Tecnología mu mimo. Antena MIMO: qué es y cuáles son sus ventajas

Una de las innovaciones más significativas e importantes. Wi-Fi durante los últimos 20 años - Multiusuario - Tecnología de múltiples entradas y múltiples salidas (MU-MIMO). MU-MIMO amplía la funcionalidad de la actualización recientemente lanzada al estándar inalámbrico 802.11ac “Wave 2”. Por supuesto, este es un gran avance para las comunicaciones inalámbricas. Esta tecnología ayuda a aumentar la velocidad inalámbrica teórica máxima de 3,47 Gbps en la especificación 802.11ac original a 6,93 Gbps en la actualización 802.11ac Wave 2. Esta es una de las funciones Wi-Fi más sofisticadas disponibles en la actualidad.

¡Descubramos cómo funciona!

La tecnología MU-MIMO eleva el listón al permitir que múltiples dispositivos reciban múltiples flujos de datos. Se basa en la tecnología MIMO de usuario único (SU-MIMO), que se introdujo hace casi 10 años con el estándar 802.11n.

SU-MIMO aumenta la velocidad de una conexión Wi-Fi al permitir que un par de dispositivos inalámbricos reciban o envíen simultáneamente múltiples flujos de datos.

Figura 1. La tecnología SU-MIMO proporciona múltiples flujos de entrada y salida a un solo dispositivo al mismo tiempo. La tecnología MU-MIMO permite la comunicación simultánea con múltiples dispositivos.

Básicamente, dos tecnologías están revolucionando el Wi-Fi. La primera de estas tecnologías, llamada formación de haces, permite que los enrutadores y puntos de acceso Wi-Fi utilicen canales de radio de manera más eficiente. Antes de esta tecnología, los enrutadores y puntos de acceso Wi-Fi funcionaban como bombillas y enviaban señales en todas direcciones. El problema era que Una señal desenfocada y de potencia limitada tiene dificultades para llegar a los dispositivos Wi-Fi de los clientes.

Utilizando la tecnología de formación de haces, un enrutador o punto de acceso Wi-Fi intercambia información sobre su ubicación con el dispositivo cliente. Luego, el enrutador cambia su fase y potencia para generar una mejor señal. El resultado: las señales de radio se utilizan de forma más eficiente, la transferencia de datos es más rápida y posiblemente aumenta la distancia máxima de conexión.

Las capacidades de formación de haces se están expandiendo. Hasta ahora, los enrutadores o puntos de acceso Wi-Fi tenían inherentemente una sola tarea: enviaban o recibían datos desde un solo dispositivo cliente a la vez. Las versiones anteriores de la familia 802.11 de estándares de datos inalámbricos, incluido el estándar 802.11n y la primera versión del estándar 802.11ac, tenían la capacidad de recibir o transmitir simultáneamente múltiples flujos de datos, pero hasta ahora no existía ningún método que permitiera una conexión Wi-Fi. Router Fi o punto de acceso para “comunicarse” con varios clientes al mismo tiempo. A partir de ahora, con la ayuda de MU-MIMO, ha aparecido esa oportunidad.

Esto es realmente un gran avance, ya que la capacidad de transmitir datos simultáneamente a múltiples dispositivos cliente amplía significativamente el ancho de banda disponible para los clientes inalámbricos. La tecnología MU-MIMO hace avanzar las redes inalámbricas a la antigua usanza CSMA-SD, cuando sólo se servía un dispositivo al mismo tiempo, a un sistema donde varios dispositivos pueden “hablar” al mismo tiempo. Para que el ejemplo quede más claro, imaginemos pasar de una carretera rural de un solo carril a una carretera ancha.

Hoy en día, los enrutadores inalámbricos de segunda generación y los puntos de acceso estándar 802.11ac Wave 2 están conquistando activamente el mercado. Todos los que implementan Wi-Fi comprenden los detalles de cómo funciona la tecnología MU-MIMO. Llamamos su atención sobre 13 hechos que acelerarán su aprendizaje en esta dirección.

1. MU-MIMO sólo utiliza Flujo "downstream" (desde el punto de acceso al dispositivo móvil).

A diferencia de SU-MIMO, la tecnología MU-MIMO actualmente solo funciona para transferir datos desde el punto de acceso al dispositivo móvil. Sólo los enrutadores o puntos de acceso inalámbricos pueden transmitir datos a múltiples usuarios simultáneamente, ya sea uno o varios flujos para cada uno de ellos. Los propios dispositivos inalámbricos (como teléfonos inteligentes, tabletas o computadoras portátiles) aún deben turnarse para enviar datos al enrutador o punto de acceso inalámbrico, aunque pueden usar SU-MIMO individualmente para transmitir múltiples transmisiones cuando sea su turno.

La tecnología MU-MIMO será especialmente útil en redes donde los usuarios descargan más datos de los que suben.

Quizás en el futuro se implemente una versión de la tecnología Wi-Fi: 802.11ax, donde el método MU-MIMO será aplicable para el tráfico “Upstream”.

