tomto případě bude diverzitní příjem prováděn zbývajícími anténami a tato anténa bude zároveň sloužit jako přídavná anténa pro další přenosové cesty. V důsledku toho je teoreticky možné zvýšit rychlost přenosu dat tolikrát, kolikrát se použijí další antény. Významné omezení však představuje kvalita každé rádiové cesty.

Jak MIMO funguje

Jak je uvedeno výše, pro organizaci technologie MIMO je nutné nainstalovat několik antén na vysílací a přijímací straně. Obvykle je na vstupu a výstupu systému instalován stejný počet antén, protože v tomto případě je dosaženo maximální rychlosti přenosu dat. Pro zobrazení počtu antén při příjmu a vysílání se spolu s názvem technologie „MIMO“ obvykle uvádí označení „AxB“, kde A je počet antén na vstupu systému a B je na výstup. Systém v tomto případě znamená rádiové spojení.

Technologie MIMO vyžaduje ve srovnání s konvenčními systémy určité změny ve struktuře vysílače. Zvažme pouze jeden z možných, nejjednodušších způsobů organizace MIMO technologie. V první řadě je potřeba na vysílací straně dělič toku, který rozdělí data určená k přenosu do více nízkorychlostních dílčích toků, jejichž počet závisí na počtu antén. Například pro MIMO 4x4 a vstupní datovou rychlost 200 Mbit/s vytvoří dělič 4 toky po 50 Mbit/s. Dále musí být každý z těchto proudů vysílán prostřednictvím vlastní antény. Typicky jsou vysílací antény instalovány s určitým prostorovým oddělením, aby poskytovaly co nejvíce rušivých signálů, které vznikají v důsledku odrazů. V jednom z možných způsobů organizace MIMO technologie je signál přenášen z každé antény s jinou polarizací, což umožňuje jeho identifikaci při příjmu. V nejjednodušším případě se však ukáže, že každý z přenášených signálů je poznamenán samotným přenosovým médiem (časové zpoždění, útlum a další zkreslení).

Na přijímací straně přijímá signál z rádiového vzduchu několik antén. Kromě toho jsou antény na přijímací straně také instalovány s určitou prostorovou diverzitou, čímž je zajištěn diverzitní příjem, jak bylo diskutováno výše. Přijímané signály přicházejí do přijímačů, jejichž počet odpovídá počtu antén a přenosových cest. Navíc každý z přijímačů přijímá signály ze všech antén systému. Každá z těchto sčítaček extrahuje z celkového toku energii signálu pouze cesty, za kterou je odpovědná. Dělá to buď podle nějakého předem určeného atributu, který byl dodán každému ze signálů, nebo pomocí analýzy zpoždění, útlumu, fázového posunu, tzn. soubor deformací nebo „otisků prstů“ média šíření. V závislosti na provozním principu systému (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC) atd.) se vysílaný signál může po určité době opakovat, nebo může být přenášen s mírným zpožděním přes jiné antény.

Neobvyklým jevem, který se může vyskytnout v MIMO systému, je to, že rychlost přenosu dat MIMO systému může být snížena, když je mezi zdrojem signálu a přijímačem přímka. Je to způsobeno především snížením závažnosti zkreslení v okolním prostoru, které poznamenává každý ze signálů. V důsledku toho je obtížné oddělit signály na přijímací straně a začnou se navzájem ovlivňovat. Čím vyšší je kvalita rádiového spojení, tím menší užitek lze získat z MIMO.

MIMO pro více uživatelů (MU-MIMO)

Princip organizace rádiové komunikace diskutovaný výše se týká tzv. Single user MIMO (SU-MIMO), kde existuje pouze jeden vysílač a přijímač informací. Vysílač i přijímač mohou v tomto případě jasně koordinovat své akce a zároveň nedochází k žádnému překvapení, když se v éteru mohou objevit noví uživatelé. Toto schéma je docela vhodné pro malé systémy, například pro organizaci komunikace v domácí kanceláři mezi dvěma zařízeními. Většina systémů, jako jsou WI-FI, WIMAX, mobilní komunikační systémy jsou zase víceuživatelské, tzn. v nich je jediné centrum a několik vzdálených objektů, s každým z nich je nutné zorganizovat rádiové spojení. Vznikají tak dva problémy: na jedné straně musí základnová stanice vysílat signál mnoha účastníkům prostřednictvím stejného anténního systému (MIMO vysílání) a současně přijímat signál přes stejné antény od několika účastníků (MIMO MAC - Kanály s více přístupem).