2. MU-MIMO solo funciona en el rango de frecuencia Wi-Fi de 5 GHz

La tecnología SU-MIMO opera en las bandas de frecuencia de 2,4 GHz y 5 GHz. Los enrutadores y puntos de acceso inalámbricos 802.11ac Wave 2 de segunda generación pueden servir a múltiples usuarios simultáneamente utilizando solo la misma banda de frecuencia. 5 GHz. Por un lado, es una lástima que no podamos utilizar la nueva tecnología en la banda de frecuencia de 2,4 GHz, que es más estrecha y congestionada. Pero, por otro lado, cada vez aparecen en el mercado más dispositivos inalámbricos de doble banda compatibles con la tecnología MU-MIMO, que podemos utilizar para desplegar redes Wi-Fi corporativas de alto rendimiento.

3. La tecnología Beamforming ayuda a guiar las señales

En la literatura de la URSS se puede encontrar el concepto de antena Phased Array, que se desarrolló para radares militares a finales de los años 80. Se utilizó una tecnología similar en el Wi-Fi moderno. MU-MIMO utiliza tecnología de formación de haces (conocida en la literatura técnica inglesa como “beamforming”). Beamfiorming permite que las señales se dirijan en la dirección de la ubicación prevista del dispositivo (o dispositivos) inalámbrico, en lugar de enviarlas aleatoriamente en todas las direcciones. De esta forma podrás enfocar la señal y aumentar significativamente el alcance y la velocidad de tu conexión Wi-Fi.

Aunque la tecnología de formación de haces estuvo disponible opcionalmente con el estándar 802.11n, la mayoría de los fabricantes implementaron sus versiones patentadas de esta tecnología. Estos proveedores todavía ofrecen implementaciones patentadas de la tecnología en sus dispositivos, pero ahora tendrán que incluir al menos una versión simplificada y estandarizada de la tecnología de formación de haces si quieren admitir la tecnología MU-MIMO en su línea de productos 802.11ac.

4. MU-MIMO admite una cantidad limitada de transmisiones y dispositivos simultáneos

Desafortunadamente, los enrutadores o puntos de acceso con tecnología MU-MIMO no pueden atender simultáneamente una cantidad ilimitada de transmisiones y dispositivos. Un enrutador o punto de acceso tiene su propio límite en la cantidad de transmisiones que puede atender (a menudo 2, 3 o 4 transmisiones), y esta cantidad de transmisiones espaciales también limita la cantidad de dispositivos que el punto de acceso puede atender simultáneamente. Por lo tanto, un punto de acceso compatible con cuatro transmisiones puede servir simultáneamente a cuatro dispositivos diferentes o, por ejemplo, dirigir una transmisión a un dispositivo y agregar las otras tres transmisiones a otro dispositivo (aumentando la velocidad al combinar canales).

5. No es necesario que los dispositivos de usuario tengan múltiples antenas.

Al igual que con la tecnología SU-MIMO, solo los dispositivos inalámbricos con soporte MU-MIMO integrado pueden agregar transmisiones (velocidad). Pero a diferencia de SU-MIMO, los dispositivos inalámbricos no necesariamente necesitan múltiples antenas para recibir transmisiones MU-MIMO desde enrutadores y puntos de acceso inalámbricos. Si su dispositivo inalámbrico tiene una sola antena, es posible que reciba solo un flujo de datos MU-MIMO desde el punto de acceso, utilizando formación de haces para mejorar la recepción.

Más antenas permitirán que un dispositivo de usuario inalámbrico reciba más flujos de datos simultáneamente (generalmente un flujo por antena), lo que sin duda mejorará el rendimiento de ese dispositivo. Sin embargo, la presencia de múltiples antenas en un dispositivo de usuario afecta negativamente el consumo de energía y el tamaño de este producto, lo cual es fundamental para los teléfonos inteligentes.

Sin embargo, la tecnología MU-MIMO impone menos requisitos de hardware a los dispositivos cliente que la técnicamente onerosa tecnología SU-MIMO, por lo que es seguro asumir que los fabricantes estarán mucho más dispuestos a equipar sus Las computadoras portátiles y las tabletas admiten la tecnología MU-MIMO.

6. Los puntos de acceso hacen el trabajo pesado

En un esfuerzo por simplificar los requisitos de los dispositivos de usuario final, los desarrolladores de la tecnología MU-MIMO intentaron trasladar la mayor parte del trabajo de procesamiento de señales a los puntos de acceso. Este es otro paso adelante en comparación con la tecnología SU-MIMO, donde la carga del procesamiento de señales recaía en gran medida en los dispositivos del usuario. Nuevamente, esto ayudará a los fabricantes de dispositivos clientes a ahorrar energía, tamaño y otros costos al producir sus soluciones de productos habilitadas para MU-MIMO, lo que debería tener un impacto muy positivo en la popularización de esta tecnología.

7. Incluso los dispositivos de bajo costo se benefician enormemente de la transmisión simultánea a través de múltiples flujos espaciales.

Al igual que la agregación de enlaces en Ethernet (802.3ad y LACP), la agregación de flujos 802.1ac no mejora las velocidades de los enlaces punto a punto. Aquellos. Si es el único usuario y solo tiene una aplicación en ejecución, utilizará solo 1 subproceso espacial.

Sin embargo, es posible aumentar rendimiento general de la red al proporcionar la capacidad de dar servicio a múltiples dispositivos de usuario simultáneamente con un punto de acceso.

Pero si todos los dispositivos de usuario en su red admiten solo una transmisión, entonces MU-MIMO permitirá que su punto de acceso preste servicio a hasta tres dispositivos simultáneamente, en lugar de uno a la vez, mientras que otros Los dispositivos de usuario (más avanzados) tendrán que esperar su turno.

8. Algunos dispositivos de usuario tienen soporte oculto para la tecnología MU-MIMO

Aunque todavía no hay muchos routers, puntos de acceso o dispositivos móviles que soporten MU-MIMO, la compañía de chips Wi-Fi afirma que algunos fabricantes han tenido en cuenta los requisitos de hardware en su proceso de producción para soportar la nueva tecnología durante algunos de sus finales. -Dispositivos de usuario hace unos años. Para dichos dispositivos, una actualización de software relativamente simple agregará soporte para la tecnología MU-MIMO, lo que también debería acelerar la popularización y adopción de la tecnología, además de alentar a las empresas y organizaciones a actualizar sus redes inalámbricas corporativas con equipos que admitan 802.11ac. estándar.

9. Los dispositivos sin soporte MU-MIMO también se benefician

Aunque los dispositivos Wi-Fi deben tener soporte MU-MIMO para poder utilizar esta tecnología, incluso aquellos dispositivos cliente que no tienen dicho soporte pueden beneficiarse indirectamente al trabajar en una red inalámbrica donde el enrutador o los puntos de acceso admiten la tecnología MU-MIMO. Debe recordarse que la velocidad de transferencia de datos a través de la red depende directamente del tiempo total durante el cual los dispositivos del abonado están conectados al canal de radio. Y si la tecnología MU-MIMO permite dar servicio a algunos dispositivos más rápido, esto significa que los puntos de acceso en dicha red tendrán más tiempo para dar servicio a otros dispositivos de clientes.

10. MU-MIMO ayuda a aumentar el rendimiento inalámbrico

Cuando aumentas la velocidad de tu conexión Wi-Fi, también aumentas la capacidad de tu red inalámbrica. Dado que los dispositivos reciben servicio más rápidamente, la red tiene más tiempo aire para atender a más dispositivos de clientes. Así, la tecnología MU-MIMO puede optimizar significativamente el rendimiento de redes inalámbricas con mucho tráfico o una gran cantidad de dispositivos conectados, como las redes Wi-Fi públicas. Esta es una gran noticia ya que es probable que la cantidad de teléfonos inteligentes y otros dispositivos móviles con conectividad Wi-Fi siga aumentando.

11. Se admite cualquier ancho de canal

Una forma de ampliar la capacidad de un canal Wi-Fi es la agrupación de canales, que combina dos canales adyacentes en un canal que tiene el doble de ancho, lo que efectivamente duplica la velocidad de la conexión Wi-Fi entre el dispositivo y el punto de acceso. El estándar 802.11n brindaba soporte para canales de hasta 40 MHz; en la especificación 802.11ac original, el ancho del canal admitido se incrementó a 80 MHz. El estándar 802.11ac Wave 2 actualizado admite canales de 160 MHz.

Figura 3. Actualmente, 802.11ac admite canales de hasta 160 MHz de ancho en el rango de frecuencia de 5 GHz

Sin embargo, no debemos olvidar que el uso de canales más amplios en una red inalámbrica aumenta la probabilidad de interferencia en los cocanales. Por tanto, este enfoque no siempre será la opción correcta para implementar todas las redes Wi-Fi sin excepción. Sin embargo, la tecnología MU-MIMO, como vemos, se puede utilizar para canales de cualquier ancho.

Sin embargo, incluso si su red inalámbrica utiliza canales más estrechos de 20 MHz o 40 MHz, la tecnología MU-MIMO aún puede ayudar a que funcione más rápido. Pero la velocidad dependerá de cuántos dispositivos cliente necesitarán ser atendidos y de cuántos subprocesos admita cada uno de estos dispositivos. Por lo tanto, el uso de la tecnología MU-MIMO, incluso sin amplios canales asociados, puede más que duplicar el rendimiento inalámbrico de salida para cada dispositivo.

12. El procesamiento de señales mejora la seguridad

Un efecto secundario interesante de la tecnología MU-MIMO es que el enrutador o punto de acceso cifra los datos antes de enviarlos por aire. Es bastante difícil decodificar los datos transmitidos mediante la tecnología MU-MIMO, ya que no está claro qué parte del código se encuentra en qué flujo espacial. Aunque es posible que más adelante se desarrollen herramientas especiales para permitir que otros dispositivos intercepten el tráfico transmitido, hoy en día la tecnología MU-MIMO enmascara eficazmente los datos de los dispositivos de escucha cercanos. Así, la nueva tecnología ayuda a mejorar la seguridad Wi-Fi, lo cual es especialmente importante para redes inalámbricas abiertas, como las redes Wi-Fi públicas, así como puntos de acceso que operan en modo personal o que utilizan un modo de autenticación de usuario simplificado (Clave Precompartida). , PSK) basado en tecnologías de seguridad de red Wi-Fi WPA o WPA2.