V uplinkovém směru - z MS do BTS, uživatelé přenášejí své informace současně na stejné frekvenci. V tomto případě nastává problém pro základnovou stanici: je nutné oddělit signály od různých účastníků. Jedním z možných způsobů, jak s tímto problémem bojovat, je také metoda lineárního zpracování, která zahrnuje předběžné zakódování přenášeného signálu. Původní signál je podle této metody násoben maticí, která je složena z koeficientů odrážejících vliv rušení od ostatních účastníků. Matice je sestavena na základě aktuální situace v rádiu: počet účastníků, přenosové rychlosti atd. Signál je tedy před přenosem vystaven zkreslení inverzním ke zkreslení, se kterým se setká během rádiového přenosu.

V downlinku - ve směru z BTS do MS, vysílá základnová stanice současně signály na stejném kanálu několika účastníkům najednou. To vede k tomu, že signál přenášený pro jednoho účastníka ovlivňuje příjem všech ostatních signálů, tzn. dochází k rušení. Možnými možnostmi, jak s tímto problémem bojovat, je použití chytré antény nebo použití technologie kódování špinavého papíru. Podívejme se blíže na technologii špinavého papíru. Princip jeho fungování je založen na analýze aktuálního stavu rozhlasového vysílání a počtu aktivních účastníků. Jediný (první) účastník přenáší svá data do základnové stanice bez kódování nebo změny svých dat, protože nedochází k žádnému rušení ze strany ostatních účastníků. Druhý účastník bude kódovat, tzn. změňte energii svého signálu tak, abyste nerušili ten první a nevystavovali svůj signál vlivu prvního. Následující předplatitelé přidaní do systému se budou také řídit tímto principem a budou vycházet z počtu aktivních předplatitelů a účinku signálů, které vysílají.

Aplikace MIMO

V posledním desetiletí byla technologie MIMO jedním z nejdůležitějších způsobů, jak zvýšit propustnost a kapacitu bezdrátových komunikačních systémů. Podívejme se na některé příklady použití MIMO v různých komunikačních systémech.

Standard WiFi 802.11n je jedním z nejvýraznějších příkladů využití technologie MIMO. Podle ní umožňuje udržovat rychlost až 300 Mbit/s. Navíc předchozí standard 802.11g umožňoval pouze 50 Mbit/s. Kromě zvýšení rychlosti přenosu dat umožňuje nový standard díky MIMO také lepší kvalitu služeb v oblastech s nízkou silou signálu. 802.11n se používá nejen v bodových/vícebodových systémech (Point/Multipoint) – nejběžnější místo pro použití technologie WiFi pro organizaci LAN (Local Area Network), ale také pro organizaci bodových/bodových spojení, která se používají k organizaci páteřní komunikace. kanály několika rychlostmi stovek Mbit/s a umožňují přenos dat na desítky kilometrů (až 50 km).

Standard WiMAX má také dvě verze, které uživatelům zavádějí nové možnosti využívající technologii MIMO. První, 802.16e, poskytuje mobilní širokopásmové služby. Umožňuje přenášet informace rychlostí až 40 Mbit/s ve směru od základnové stanice k účastnickému zařízení. MIMO v 802.16e se však považuje za možnost a používá se v nejjednodušší konfiguraci - 2x2. V příštím vydání je 802.16m MIMO považováno za povinnou technologii s možnou konfigurací 4x4. V tomto případě lze WiMAX již klasifikovat jako mobilní komunikační systémy, konkrétně jejich čtvrtou generaci (kvůli vysoké rychlosti přenosu dat), protože má řadu vlastností vlastních celulárním sítím: roaming, předávání, hlasová připojení. V případě mobilního použití lze teoreticky dosáhnout rychlosti 100 Mbit/s. V pevné verzi může rychlost dosáhnout 1 Gbit/s.

Největší zájem je o použití technologie MIMO v celulárních komunikačních systémech. Tato technologie se používá od třetí generace mobilních komunikačních systémů. Například ve standardu UMTS je v Rel. 6 se používá ve spojení s technologií HSPA podporující rychlosti až 20 Mbit/s a v Rel. 7 – s HSPA+, kde rychlosti přenosu dat dosahují 40 Mbit/s. MIMO však zatím nenašlo široké uplatnění v systémech 3G.

Systémy, konkrétně LTE, také umožňují použití MIMO v konfiguracích až 8x8. To teoreticky umožňuje přenášet data ze základnové stanice k účastníkovi přes 300 Mbit/s. Dalším důležitým pozitivním bodem je stabilní kvalita spojení i na okraji buňky. V tomto případě bude i ve značné vzdálenosti od základnové stanice nebo při umístění ve vzdálené místnosti pozorován pouze mírný pokles rychlosti přenosu dat.