13. MU-MIMO es mejor para dispositivos Wi-Fi estacionarios

También hay una advertencia sobre MU-MIMO: no funciona bien con dispositivos que se mueven rápidamente porque el proceso de formación de haces se vuelve más complejo y menos eficiente. Por lo tanto, MU-MIMO no le brindará un beneficio significativo para los dispositivos que se desplazan con frecuencia en su red corporativa. Sin embargo, debe entenderse que estos dispositivos "problemáticos" no deberían afectar de ninguna manera la transferencia de datos MU-MIMO a otros dispositivos cliente que sean menos móviles, ni su rendimiento.

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Las redes móviles existentes se utilizan para algo más que realizar llamadas y enviar mensajes. Gracias al método de transmisión digital, la transmisión de datos también es posible a través de las redes existentes. Estas tecnologías, según el nivel de desarrollo, se denominan 3G y 4G. La tecnología 4G está respaldada por el estándar LTE. La velocidad de transferencia de datos depende de algunas características de la red (determinadas por el operador), alcanzando teóricamente hasta 2 Mb/s para una red 3G y hasta 1 Gb/s para una red 4G. Todas estas tecnologías funcionan de manera más eficiente si hay una señal fuerte y estable. Para estos fines, la mayoría de los módems permiten conectar antenas externas.

antena de panel

A la venta puedes encontrar varias opciones de antenas para mejorar la calidad de la recepción. La antena de panel 3G es muy popular. La ganancia de una antena de este tipo es de unos 12 dB en el rango de frecuencia 1900-2200 MHz. Este tipo de dispositivo también puede mejorar la calidad de la señal 2G: GPRS y EDGE.

Como la gran mayoría de otros dispositivos pasivos, tiene directividad unidireccional, lo que, junto con un aumento de la señal recibida, reduce el nivel de interferencias laterales y traseras. Por lo tanto, incluso en condiciones de recepción inestable, es posible elevar el nivel de la señal a valores aceptables, aumentando así la velocidad de recepción y transmisión de información.

Aplicación de antenas de panel para funcionamiento en redes 4G

Dado que el alcance operativo de las redes 4G prácticamente coincide con el alcance de la generación anterior, no existen dificultades para utilizar estas antenas en redes 3G 4G LTE. Para cualquiera de las tecnologías, el uso de antenas permite acercar las velocidades de transmisión de datos a valores máximos.

La nueva tecnología que utiliza receptores y transmisores separados en la misma banda de frecuencia ha hecho posible aumentar aún más la velocidad de recepción y transmisión de datos. El diseño del módem 4G existente implica el uso de tecnología MIMO.

La indudable ventaja de las antenas de panel es su bajo coste y su excepcional fiabilidad. Prácticamente no hay nada en el diseño que pueda romperse incluso si se cae desde una gran altura. El único punto débil es el cable de alta frecuencia, que puede romperse al entrar en la carcasa. Para prolongar la vida útil del dispositivo, el cable debe estar bien sujeto.

tecnología MIMO

Para aumentar la capacidad del canal de comunicación entre el receptor y el transmisor de datos, se ha desarrollado un método de procesamiento de señales cuando la recepción y la transmisión se realizan en diferentes antenas.

¡Prestar atención! Al utilizar antenas LTE MIMO, puede aumentar el rendimiento entre un 20 y un 30 % en comparación con trabajar con una antena simple.

El principio básico es eliminar el acoplamiento entre antenas.

Las ondas electromagnéticas pueden tener diferentes direcciones con respecto al plano terrestre. Esto se llama polarización. Se utilizan principalmente antenas polarizadas vertical y horizontalmente. Para eliminar la influencia mutua, las antenas se diferencian entre sí en polarización en un ángulo de 90 grados. Para garantizar que la influencia de la superficie terrestre sea la misma para ambas antenas, los planos de polarización de cada una se desplazan 45 grados. con respecto al suelo. Por lo tanto, si una de las antenas tiene un ángulo de polarización de 45 grados, la otra, respectivamente, tiene 45 grados. Entre sí, el desplazamiento es de 90 grados requeridos.

La figura muestra claramente cómo se despliegan las antenas entre sí y con respecto al suelo.

¡Importante! La polarización de las antenas debe ser la misma que en la estación base.

Si para las tecnologías 4G LTE la compatibilidad con MIMO está disponible de forma predeterminada en la estación base, entonces para 3G, debido a la gran cantidad de dispositivos sin MIMO, los operadores no tienen prisa por introducir nuevas tecnologías. El hecho es que los dispositivos funcionarán mucho más lento en una red MIMO 3G.

Instalar usted mismo antenas para un módem

Las reglas para instalar antenas no difieren de las habituales. La condición principal es la ausencia de obstáculos entre el cliente y las estaciones base. Un árbol en crecimiento, el techo de un edificio cercano o, peor aún, una línea eléctrica, sirven como escudos confiables para las ondas electromagnéticas. Y cuanto mayor sea la frecuencia de la señal, mayor será la atenuación causada por los obstáculos ubicados en el camino de las ondas de radio.

Dependiendo del tipo de montaje, las antenas pueden instalarse en la pared de un edificio o montarse en un mástil. Hay dos tipos de antenas.MIMO:

• monobloque;
• espaciado.

Los monobloque ya contienen en su interior dos estructuras, instaladas con la polarización necesaria, y los espaciados constan de dos antenas que deben montarse por separado, cada una de ellas debe apuntar exactamente a la estación base.

Todos los matices de instalar una antena MIMO con sus propias manos se describen clara y detalladamente en la documentación adjunta, pero es mejor consultar primero con el proveedor o invitar a un representante para la instalación, pagando una cantidad no muy grande, pero recibiendo un cierta garantía por el trabajo realizado.

Cómo hacer una antena tú mismo

No hay dificultades fundamentales para hacerlo usted mismo. Necesita habilidades para trabajar con metal, capacidad para sostener un soldador, deseo y precisión.

Una condición indispensable es el estricto cumplimiento de las dimensiones geométricas de todos los componentes, sin excepción. Las dimensiones geométricas de los dispositivos de alta frecuencia deben mantenerse al milímetro más cercano o con mayor precisión. Cualquier desviación conduce a un deterioro del rendimiento. La ganancia caerá y aumentará el acoplamiento entre antenas MIMO. Al final, en lugar de fortalecer la señal, se debilitará.

Desafortunadamente, las dimensiones geométricas exactas no están ampliamente disponibles. Como excepción, los materiales disponibles en la red se basan en la repetición de algunos diseños de fábrica, que no siempre se copian con la exactitud requerida. Por lo tanto, no conviene poner grandes esperanzas en los diagramas, descripciones y métodos publicados en Internet.

Por otro lado, si no se requiere una ganancia extremadamente fuerte, entonces una antena MIMO hecha de forma independiente, de acuerdo con las dimensiones especificadas, seguirá dando un efecto positivo, aunque no grande.

El costo de los materiales es bajo y el tiempo requerido si tienes las habilidades tampoco es demasiado alto. Además, nadie le molesta en probar varias opciones y elegir la aceptable según los resultados de la prueba.

Para hacer una antena 4G LTE MIMO con sus propias manos, necesitará dos láminas absolutamente planas de acero galvanizado con un espesor de 0,2-0,5 mm, o mejor aún, un laminado de fibra de vidrio de una cara. Una de las láminas se utilizará para la fabricación de un reflector (reflector), y la otra para la fabricación de elementos activos. El cable para conectarse al módem debe tener una resistencia de 50 ohmios (este es el estándar para equipos de módem).

El cable de TV no se puede utilizar por dos razones:

• Una resistencia de 75 ohmios provocará una falta de coincidencia con las entradas del módem;
• gran espesor.

También es necesario seleccionar conectores que coincidan exactamente con los conectores del módem.

¡Importante! La distancia especificada entre los elementos activos y el reflector debe medirse desde la capa de lámina si se utiliza material de lámina.

Además, necesitará un pequeño trozo de alambre de cobre con un espesor de 1-1,2 mm.

La estructura fabricada debe colocarse en una caja de plástico. No se puede utilizar metal, ya que de esta forma la antena quedará encerrada en un escudo electromagnético y no funcionará.

¡Prestar atención! La mayoría de los dibujos no se refieren a antenas MIMO, sino a antenas de panel. Externamente, se diferencian en que se suministra un cable a una antena de panel simple y se necesitan dos para MIMO. Califica este artículo:

MIMO multiusuario es una parte integral del estándar 802.11ac. Pero hasta ahora no ha habido ningún dispositivo que soporte este nuevo tipo de tecnología multiantena. Los enrutadores WLAN 802.11ac de la generación anterior fueron designados como equipos Wave 1. Solo con Wave 2 se introduce la tecnología Multi-User MIMO (MU-MIMO), y esta segunda ola de dispositivos está liderada por.

■ sí □ no

Debido a que MIMO multiusuario transmite una señal a múltiples dispositivos simultáneamente, el protocolo de transmisión se extiende en consecuencia en términos de encabezados de bloques de datos: en lugar de transmitir múltiples flujos separados espacialmente para un solo cliente, MIMO multiusuario distribuye la transmisión a cada usuario por separado, como así como la codificación. La asignación de bandas de frecuencia y la codificación siguen siendo las mismas.

Usuario único Si cuatro dispositivos comparten la misma WLAN, un enrutador con una configuración MIMO 4x4:4 transmite cuatro flujos de datos espaciales, pero siempre solo al mismo dispositivo. Los dispositivos y gadgets reciben servicio alternativamente.