Technologie MIMO tak nachází uplatnění téměř ve všech systémech bezdrátového přenosu dat. Navíc jeho potenciál ještě není vyčerpán. Nové možnosti konfigurace antény jsou již vyvíjeny, až do 64x64 MIMO. To nám v budoucnu umožní dosáhnout ještě vyšších datových rychlostí, kapacity sítě a spektrální účinnosti.

Technologie MIMO sehrála obrovskou roli ve vývoji WiFi. Ještě před pár lety si nebylo možné představit jiná zařízení s propustností 300 Mbit/s a vyšší. Vznik nových vysokorychlostních komunikačních standardů, například 802.11n, byl z velké části způsoben MIMO.

Obecně je na místě zmínit, že když mluvíme o technologii WiFi, máme na mysli jeden z komunikačních standardů, konkrétně IEEE 802.11. WiFi se stalo značkou poté, co se objevily lákavé vyhlídky na využití bezdrátového přenosu dat. Můžete si přečíst něco více o technologii Wi-Fi a standardu 802.11 v.

Co je technologie MIMO?

Abychom uvedli co nejjednodušší definici MIMO je Multi-Stream Data Transmission. Zkratku lze z angličtiny přeložit jako „několik vstupů, více výstupů“ Na rozdíl od svého předchůdce (SingleInput/SingleOutput) je v zařízeních s podporou MIMO signál vysílán na jednom rádiovém kanálu pomocí ne jednoho, ale několika přijímačů a vysílačů. Při uvádění technických charakteristik WiFi zařízení je jejich číslo uvedeno vedle zkratky. Například 3x2 znamená 3 vysílače signálu a 2 přijímací antény.

Kromě, MIMO využívá prostorové multiplexování. Za děsivým názvem se skrývá technologie současného přenosu několika datových paketů jedním kanálem. Díky tomuto „zahuštění“ kanálu lze jeho propustnost zdvojnásobit i více.

MIMO a WiFi

S rostoucí oblibou bezdrátového přenosu dat přes WiFi připojení se samozřejmě zvýšily požadavky na jejich rychlost. A byla to technologie MIMO a další vývoj, který ji vzal za základ, který umožnil několikanásobné zvýšení propustnosti. Vývoj WiFi jde cestou vývoje standardů 802.11 - a, b, g, n a tak dále. Ne nadarmo jsme zmínili vznik standardu 802.11n. Vícenásobný vstup Vícenásobný výstup je jeho klíčovou součástí, která umožňuje zvýšit rychlost kanálu bezdrátového připojení od 54 Mbit/s do více než 300 Mbit/s.

Standard 802.11n umožňuje použít buď standardní šířku kanálu 20 MHz nebo širokopásmovou linku 40 MHz s vyšší propustností. Jak bylo uvedeno výše, signál se odráží mnohokrát, čímž se využívá více toků na jednom komunikačním kanálu.

Díky tomu nyní přístup k internetu na bázi WiFi umožňuje nejen surfování, kontrolu e-mailů a komunikaci v ICQ, ale také online hry, online video, komunikaci na Skype a další „hustý“ provoz.

Novější standard také využívá technologii MIMO.

Problémy s používáním MIMO ve WIFI

Na úsvitu technologie byly potíže s kombinováním zařízení, práce s podporou MIMO i bez ní. Nyní to však již není tak relevantní - téměř každý sebevědomý výrobce bezdrátového zařízení jej používá ve svých zařízeních.

Také jedním z problémů s nástupem technologie přenosu dat pomocí více přijímačů a více vysílačů byla cena zařízení. Nicméně zde společnost udělala skutečnou cenovou revoluci. Podařilo se jí nejen nastavit výrobu bezdrátového zařízení s podporou MIMO, ale také za velmi přijatelné ceny. Podívejte se například na cenu typického firemního balíčku - (základnová stanice), (strana klienta). A v těchto zařízeních to není jen MIMO, ale proprietární vylepšené technologie airMax na jeho základě.

Jediným problémem, který zůstává, je nárůst počtu antén a vysílačů (aktuálně maximálně 3) pro zařízení s PoE. Energii energeticky náročnějšímu provedení je těžké poskytnout, ale opět Ubiquiti v tomto směru neustále postupuje.

Technologie AirMAX

Ubiquiti Networks je uznávaným lídrem ve vývoji a implementaci inovativních WiFi technologií, včetně MIMO. Právě na tomto základě Ubiquiti vyvinulo a patentovalo technologii AirMAX. Jeho podstatou je, že příjem a vysílání signálu více anténami na jednom kanálu je řazeno a strukturováno protokolem TDMA s hardwarovou akcelerací: datové pakety jsou rozděleny do samostatných časových slotů, přenosové fronty jsou koordinované.

To vám umožní rozšířit kapacitu kanálu a zvýšit počet připojených účastníků bez ztráty kvality komunikace. Toto řešení je efektivní, snadno použitelné a hlavně levné. Na rozdíl od podobných zařízení používaných ve WiMAX sítích je zařízení od Ubiquiti Networks s technologií AirMAX za příjemnou cenu.

webové stránky

Technologie založená na standardu WiFi IEEE 802.11n.

Wi-Life poskytuje stručný přehled technologie WiFi IEEE 802.11n .
Rozšířené informace k našemu video publikace.

První generace zařízení podporujících standard WiFi 802.11n se objevil na trhu před několika lety. Technologie MIMO ( MIMO - vícenásobný vstup / vícenásobný výstup -vícenásobný vstup/vícenásobný výstup) je jádrem 802.11n. Jedná se o rádiový systém s více samostatnými přenosovými a přijímacími cestami. MIMO systémy jsou popsány pomocí počtu vysílačů a přijímačů. Standard WiFi 802.11n definuje sadu možných kombinací od 1x1 do 4x4.

V typickém případě nasazení Wi-Fi sítě v uzavřených prostorách, například v kanceláři, dílně, hangáru, nemocnici, se rádiový signál jen zřídka pohybuje po nejkratší cestě mezi vysílačem a přijímačem kvůli stěnám, dveřím a jiným překážkám. Většina takových prostředí má mnoho různých povrchů, které odrážejí rádiový signál (elektromagnetické vlny), jako zrcadlo odráží světlo. Po odrazu se vytvoří více kopií původního signálu WiFi. Když více kopií signálu WiFi cestuje po různých cestách od vysílače k přijímači, signál, který se vydá nejkratší cestou, bude první a další kopie (nebo odražená ozvěna signálu) dorazí o něco později kvůli delšímu cesty. Toto se nazývá vícecestné šíření signálu (multipath). Podmínky pro vícenásobné množení se neustále mění, protože... Wi-Fi zařízení se často pohybují (chytrý telefon s Wi-Fi v rukou uživatele), různé předměty se pohybují a vytvářejí rušení (lidé, auta atd.). Pokud signály přicházejí v různých časech a pod různými úhly, může to způsobit zkreslení a možný útlum signálu.

Je důležité si uvědomit, že WiFi 802.11 n s podporou MIMO a velký počet přijímačů může snížit vícecestné efekty a destruktivní rušení, ale v každém případě je lepší omezit vícecestné podmínky, kdekoli a kdykoli je to možné. Jedním z nejdůležitějších bodů je držet antény co nejdále od kovových předmětů (především všesměrové WiFi antény, které mají kruhový nebo všesměrový vyzařovací diagram).

Nezbytné jasně pochopit, že ne všichni klienti Wi-Fi a přístupové body WiFi jsou z hlediska MIMO stejné.
Existují klienti 1x1, 2x1, 3x3 atd. Například mobilní zařízení, jako jsou chytré telefony, nejčastěji podporují MIMO 1x 1, někdy 1x 2. Důvodem jsou dva klíčové problémy:
1. potřeba zajistit nízkou spotřebu energie a dlouhou životnost baterie,
2. potíže s uspořádáním několika antén s dostatečným rozestupem v malém balení.
Totéž platí pro ostatní mobilní zařízení: tablety, PDA atd.

Špičkové notebooky již poměrně často podporují MIMO až 3x3 (MacBook Pro atd.).

Pojďme Podívejme se na hlavní typy MIMO v sítích WiFi.
Podrobnosti o počtu vysílačů a přijímačů zatím vynecháme. Je důležité pochopit princip.

První typ: Rozmanitost při příjmu signálu na zařízení WiFi

Pokud jsou v přijímacím bodě alespoň dva spojené přijímače s anténní diverzitou,
pak je docela možné analyzovat všechny kopie na každém přijímači a vybrat ty nejlepší signály.
Dále lze s těmito signály provádět různé manipulace, ale nás zajímá především
možnost jejich kombinace pomocí technologie MRC (Maximum Ratio Combined). Technologie MRC bude podrobněji diskutována níže.

Druhý typ: Rozmanitost při odesílání signálu do zařízení WiFi

Pokud jsou v odesílacím bodě alespoň dva připojené WiFi vysílače s oddělenými anténami, pak je možné posílat skupinu identických signálů, aby se zvýšil počet kopií informací, zvýšila spolehlivost přenosu a snížila se potřeba znovu posílat data v rádiový kanál v případě ztráty.