Una red WLAN es como una autopista muy transitada: dependiendo de la hora del día, a este tráfico se conectan, además de PC y portátiles, tabletas, smartphones, televisores y consolas de juegos. En un hogar medio hay más de cinco dispositivos conectados a Internet a través de WLAN, y el número crece constantemente. Con velocidades de 11 Mbps, que se proporcionan dentro del estándar principal IEEE 802.11b, navegar por la web y descargar datos requiere mucha paciencia, ya que el enrutador solo se puede conectar a un dispositivo a la vez. Si tres dispositivos utilizan la comunicación por radio a la vez, cada cliente recibe solo un tercio de la duración de la sesión de comunicación y dos tercios del tiempo se dedica a esperar. Aunque las WLAN que utilizan el último estándar IEEE 802.11ac proporcionan velocidades de transferencia de datos de hasta 1 Gbps, también sufren una degradación de la velocidad debido a las colas. Pero la próxima generación de dispositivos (802.11ac Wave 2) promete un mayor rendimiento para redes de radio con múltiples dispositivos activos.

Para comprender mejor la esencia de las innovaciones, primero conviene recordar qué cambios se han producido en las redes WLAN en el pasado reciente. Una de las técnicas más efectivas para aumentar las velocidades de transferencia de datos, comenzando con el estándar IEEE 802.1In, es la tecnología MIMO (Multiple Input Multiple Output). Implica el uso de varias antenas de radio para la transmisión paralela de flujos de datos. Si, por ejemplo, se transmite un único archivo de vídeo a través de una WLAN y se utiliza un enrutador MIMO con tres antenas, lo ideal es que cada dispositivo transmisor (con tres antenas en el receptor) envíe un tercio del archivo.

Los costos aumentan con cada antena

En el estándar IEEE 802.11n, la velocidad máxima de transferencia de datos para cada flujo individual, junto con la información de servicio, alcanza los 150 Mbit/s. De este modo, los dispositivos con cuatro antenas son capaces de transmitir datos a velocidades de hasta 600 Mbit/s. El estándar actual IEEE 802.11ac alcanza teóricamente aproximadamente 6900 Mbps. Además de canales de radio amplios y modulación mejorada, el nuevo estándar prevé el uso de hasta ocho transmisiones MIMO.

Pero simplemente aumentar el número de antenas no garantiza una aceleración múltiple de la transmisión de datos. Por el contrario, con cuatro antenas la cantidad de datos de servicio aumenta considerablemente y el proceso de detección de colisiones de señales de radio también se vuelve más caro. Para que valga la pena el uso de más antenas, la tecnología MIMO sigue mejorando. En aras de la distinción, es más correcto llamar al antiguo MIMO de usuario único MIMO (Single User MIMO). Aunque proporciona transmisión simultánea de varios flujos espaciales, como se mencionó anteriormente, siempre solo a una dirección. Esta desventaja ahora se elimina utilizando MIMO multiusuario. Con esta tecnología, los enrutadores WLAN pueden transmitir una señal simultáneamente a cuatro clientes. Un dispositivo con ocho antenas podría, por ejemplo, usar cuatro para alimentar una computadora portátil y otras dos en paralelo: una tableta y un teléfono inteligente.

MIMO: señal direccional precisa

Para que un enrutador reenvíe paquetes WLAN a diferentes clientes al mismo tiempo, necesita información sobre dónde se encuentran los clientes. Para ello, en primer lugar, se envían paquetes de prueba en todas direcciones. Los clientes responden a estos paquetes y la estación base almacena datos de intensidad de la señal. La tecnología Beamforming es una de las ayudas más importantes de MU MIMO. Aunque ya es compatible con el estándar IEEE 802.11n, se ha mejorado en IEEE 802.11ac. Su esencia se reduce a establecer la dirección óptima para enviar una señal de radio a los clientes. La estación base establece específicamente la directividad óptima de la antena transmisora ​​para cada señal de radio. Para el modo multiusuario, encontrar la ruta de señal óptima es especialmente importante, porque cambiar la ubicación de un solo cliente puede cambiar todas las rutas de transmisión e interrumpir el rendimiento de toda la red WLAN. Por tanto, el canal se analiza cada 10 ms.

En comparación, MIMO de usuario único solo analiza cada 100 ms. MIMO multiusuario puede atender a cuatro clientes simultáneamente, y cada cliente recibe hasta cuatro flujos de datos en paralelo, para un total de 16 flujos. Este MIMO multiusuario requiere nuevos enrutadores WLAN a medida que aumenta la necesidad de potencia informática.

Uno de los mayores problemas con MIMO multiusuario es la interferencia entre clientes. Aunque a menudo se mide la congestión de los canales, no es suficiente. Si es necesario, se da prioridad a algunos marcos y, por el contrario, se respetan otros. Para ello, 802.11ac utiliza diferentes colas que procesan a diferentes velocidades en función del tipo de paquete de datos, dando preferencia, por ejemplo, a los paquetes de vídeo.

La tecnología MIMO jugó un papel muy importante en el desarrollo del WiFi. Hace unos años era imposible imaginar otros dispositivos con un rendimiento de 300 Mbit/s o superior. La aparición de nuevos estándares de comunicación de alta velocidad, por ejemplo 802.11n, se debió en gran medida a MIMO.