Třetí typ: Prostorové multiplexování signálů na WiFi zařízení
(kombinace signálů)

Pokud jsou na odesílacím a přijímacím místě alespoň dva připojené WiFi vysílače s oddělenými anténami, pak je možné posílat sadu různých informací přes různé signály, aby se vytvořila možnost virtuálně kombinovat takové informační toky do jednoho. datový přenosový kanál, jehož celková propustnost se blíží součtu jednotlivých toků, z nichž se skládá. Toto se nazývá prostorový multiplex. Zde je ale nesmírně důležité zajistit možnost kvalitního oddělení všech zdrojových signálů, což vyžaduje velkou SNR - poměr signál/šum.

Technologie MRC (maximální poměr dohromady ) se používá v mnoha moderních přístupových bodech Wi-Fi firemní třída.
M.R.C. zaměřené na zvýšení úrovně signálu ve směru od Wi-Fi klienta k přístupovému bodu WiFi 802.11.
Pracovní algoritmus M.R.C. zahrnuje sběr všech přímých a odražených signálů na několika anténách a přijímačích během vícecestného šíření. Další je speciální procesor ( DSP ) vybere nejlepší signál z každého přijímače a provede kombinaci. Ve skutečnosti matematické zpracování implementuje virtuální fázový posun k vytvoření pozitivní interference s přidávanými signály. Výsledný celkový signál má tedy výrazně lepší vlastnosti než všechny původní.

M.R.C. umožňuje poskytovat výrazně lepší provozní podmínky pro mobilní zařízení s nízkou spotřebou ve standardní síti Wi-Fi .

Na systémech WiFi 802.11n Výhody vícecestného šíření se využívají k přenosu více rádiových signálů současně. Každý z těchto signálů, tzv. prostorové toky“, je vysílán ze samostatné antény pomocí samostatného vysílače. Protože mezi anténami je určitá vzdálenost, každý signál sleduje mírně odlišnou cestu k přijímači. Tento efekt se nazývá " prostorová rozmanitost" Přijímač je dále vybaven několika anténami s vlastními samostatnými rádiovými moduly, které nezávisle dekódují příchozí signály a každý signál je kombinován se signály z jiných přijímacích rádiových modulů. Výsledkem je příjem několika datových toků současně. To poskytuje výrazně vyšší propustnost než předchozí 802.11 WiFi systémy, ale také vyžaduje klienta s podporou 802.11n.

Nyní se pojďme ponořit trochu hlouběji do tohoto tématu:
V zařízeních WiFi s MIMO je možné rozdělit celý příchozí informační tok do několika různých datových toků pomocí prostorového multiplexování pro jejich následné odeslání. K odesílání různých toků na stejném frekvenčním kanálu se používá více vysílačů a antén. Jedním ze způsobů, jak si to představit, je přenos nějaké textové fráze tak, že první slovo je odesláno přes jeden vysílač, druhé přes jiný vysílač atd.
Přijímací strana musí přirozeně podporovat stejnou funkcionalitu (MIMO), aby plně izolovala různé signály, znovu je sestavila a spojila pomocí opět prostorového multiplexování. Získáme tak možnost obnovit původní tok informací. Prezentovaná technologie umožňuje rozdělit velký datový tok na sadu menších toků a přenášet je odděleně od sebe. Obecně to umožňuje efektivněji využívat rádiové prostředí a konkrétně frekvence přidělené pro Wi-Fi.

Technologie WiFi 802.11n také definuje, jak lze MIMO použít ke zlepšení SNR v přijímači pomocí přenosového paprsku. Touto technikou je možné řídit proces vysílání signálů z každé antény tak, aby se zlepšily parametry přijímaného signálu na přijímači. Jinými slovy, kromě odesílání více datových toků lze použít více vysílačů pro dosažení vyššího SNR v přijímacím bodě a v důsledku toho vyšší datové rychlosti u klienta.
Je třeba poznamenat následující věci:
1. Postup formování vysílacího paprsku definovaný ve standardu Wi-Fi 802.11n vyžaduje spolupráci s přijímačem (ve skutečnosti s klientským zařízením) pro příjem zpětné vazby o stavu signálu v přijímači. Zde je nutné mít podporu pro tuto funkcionalitu na obou stranách kanálu - jak na vysílači, tak na přijímači.
2. Vzhledem ke složitosti tohoto postupu nebylo u první generace čipů 802.11n podporováno vysílání beamforming jak na straně terminálu, tak na straně přístupového bodu. Tuto funkcionalitu v současnosti nepodporuje ani většina stávajících čipů pro klientská zařízení.
3. Existují řešení pro budování sítí Wi-Fi , které umožňují plně ovládat vyzařovací diagram na přístupových bodech bez nutnosti přijímat zpětnou vazbu od klientských zařízení.