En general, vale la pena mencionar aquí que cuando hablamos de tecnología WiFi, en realidad nos referimos a uno de los estándares de comunicación, específicamente IEEE 802.11. WiFi se convirtió en una marca después de que surgieran perspectivas tentadoras para el uso de la transmisión inalámbrica de datos. Puedes leer un poco más sobre la tecnología Wi-Fi y el estándar 802.11 en.

¿Qué es la tecnología MIMO?

Para dar la definición más simple posible, entonces MIMO es transmisión de datos multiflujo. La abreviatura se puede traducir del inglés como "varias entradas, múltiples salidas". A diferencia de su predecesor (SingleInput/SingleOutput), en los dispositivos compatibles con MIMO la señal se transmite en un canal de radio utilizando no uno, sino varios receptores y transmisores. Al indicar las características técnicas de los dispositivos WiFi, se indica su número junto a la abreviatura. Por ejemplo, 3x2 significa 3 transmisores de señal y 2 antenas receptoras.

Además, MIMO utiliza multiplexación espacial. Detrás del aterrador nombre se esconde la tecnología de transmisión simultánea de varios paquetes de datos a través de un canal. Gracias a esta “densificación” del canal, su rendimiento se puede duplicar o más.

MIMO y Wi-Fi

Con la creciente popularidad de la transmisión inalámbrica de datos a través de conexiones WiFi, por supuesto, los requisitos para su velocidad han aumentado. Y fue la tecnología MIMO y otros desarrollos que la tomaron como base los que hicieron posible aumentar el rendimiento varias veces. El desarrollo de WiFi sigue el camino del desarrollo de los estándares 802.11: a, b, g, n, etc. No en vano mencionamos la aparición del estándar 802.11n. Entrada múltiple Salida múltiple es su componente clave, que permite aumentar la velocidad del canal de una conexión inalámbrica. desde 54 Mbit/s hasta más de 300 Mbit/s.

El estándar 802.11n le permite utilizar un ancho de canal estándar de 20 MHz o una línea de banda ancha de 40 MHz con mayor rendimiento. Como se mencionó anteriormente, la señal se refleja muchas veces, por lo que se utilizan múltiples flujos en un canal de comunicación.

Gracias a esto, el acceso a Internet basado en WiFi ahora permite no sólo navegar, consultar el correo electrónico y comunicarse en ICQ, sino también juegos en línea, videos en línea, comunicación por Skype y otro tráfico "pesado".

El estándar más nuevo también utiliza tecnología MIMO.

Problemas con el uso de MIMO en WIFI

En los albores de la tecnología, era difícil combinar dispositivos, trabajando con y sin soporte MIMO. Sin embargo, ahora esto ya no es tan relevante: casi todos los fabricantes de equipos inalámbricos que se precian lo utilizan en sus dispositivos.

Además, uno de los problemas con la llegada de la tecnología de transmisión de datos que utiliza múltiples receptores y múltiples transmisores fue el precio del dispositivo. Sin embargo, aquí la empresa hizo una verdadera revolución de precios. No sólo logró iniciar la producción de equipos inalámbricos con soporte MIMO, sino que también lo hizo a precios muy asequibles. Mire, por ejemplo, el coste de un paquete típico de una empresa: (estación base), (lado del cliente). Y en estos dispositivos no se trata solo de MIMO, sino de propiedad mejorada. tecnología airmax basado en ello.

El único problema que persiste es el aumento del número de antenas y transmisores (actualmente un máximo de 3) para dispositivos con PoE. Es difícil proporcionar energía a un diseño que consume más energía, pero nuevamente, Ubiquiti está haciendo progresos constantes en esta dirección.

Tecnología AirMAX

Ubiquiti Networks es un líder reconocido en el desarrollo e implementación de tecnologías WiFi innovadoras, incluido MIMO. Fue sobre esta base que Ubiquiti desarrolló y patentó la tecnología. airmax. Su esencia es que la recepción y transmisión de una señal a través de varias antenas en un canal está ordenada y estructurada mediante el protocolo TDMA con aceleración de hardware: los paquetes de datos se separan en intervalos de tiempo separados, las colas de transmisión se coordinan.

Esto le permite ampliar la capacidad del canal y aumentar la cantidad de suscriptores conectados sin pérdida de calidad de la comunicación. Esta solución es eficaz, fácil de usar y, lo que es más importante, económica. A diferencia de equipos similares utilizados en redes WiMAX, los equipos de Ubiquiti Networks con tecnología AirMAX tienen un precio agradable.

Un enfoque para aumentar las velocidades de datos para 802.11 WiFi y 802.16 WiMAX es utilizar sistemas inalámbricos que utilicen múltiples antenas tanto para el transmisor como para el receptor. Este enfoque se llama MIMO (traducción literal: "múltiples entradas y múltiples salidas") o "sistemas de antenas inteligentes". La tecnología MIMO juega un papel importante en la implementación del estándar WiFi 802.11n.

La tecnología MIMO utiliza múltiples antenas de diferentes tipos sintonizadas en el mismo canal. Cada antena transmite una señal con diferentes características espaciales. Así, la tecnología MIMO utiliza el espectro de ondas de radio de manera más eficiente y sin comprometer la confiabilidad. Cada receptor de Wi-Fi "escucha" todas las señales de cada transmisor de Wi-Fi, lo que permite diversificar las rutas de transmisión de datos. De esta manera, se pueden recombinar múltiples rutas, lo que da como resultado la amplificación de las señales deseadas en las redes inalámbricas.

Otra ventaja de la tecnología MIMO es que proporciona multiplexación por división espacial (SDM). SDM multiplexa espacialmente múltiples flujos de datos independientes simultáneamente (principalmente canales virtuales) dentro de un ancho de banda espectral de un solo canal. Básicamente, varias antenas transmiten diferentes flujos de datos con codificación de señal individual (flujos espaciales). Estas corrientes, que se mueven en paralelo por el aire, "empujan" más datos a lo largo de un canal determinado. En el receptor, cada antena ve una combinación diferente de flujos de señales y el receptor "demultiplexa" estos flujos para utilizarlos. MIMO SDM puede aumentar significativamente el rendimiento de datos si aumenta la cantidad de flujos de datos espaciales. Cada flujo espacial requiere sus propios pares de antenas de transmisión/recepción (TX/RX) en cada extremo de transmisión. El funcionamiento del sistema se muestra en la Fig. 1.

También es necesario comprender que la tecnología MIMO requiere un circuito de RF independiente y un convertidor de analógico a digital (ADC) para cada antena. Las implementaciones que requieren más de dos antenas en una cadena deben diseñarse cuidadosamente para evitar costos crecientes y al mismo tiempo mantener un nivel adecuado de eficiencia.

Una herramienta importante para aumentar la velocidad física de transmisión de datos en redes inalámbricas es ampliar el ancho de banda de los canales espectrales. Al utilizar un ancho de banda de canal más amplio con multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM), la transmisión de datos se lleva a cabo con el máximo rendimiento. OFDM es una modulación digital que ha demostrado su eficacia como herramienta para implementar la transmisión de datos inalámbrica bidireccional de alta velocidad en redes WiMAX / WiFi. El método de expansión de la capacidad del canal es rentable y bastante fácil de implementar con aumentos moderados en el procesamiento de señales digitales (DSP). Cuando se implementa correctamente, es posible duplicar el ancho de banda de Wi-Fi 802.11 de un canal de 20 MHz a un canal de 40 MHz, y puede proporcionar más del doble del ancho de banda de los canales actualmente en uso. Al combinar la arquitectura MIMO con un mayor ancho de banda de canal, el resultado es un enfoque muy potente y rentable para aumentar las velocidades de transmisión física.

La tecnología MIMO con canales de 20 MHz es costosa para cumplir con los requisitos WiFi IEEE 802.11n (rendimiento de 100 Mbps en MAC SAP). Además, para cumplir con estos requisitos cuando se utiliza un canal de 20 MHz, necesitará al menos tres antenas, tanto en el transmisor como en el receptor. Pero al mismo tiempo, el funcionamiento en un canal de 20 MHz garantiza un funcionamiento fiable con aplicaciones que requieren un alto rendimiento en un entorno de usuario real.

El uso combinado de MIMO y tecnologías de expansión de canales cumple con todos los requisitos del usuario y es un tándem bastante confiable. Esto también es cierto cuando se utilizan simultáneamente varias aplicaciones de red que consumen muchos recursos. La combinación de MIMO y la extensión de canal de 40 MHz le permitirá cumplir con requisitos más complejos, como la Ley de Moore y la implementación CMOS de tecnología DSP avanzada.

Al utilizar un canal extendido de 40 MHz en la banda de 2,4 GHz, inicialmente surgieron dificultades con la compatibilidad con equipos basados ​​​​en los estándares WiFi 802.11a / b / g, así como con equipos que utilizan tecnología Bluetooth para la transmisión de datos.

Para solucionar este problema, el estándar Wi-Fi 802.11n ofrece varias soluciones. Uno de esos mecanismos diseñado específicamente para proteger las redes es el llamado modo redundante de bajo rendimiento (no HT). Antes de utilizar el protocolo de datos WiFi 802.11n, este mecanismo envía un paquete a cada mitad del canal de 40 MHz para anunciar el vector de distribución de red (NAV). Siguiendo el modo de mensaje NAV redundante no HT, el protocolo de transferencia de datos 802.11n se puede utilizar durante el tiempo indicado en el mensaje, sin violar el legado (integridad) de la red.

Otro mecanismo es una especie de señalización que impide que las redes inalámbricas extiendan el canal más allá de los 40 MHz. Por ejemplo, una computadora portátil tiene instalados módulos 802.11n y Bluetooth; este mecanismo conoce la posibilidad de posibles interferencias cuando estos dos módulos funcionan simultáneamente y desactiva la transmisión a través del canal de 40 MHz de uno de los módulos.

Estos mecanismos garantizan que WiFi 802.11n funcionará con redes 802.11 más antiguas sin la necesidad de migrar toda la red a equipos 802.11n.

Puedes ver un ejemplo del uso del sistema MIMO en la Fig. 2.

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