Chcete-li dostávat oznámení, když jsou vydány nové tematické články nebo se na webu objeví nové materiály, nabízíme.

Přidejte se k naší skupině

Žijeme v době digitální revoluce, milý anonyme. Než si stihneme zvyknout na nějakou novou technologii, už se nám nabízí ze všech stran ještě novější a vyspělejší. A zatímco se zmítáme v myšlenkách, zda nám tato technologie skutečně pomůže k rychlejšímu internetu, nebo jsme opět jen ošizeni o peníze, návrháři v této době vyvíjejí ještě novější technologii, která nám bude nabídnuta místo té současné v doslova 2 roky. To platí i pro anténní technologii MIMO.

Jaký druh technologie je MIMO? Multiple Input Multiple Output - vícenásobný vstup vícenásobný výstup. Za prvé, technologie MIMO je komplexní řešení a týká se nejen antén. Pro lepší pochopení této skutečnosti stojí za to udělat si krátký exkurz do historie vývoje mobilních komunikací. Vývojáři stojí před úkolem přenést větší množství informací za jednotku času, tzn. zvýšit rychlost. Analogicky k zásobování vodou - dodat uživateli větší objem vody za jednotku času. Toho lze dosáhnout zvětšením „průměru potrubí“ nebo analogicky rozšířením komunikačního frekvenčního pásma. Zpočátku byl standard GSM přizpůsoben pro hlasový provoz a měl šířku kanálu 0,2 MHz. To bylo docela dost. Kromě toho existuje problém poskytování víceuživatelského přístupu. Lze to vyřešit rozdělením účastníků podle frekvence (FDMA) nebo podle času (TDMA). GSM využívá obě metody současně. Výsledkem je, že máme rovnováhu mezi maximálním možným počtem účastníků v síti a minimální možnou šířkou pásma pro hlasový provoz. S rozvojem mobilního internetu se toto minimální pásmo stalo překážkou pro zvyšování rychlosti. Dvě technologie založené na platformě GSM – GPRS a EDGE – dosáhly maximální rychlosti 384 kBit/s. Pro další zvýšení rychlosti bylo nutné rozšířit šířku pásma pro internetový provoz při současném využití infrastruktury GSM, pokud to bylo možné. V důsledku toho byl vyvinut standard UMTS. Hlavním rozdílem je zde okamžité rozšíření pásma na 5 MHz a zajištění víceuživatelského přístupu - použití technologie přístupu s kódem CDMA, kdy na stejném frekvenčním kanálu současně operuje několik účastníků. Tato technologie se nazývala W-CDMA, což zdůrazňovalo, že funguje v širokém pásmu. Tento systém byl nazýván systémem třetí generace - 3G, ale zároveň je doplňkem GSM. Získali jsme tedy širokou „rouru“ 5 MHz, která nám umožnila zpočátku zvýšit rychlost na 2 Mbit/s.

Jak jinak můžeme zvýšit rychlost, když nemáme možnost dále zvětšovat „průměr trubky“? Můžeme paralelně rozdělit tok do několika částí, každou část poslat samostatnou malou trubkou a pak tyto samostatné toky na přijímacím konci spojit do jednoho širokého toku. Kromě toho rychlost závisí na pravděpodobnosti chyb v kanálu. Snížením této pravděpodobnosti pomocí redundantního kódování, dopředné korekce chyb a pokročilejších technik rádiové modulace můžeme také zvýšit rychlost. Všechny tyto novinky (spolu s rozšířením „potrubí“ zvýšením počtu přenašečů na kanál) byly důsledně využívány při dalším zlepšování standardu UMTS a byly nazývány HSPA. Nejedná se o náhradu W-CDMA, ale o soft+hard upgrade této hlavní platformy.

Mezinárodní konsorcium 3GPP vyvíjí standardy pro 3G. Tabulka shrnuje některé vlastnosti různých verzí tohoto standardu:

Rychlost 3G HSPA a klíčové technologické vlastnosti
Vydání 3GPP	Technologie	Rychlost stahování (MBPS)	Rychlost uplinku (MBPS)
Rel 6	HSPA	14.4	5.7
Rel 7	HSPA+ 5 MHz, 2x2 MIMO downlink	28	11
Rel 8	DC-HSPA+ 2x5 MHz, 2x2 MIMO downlink	42	11
Rel 9	DC-HSPA+ 2x5 MHz, 2x2 MIMO downlink, Uplink 2x5 MHz	84	23
Rel 10	MC-HSPA+ 4x5 MHz, 2x2 MIMO downlink, Uplink 2x5 MHz	168	23
Rel 11	MC-HSPA+ 8x5 MHz 2x2/4x4 MIMO downlink, 2x5 MHz 2x2 MIMO uplink	336 - 672	70

Technologie 4G LTE, kromě toho, že je zpětně kompatibilní se sítěmi 3G, což jí umožnilo převážit nad WiMAX, je schopna v budoucnu dosahovat ještě vyšších rychlostí, až 1 Gbit/s a vyšší. Zde se pro přenos digitálního streamu do vzdušného rozhraní používají ještě pokročilejší technologie, například modulace OFDM, která se velmi dobře integruje s technologií MIMO.

Co je tedy MIMO? Paralelizací toku do několika kanálů je můžete vysílat různými způsoby přes několik antén „vzduchem“ a přijímat je stejnými nezávislými anténami na přijímací straně. Tímto způsobem získáme několik nezávislých „potrubí“ přes vzduchové rozhraní bez rozšíření jízdních pruhů. To je hlavní myšlenka MIMO. Když se rádiové vlny šíří v rádiovém kanálu, je pozorováno selektivní slábnutí. To je zvláště patrné v hustých městských oblastech, pokud je účastník na cestách nebo na okraji obslužné oblasti buňky. Vyblednutí v každé prostorové „potrubí“ nenastává současně. Pokud tedy přenášíme stejnou informaci přes dva MIMO kanály s malým zpožděním, když jsme na ně předtím superponovali speciální kód (metoda Alamuoti, superpozice magického čtvercového kódu), můžeme obnovit ztracené symboly na přijímací straně, což je ekvivalent zlepšení poměru signálu k signálu až na 10-12 dB. Ve výsledku tato technologie opět vede ke zvýšení rychlosti. Ve skutečnosti se jedná o dlouho známý příjem rozmanitosti (Rx Diversity) organicky zabudovaný do technologie MIMO.

Nakonec musíme pochopit, že MIMO musí být podporováno jak na základně, tak na našem modemu. Obvykle ve 4G je počet MIMO kanálů násobkem dvou - 2, 4, 8 (ve Wi-Fi systémech se rozšířil tříkanálový systém 3x3) a doporučuje se, aby se jejich počet shodoval jak na základně, tak na modemu. . Abychom tuto skutečnost napravili, je MIMO určeno s příjmovými∗ přenosovými kanály - 2x2 MIMO, 4x4 MIMO atd. Zatím se aktuálně zabýváme primárně 2x2 MIMO.

Jaké antény se používají v technologii MIMO? Jsou to obyčejné antény, stačí, aby byly dvě (pro 2x2 MIMO). K oddělení kanálů se používá ortogonální, tzv. X-polarizace. V tomto případě je polarizace každé antény vzhledem k vertikále posunuta o 45 ° a vůči sobě navzájem - 90 °. Tento polarizační úhel staví oba kanály na stejné podmínky, protože při horizontální/vertikální orientaci antén by jeden z kanálů nevyhnutelně obdržel větší útlum v důsledku vlivu zemského povrchu. Současně 90° polarizační posun mezi anténami umožňuje oddělit kanály od sebe minimálně o 18-20 dB.

Pro MIMO budeme potřebovat modem se dvěma anténními vstupy a dvěma anténami na střeše. Otázkou však zůstává, zda je tato technologie na základnové stanici podporována. Ve standardech 4G LTE a WiMAX je taková podpora dostupná jak na straně předplatitelských zařízení, tak na základně. V 3G síti není vše tak jednoduché. V síti již fungují tisíce zařízení, která nepodporují MIMO, u kterých má zavedení této technologie opačný efekt – snižuje se propustnost sítě. Operátoři proto zatím s univerzální implementací MIMO do 3G sítí nespěchají. Aby základna poskytovala předplatitelům vysokou rychlost, musí mít sama dobrou přepravu, tzn. k němu musí být připojena „tlustá trubka“, nejlépe optické vlákno, což také není vždy případ. V sítích 3G je tedy technologie MIMO v současnosti v plenkách a vývoji, testují ji operátoři i uživatelé, a to se ne vždy daří. Na MIMO antény byste se proto měli spoléhat pouze ve 4G sítích. Na okraji obslužné oblasti buňky lze použít antény s vysokým ziskem, například zrcadlové antény, pro které jsou již komerčně dostupné MIMO zdroje

V sítích Wi-Fi je technologie MIMO pevně stanovena ve standardech IEEE 802.11n a IEEE 802.11ac a je již podporována mnoha zařízeními. Zatímco jsme svědky příchodu technologie 2x2 MIMO do sítí 3G-4G, vývojáři nesedí. Technologie 64x64 MIMO s chytrými anténami s adaptivním vyzařovacím diagramem jsou již vyvíjeny. Tito. pokud se přesuneme z pohovky do křesla nebo půjdeme do kuchyně, náš tablet si toho všimne a natočí vyzařovací diagram vestavěné antény správným směrem. Bude v té době někdo potřebovat tyto stránky?

27.08.2015

O technologii už jistě mnozí slyšeli MIMO, je v posledních letech často plná reklamních brožur a plakátů, zejména v počítačových prodejnách a časopisech. Ale co je MIMO (MIMO) a čím se jí? Pojďme se na to blíže podívat.

Technologie MIMO

MIMO (Multiple Input Multiple Output; více vstupů, více výstupů) je metoda prostorového kódování signálu, která umožňuje zvětšit šířku pásma kanálu, kdy se pro přenos dat používají dvě nebo více antén a pro příjem stejný počet antén. Vysílací a přijímací anténa jsou rozmístěny tak, aby bylo dosaženo minimálního vzájemného ovlivňování mezi sousedními anténami. Technologie MIMO se používá v bezdrátové komunikaci Wi-Fi, WiMAX, LTE pro zvýšení kapacity a efektivnější využití frekvenčního pásma. MIMO ve skutečnosti umožňuje přenášet více dat v jednom frekvenčním rozsahu a daném frekvenčním koridoru, tzn. zvýšit rychlost. Toho je dosaženo použitím několika vysílacích a přijímacích antén.

Historie MIMO

Technologie MIMO lze považovat za poměrně nedávný vývoj. Jeho historie začíná v roce 1984, kdy byl zaregistrován první patent na použití této technologie. Počáteční vývoj a výzkum probíhal ve firmě Bellovy laboratoře, a v roce 1996 spol Airgo Networks První čipová sada MIMO byla vydána tzv Skutečné MIMO. Technologie MIMO zaznamenala největší rozvoj na začátku 21. století, kdy se začaly rychlým tempem rozvíjet bezdrátové sítě Wi-Fi a mobilní sítě 3G. A nyní je technologie MIMO široce používána v sítích 4G LTE a Wi-Fi 802.11b/g/ac.

Co poskytuje technologie MIMO?

Pro koncového uživatele poskytuje MIMO výrazné zvýšení rychlosti přenosu dat. V závislosti na konfiguraci zařízení a počtu použitých antén můžete získat dvojnásobné, trojnásobné nebo až osminásobné zvýšení rychlosti. Bezdrátové sítě obvykle používají stejný počet vysílacích a přijímacích antén, což je zapsáno například jako 2x2 nebo 3x3. Tito. pokud vidíme záznam MIMO 2x2, znamená to, že dvě antény vysílají signál a dvě přijímají. Například ve standardu Wi-Fi jeden 20 MHz široký kanál poskytuje propustnost 866 Mbps, zatímco konfigurace 8x8 MIMO kombinuje 8 kanálů, což dává maximální rychlost asi 7 Gbps. Totéž platí pro LTE MIMO - potenciální zvýšení rychlosti několikanásobně. Chcete-li plně využívat MIMO v sítích LTE, potřebujete , protože Vestavěné antény zpravidla nejsou dostatečně rozmístěny a poskytují malý účinek. A samozřejmě nesmí chybět podpora MIMO ze základnové stanice.

Anténa LTE s podporou MIMO vysílá a přijímá signály v horizontální a vertikální rovině. Tomu se říká polarizace. Charakteristickým rysem MIMO antén je přítomnost dvou anténních konektorů, a tedy použití dvou vodičů pro připojení k modemu/routeru.

Navzdory skutečnosti, že mnozí ne bezdůvodně říkají, že MIMO anténa pro sítě 4G LTE jsou ve skutečnosti dvě antény v jedné, neměli byste si myslet, že použití takové antény zdvojnásobí rychlost. Může tomu tak být pouze teoreticky, ale v praxi rozdíl mezi konvenční a MIMO anténou v 4G LTE síti nepřesahuje 20-25%. Důležitější však v tomto případě bude stabilní signál, který může MIMO anténa poskytnout.

Oblíbené v kategorii: