Метод просторового кодування сигналу mimo дозволяє. Технологія передачі даних MIMO у бездротових мережах WIFI. MU-MIMO найкраще підходить для нерухомих Wi-Fi-пристроїв

27.08.2015

Напевно, багато хто вже чув про технологію MIMO, Останніми роками її часто рясніють рекламні проспекти і плакати, особливо у комп'ютерних магазинах і журналах. Але що ж таке MIMO (МІМО) і з чим її їдять? Давайте розберемося докладніше.

Технологія MIMO

MIMO (Multiple Input Multiple Output; множинні входи, множинні виходи) - метод просторового кодування сигналу, що дозволяє збільшити смугу пропускання каналу, при якому для передачі даних використовуються дві і більше антени і така кількість антен для прийому. Передавальні та приймальні антени рознесені настільки, щоб досягти мінімального взаємного впливу між собою на сусідні антени. Технологія MIMO використовується у бездротових зв'язках Wi-Fi, WiMAX, LTE для збільшення пропускної спроможності та більш ефективного використання частотної смуги. Фактично MIMO дозволяє одному частотному діапазоні і заданому частотному коридорі передавати більше даних, тобто. збільшити швидкість. Досягається це рахунок використання кількох передавальних і приймаючих антен.

Історія MIMO

Технологію MIMO можна віднести до досить молодих розробок. Її історія починається 1984 року, коли було зареєстровано перший патент використання цієї технології. Початкові розробки та дослідження проходили у компанії Bell Laboratories, а 1996 року компанія Airgo Networksбув випущений перший MIMO-чіпсет під назвою True MIMO. Найбільшого розвитку технологія MIMO отримала на початку XXI століття, коли бурхливими темпами почали розвиватися бездротові мережі Wi-Fi та стільникові мережі 3G. А зараз технологія MIMO використовується в мережах 4G LTE і Wi-Fi 802.11b/g/ac.

Що надає технологія MIMO?

Для кінцевого користувача MIMO дає значний приріст швидкості передачі даних. Залежно від конфігурації обладнання та кількості використовуваних антен можна отримати двократний, трикратний і до восьмикратного збільшення швидкості. Зазвичай у бездротових мережах використовується однакова кількість передавальних та приймаючих антен, і записується це як, наприклад, 2х2 або 3х3. Тобто. якщо бачимо запис MIMO 2x2, то дві антени передають сигнал і дві приймають. Наприклад, у стандарті Wi-Fi один канал шириною 20 МГц дає пропускну здатність 866 Мбіт/с, тоді як у конфігурації MIMO 8x8 поєднуються 8 каналів, що дає максимальну швидкість близько 7 Гбіт/с. Аналогічно і в LTE MIMO – потенційне зростання швидкості у кілька разів. Для повноцінного використання MIMO у мережах LTE необхідні , т.к. як правило, вбудовані антени недостатньо рознесені і дають малий ефект. І звичайно, має бути підтримка MIMO з боку базової станції.

LTE-антена з підтримкою MIMO передає та приймає сигнал у горизонтальній та вертикальній площинах. Це називається поляризація. Відмінною особливістю MIMO-антен є наявність двох антених роз'ємів, і відповідно використання двох проводів для підключення до модему/роутеру.

Незважаючи на те, що багато хто говорить, і не безпідставно, що MIMO-антена для мереж 4G LTE фактично є дві антени в одній, не варто думати, що при використанні такої антени буде двократне зростання швидкості. Таким він може бути тільки теоретично, а на практиці різниця між звичайною і MIMO-антеною в мережі 4G LTE не перевищує 20-25%. Однак, важливішим у цьому випадку буде стабільний сигнал, який може забезпечити MIMO-антена.

April 9th, 2014

Свого часу якось тихо і непомітно пішло ІЧ-з'єднання, потім перестали користуватися Bluetooth для обміну даними. І тепер ось настала черга Wi-Fi...

Розроблена розрахована на багато користувачів система з безліччю входів і виходів, що дозволяє мережі обмінюватися даними з більш ніж одним комп'ютером одночасно. Творці стверджують, що при використанні того самого діапазону радіохвиль, відведеного під Wi-Fi, швидкість обміну може бути потроєна.

Компанія Qualcomm Atheros розробила розраховану на багато користувачів систему з безліччю входів і виходів (протокол MU-MIMO), що дозволяє мережі обмінюватися даними з більш ніж одним комп'ютером одночасно. Компанія планує розпочати демонстрацію технології протягом найближчих кількох місяців, перш ніж розпочати постачання клієнтам на початку наступного року.

Однак, щоб отримати цю високу швидкість обміну, користувачам доведеться оновити і свої комп'ютери та маршрутизатори.

За протоколом Wi-Fi, клієнти обслуговуються послідовно - протягом певного інтервалу часу задіюється лише один пристрій передачі та прийому інформації - так що використовується лише невелика частина пропускної спроможності мережі.

Накопичення цих послідовних подій створює падіння швидкості обміну, оскільки все більше пристроїв підключаються до мережі.

Протокол MU-MIMO (multi-user, multiple input, multiple output) забезпечує одночасну передачу інформації групі клієнтів, що дає ефективніше використання наявної пропускної спроможності мережі Wi-Fi і цим прискорює передачу.

Qualcomm вважає, що такі можливості будуть особливо корисні конференц-центрам та інтернет-кафе, коли кілька користувачів підключаються до однієї мережі.

У компанії також вважають, що йдеться не тільки про збільшення абсолютної швидкості, але і про більш ефективне використання мережі та ефірного часу для підтримки зростаючої кількості підключених пристроїв, послуг та додатків.

Чіпи MU-Mimo Qualcomm збираються продавати виробникам маршрутизаторів, точок доступу, смартфонів, планшетів та інших пристроїв з підтримкою Wi-Fi. Перші чіпи зможуть працювати одночасно із чотирма потоками даних; Підтримка технології буде включена в чіпи Atheros 802.11ac та мобільні процесори Snapdragon 805 та 801. Демонстрація роботи технології відбудеться цього року, і перші поставки чіпів заплановані на 1-й квартал наступного року.

Ну а тепер комусь хочеться докладніше вникнути в цю технологію.

MIMO(Multiple Input Multiple Output – множинний вхід множинний вихід) – це технологія, що використовується в бездротових системах зв'язку (WIFI, WI-MAX, стільникові мережі зв'язку), що дозволяє значно покращити спектральну ефективність системи, максимальну швидкість передачі даних та ємність мережі. Головним способом досягнення зазначених вище переваг є передача даних від джерела до одержувача через кілька радіо з'єднань, звідки ця технологія отримала свою назву. Розглянемо передісторію цього питання, і визначимо основні причини, що послужили поширенню технології MIMO.

Необхідність у високошвидкісних з'єднаннях, що надають високі показники якості обслуговування (QoS) з високою стійкістю до відмови зростає від року в рік. Цьому значною мірою сприяє поява таких сервісів як VoIP (Voice over Internet Protocol), відеоконференції, VoD (Video on Demand) та ін. Однак більшість бездротових технологій не дозволяють надати абонентам високу якість обслуговування на краю зони покриття. У стільникових та інших бездротових системах зв'язку якість з'єднання, як і доступна швидкість передачі даних стрімко падає з віддаленням від базової станції (BTS). Разом з цим падає і якість послуг, що в результаті призводить до неможливості надання послуг реального часу з високою якістю по всій території радіо покриття мережі. Для вирішення цієї проблеми можна спробувати максимально щільно встановити базові станції та організувати внутрішнє покриття у всіх місцях із низьким рівнем сигналу. Однак це вимагатиме значних фінансових витрат, що в кінцевому рахунку призведе до зростання вартості послуги та зниження конкурентоспроможності. Таким чином, для вирішення цієї проблеми потрібне оригінальне нововведення, що використовує, по можливості, поточний частотний діапазон і не потребує будівництва нових об'єктів мережі.

Особливості поширення радіохвиль

Щоб зрозуміти принципи дії технології MIMO необхідно розглянути загальні принципи поширення радіохвиль у просторі. Хвилі, що випромінюються різними системами бездротового радіозв'язку в діапазоні понад 100 МГц, багато в чому поводяться як світлові промені. Коли радіохвилі при поширенні зустрічають будь-яку поверхню, то залежно від матеріалу та розміру перешкоди частина енергії поглинається, частина проходить наскрізь, а решта – відбивається. На співвідношення часток поглиненої, відбитої і що пройшла наскрізь елементів енергій впливає безліч зовнішніх чинників, зокрема і частота сигналу. Причому відбита і минула наскрізь енергії сигналу можуть змінити напрямок подальшого поширення, а сам сигнал розбивається кілька хвиль.

Сигнал, що розповсюджується за вищевказаними законами, від джерела до одержувача після зустрічі з численними перешкодами розбивається на безліч хвиль, лише частина з яких досягне приймач. Кожна з хвиль, що дійшли до приймача, утворює так званий шлях поширення сигналу. Причому через те, що різні хвилі відбиваються від різної кількості перешкод і проходять різну відстань, різні шляхи мають різні часові затримки.

В умовах щільної міської споруди, через велику кількість перешкод, таких як будівлі, дерева, автомобілі та ін., дуже часто виникає ситуація, коли між абонентським обладнанням (MS) та антенами базової станції (BTS) відсутня пряма видимість. У цьому випадку єдиним варіантом досягнення сигналу приймача є відбиті хвилі. Однак, як зазначалося вище, багаторазово відбитий сигнал вже не має вихідної енергії і може прийти із запізненням. Особливу складність створює той факт, що об'єкти не завжди залишаються нерухомими і обстановка може значно змінитися з часом. У зв'язку з цим виникає проблема багатопроменевого поширення сигналу - одна з найістотніших проблем у бездротових системах зв'язку.

Багатопроменеве поширення – проблема чи перевага?

Для боротьби з багатопроменевим поширенням сигналів застосовується кілька різних рішень. Однією з найпоширеніших технологій є Receive Diversity – рознесений прийом. Суть його полягає в тому, що для прийому сигналу використовується не одна, а відразу кілька антен (зазвичай дві, рідше чотири), розташовані на відстані одна від одної. Таким чином, одержувач має не одну, а одразу дві копії переданого сигналу, що прийшов різними шляхами. Це дозволяє зібрати більше енергії вихідного сигналу, т.к. хвилі, прийняті однією антеною, можуть бути прийнятими інший і навпаки. Також сигнали, що надходять в протифазі до однієї антени, можуть приходити до іншої синфазно. Цю схему організації радіо інтерфейсу можна назвати Single Input Multiple Output (SIMO), на противагу стандартній схемі Single Input Single Output (SISO). Також може бути застосований зворотний підхід: коли використовується кілька антен на передачу та одна на прийом. Завдяки цьому також збільшується загальна енергія вихідного сигналу отримана приймачем. Ця схема називається Multiple Input Single Output (MISO). У обох схемах (SIMO і MISO) кілька антен встановлюються за базової станції, т.к. Реалізувати рознесення антен у мобільному пристрої на досить велику відстань складно без збільшення габаритів кінцевого обладнання.

Внаслідок подальших міркувань ми приходимо до схеми Multiple Input Multiple Output (MIMO). У цьому випадку встановлюються кілька антен на передачу та прийом. Однак, на відміну від зазначених вище схем, ця схема рознесення дозволяє не тільки боротися з багатопроменевим поширенням сигналу, але й отримати деякі додаткові переваги. За рахунок використання кількох антен на передачі та прийомі кожної пари передавальної/приймальної антени можна зіставити окремий тракт передачі інформації. При цьому рознесений прийом буде виконуватися антени, що залишилися, а дана антена також буде виконувати функції додаткової антени для інших трактів передачі. В результаті, теоретично, можна збільшити швидкість передачі даних у стільки разів, скільки додаткових антен буде використовуватись. Проте суттєве обмеження накладається якістю кожного радіотракту.

Принцип роботи MIMO

Як зазначалося вище, організації технології MIMO необхідна установка кількох антен на передавальної і приймальній стороні. Зазвичай встановлюється рівне число антен на вході та виході системи, т.к. у цьому випадку досягається максимальна швидкість передачі даних. Щоб показати число антен на прийомі та передачі разом із назвою технології «MIMO» зазвичай згадується позначення «AxB», де A – число антен на вході системи, а B – на виході. Під системою у разі розуміється радіо з'єднання.

Для роботи технології MIMO необхідні деякі зміни у структурі передавача порівняно із звичайними системами. Розглянемо лише одне із можливих, найпростіших, способів організації технології MIMO. У першу чергу, на передавальній стороні необхідний дільник потоків, який розділятиме дані, призначені для передачі на кілька низькошвидкісних підтоків, число яких залежить від кількості антен. Наприклад, для MIMO 4х4 і швидкості надходження вхідних даних 200 Мбіт/сек дільник буде створювати 4 потоки по 50 Мбіт/сек кожен. Далі кожен з цих потоків повинен бути переданий через свою антену. Зазвичай, антени на передачі встановлюються з деяким просторовим рознесенням, щоб забезпечити якомога більше побічних сигналів, що виникають у результаті перевідбиття. В одному з можливих способів організації технології MIMO сигнал передається від кожної антени з різною поляризацією, що дозволяє його ідентифікувати при прийомі. Однак у найпростішому випадку кожен із сигналів, що передаються, виявляється промаркованим самим середовищем передачі (затримкою в часі, згасанням та іншими спотвореннями).

На приймальній стороні кілька антен приймають сигнал із радіоефіру. Причому антени на приймальній стороні також встановлюються з деяким просторовим рознесенням, за рахунок чого забезпечується рознесений прийом, який раніше обговорювався. Прийняті сигнали надходять на приймачі, число яких відповідає числу антен та трактів передачі. Причому кожен із приймачів надходять сигнали від усіх антен системи. Кожен із таких суматорів виділяє із загального потоку енергію сигналу лише тракту, який він відповідає. Робить він це або за будь-яким заздалегідь передбаченим ознакою, яким був забезпечений кожен із сигналів, або завдяки аналізу затримки, згасання, зсуву фази, тобто. набору спотворень або "відбитку" середовища розповсюдження. Залежно від принципу роботи системи (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC) і т.д.), сигнал може повторюватися через певний час, або передаватися з невеликою затримкою через інші антени.

У системі з технологією MIMO може виникнути незвичайне явище, яке полягає в тому, що швидкість передачі даних в системі MIMO може знизитися у разі прямої видимості між джерелом і приймачем сигналу. Це обумовлено насамперед зменшенням виразності спотворень навколишнього простору, що маркує кожен із сигналів. В результаті на приймальній стороні стає проблематичним розділити сигнали, і вони починають впливати один на одного. Таким чином, що вища якість радіо з'єднання, то менше переваг можна отримати від MIMO.

Multi-user MIMO (MU-MIMO)

Розглянутий вище принцип організації радіозв'язку відноситься до так званої Single user MIMO (SU-MIMO), де існує лише один передавач та приймач інформації. У цьому випадку передавач і приймач можуть чітко узгодити свої дії, і водночас немає фактора несподіванки, коли в ефірі можуть з'явитися нові користувачі. Така схема цілком підходить для невеликих систем, наприклад для організації зв'язку в офісному будинку між двома пристроями. У свою чергу більшість систем, такі як WI-FI, WIMAX, стільникові системи зв'язку є розрахованими на багато користувачів, тобто. у них існує єдиний центр та кілька віддалених об'єктів, з кожним з яких необхідно організувати радіоз'єднання. Таким чином, виникають дві проблеми: з одного боку базова станція повинна передати сигнал до багатьох абонентів через ту саму антенну систему (MIMO broadcast), і в той же час прийняти сигнал через ті ж антени від декількох абонентів (MIMO MAC – Multiple Access Channels).

У напрямку uplink – від MS до BTS, користувачі передає свою інформацію одночасно на одній частоті. У разі для базової станції виникає складність: необхідно розділити сигнали від різних абонентів. Одним з можливих способів боротьби з цією проблемою також є спосіб лінійної обробки (linear processing), який передбачає попереднє кодування сигналу, що передається. Вихідний сигнал, згідно з цим способом, перемножується з матрицею, що складається з коефіцієнтів, що відображають інтерференційну дію від інших абонентів. Матриця складається з поточної обстановки в радіоефірі: числа абонентів, швидкостей передачі тощо. Таким чином, перед передачею сигнал піддається спотворенню зворотному з тим, що він зустріне під час передачі радіоефірі.

У downlink – напрямок від BTS до MS, базова станція передає сигнали одночасно на тому самому каналі відразу до кількох абонентів. Це призводить до того, що сигнал, що передається одного абонента, впливає прийом всіх інших сигналів, тобто. з'являється інтерференція. Можливими варіантами боротьби з цією проблемою є використання Smart Antena або застосування технології кодування dirty paper («брудний папір»). Розглянемо технологію dirty paper докладніше. Принцип її дії ґрунтується на аналізі поточного стану радіоефіру та кількості активних абонентів. Єдиний (перший) абонент передає дані до базової станції без кодування, зміни своїх даних, т.к. інтерференції з інших абонентів немає. Другий абонент кодуватиме, тобто. змінювати енергію свого сигналу так щоб не завадити першому і не піддати свій сигнал впливу від першого. Наступні абоненти, що додаються в систему, також будуть дотримуватися цього принципу, і спиратися на кількість активних абонентів і ефект, що надаються сигналами.

Застосування MIMO

Технологія MIMO в останнє десятиліття є одним із найактуальніших способів збільшення пропускної спроможності та ємності бездротових систем зв'язку. Розглянемо деякі приклади використання MIMO у різних системах зв'язку.

Стандарт WiFi 802.11n – один із найяскравіших прикладів використання технології MIMO. Відповідно до нього він дозволяє підтримувати швидкість до 300 Мбіт/сек. Причому попередній стандарт 802.11g дозволяв надавати лише 50 Мбіт/с. Окрім збільшення швидкості передачі даних, новий стандарт завдяки MIMO також дозволяє забезпечити найкращі характеристики якості обслуговування у місцях із низьким рівнем сигналу. 802.11n використовується не тільки в системах точка/многоточка (Point/Multipoint) - найбільш звичною ніші використання технології WiFi для організації LAN (Local Area Network), але і для організації з'єднань типу точка/точка які використовуються для організації магістральних каналів зв'язку зі швидкістю кілька сотень Мбіт/сек та дозволяють передавати дані на десятки кілометрів (до 50 км).

Стандарт WiMAX також має два релізи, які відкривають нові можливості перед користувачами за допомогою технології MIMO. Перший – 802.16e – надає послуги мобільного широкосмугового доступу. Він дозволяє передавати інформацію зі швидкістю до 40 Мбіт/сек у напрямку від базової станції до абонентського обладнання. Однак MIMO в 802.16e розглядається як опція та використовується у найпростішій конфігурації – 2х2. У наступному релізі 802.16m MIMO розглядається як обов'язкова технологія з можливою конфігурацією 4х4. У разі WiMAX вже можна зарахувати до стільниковим системам зв'язку, саме четвертому їх поколінню (з допомогою високої швидкості передачі), т.к. має ряд властивих стільникових мереж ознак: роумінг, хендовер, голосові з'єднання. У разі мобільного використання теоретично може бути досягнута швидкість 100 Мбіт/сек. У фіксованому виконанні швидкість може досягати 1 Гбіт/сек.

Найбільший інтерес має використання технології MIMO в системах стільникового зв'язку. Ця технологія знаходить своє застосування, починаючи з третього покоління систем стільникового зв'язку. Наприклад, у стандарті UMTS, в Rel. 6 вона використовується спільно з технологією HSPA з підтримкою швидкостей до 20 Мбіт/сек, а Rel. 7 – з HSPA+, де швидкості передачі досягають 40 Мбіт/сек. Однак у системах 3G MIMO так і не знайшла широкого застосування.

Системи, а саме LTE, також передбачають використання MIMO у конфігурації до 8х8. Це теоретично може дати можливість передавати дані від базової станції до абонента понад 300 Мбіт/сек. Також важливим позитивним моментом є стійка якість з'єднання навіть на краю стільника. При цьому навіть на значній відстані від базової станції або при знаходженні в глухому приміщенні буде спостерігатися лише незначне зниження швидкості передачі даних.

Таким чином, технологія MIMO знаходить застосування практично у всіх системах бездротової передачі. Причому потенціал її не вичерпано. Вже зараз розробляються нові варіанти конфігурації антен, аж до 64х64 MIMO. Це в майбутньому дозволить досягти ще більших швидкостей передачі даних, ємності мережі та спектральної ефективності.

MIMO (Multiple Input Multiple Output, багатоканальний вхід – багатоканальний вихід) – метод скоординованого використання кількох радіоантен у бездротових мережевих комунікаціях, поширений у сучасних домашніх широкосмугових маршрутизаторах та в мережах стільникового зв'язку LTE та WiMAX.

Як це працює?

Маршрутизатори Wi-Fi з MIMO-технологією використовують самі мережеві протоколи, як і звичайні одноканальні. Вони забезпечують більш високу продуктивність за рахунок підвищення ефективності передачі та прийому даних по лінії бездротового зв'язку. Зокрема, мережевий трафік між клієнтами та маршрутизатором організується в окремі потоки, що передаються паралельно, з подальшим їх відновленням приймаючим пристроєм.

Технологія MIMO може збільшити пропускну здатність, діапазон і надійність передачі при високому ризику перешкод іншого бездротового обладнання.

Застосування у мережах Wi-Fi

Технологія MIMO включена до стандарту з версії 802.11n. Її використання підвищує продуктивність та доступність мережевих з'єднань у порівнянні зі звичайними маршрутизаторами.

Кількість антен може змінюватись. Наприклад, MIMO 2x2 передбачає наявність двох антен і двох передавачів, здатних здійснювати прийом та передачу двома каналами.

Щоб скористатися цією технологією та реалізувати її переваги, клієнтський пристрій та маршрутизатор повинні встановити між собою MIMO-з'єднання. У документації до обладнання, що використовується, має бути зазначено, чи підтримує воно таку можливість. Іншого простого способу перевірити, чи застосовується в мережевому з'єднанні ця технологія, немає.

SU-MIMO та MU-MIMO

Перше покоління технології, представлене в стандарті 802.11n, підтримувало однокористувацький (SU) метод. Порівняно з традиційними рішеннями, коли всі антени маршрутизатора повинні координуватися для зв'язку з одним клієнтським пристроєм, SU-MIMO дозволяє розподіляти кожну їх між різним обладнанням.

Розрахована на багато користувачів (MU) технологія MIMO була створена для використання в мережах Wi-Fi 802.11ac на частоті 5 ГГц. Якщо попередній стандарт вимагав, щоб маршрутизатори керували своїми підключеннями по черзі (по одному за раз), антени MU-MIMO можуть забезпечувати зв'язок з декількома клієнтами паралельно. покращує продуктивність з'єднань. Однак навіть якщо маршрутизатор 802.11ac має необхідну апаратну підтримку технології MIMO, є інші обмеження:

підтримується обмежена кількість одночасних клієнтських підключень (2-4) залежно від конфігурації антени;
координація антен забезпечується лише одному напрямку - від маршрутизатора до клієнта.

MIMO та стільниковий зв'язок

Технологія використовується у різних типах бездротових мереж. Вона все частіше знаходить застосування в стільниковому зв'язку (4G і 5G) у кількох формах:

Network MIMO – координована передача сигналу між базовими станціями;
Massive MIMO - використання великої кількості (сотень) антен;
міліметрові хвилі - задіяння надвисокочастотних смуг, у яких пропускна здатність більша, ніж у діапазонах, ліцензованих для 3G та 4G.

Розрахована на багато користувачів технологія

Щоб зрозуміти, як працює MU-MIMO, слід розглянути, як обробляє пакети даних традиційний бездротовий маршрутизатор. Він добре справляється з відправкою та прийомом даних, але лише в одному напрямку. Іншими словами, він може підтримувати комунікацію лише з одним пристроєм одночасно. Наприклад, якщо завантажується відео, то не можна одночасно транслювати на консоль онлайн-відеогру.

Користувач може запускати кілька пристроїв у мережі Wi-Fi, і маршрутизатор швидко по черзі переправляє до них біти даних. Однак в той же час він може звертатися тільки до одного пристрою, що є основною причиною зниження якості з'єднання, якщо пропускна здатність Wi-Fi є надто низькою.

Оскільки це працює, то увагу себе звертає мало. Тим не менш, ефективність роботи маршрутизатора, який передає дані на кілька пристроїв одночасно, можна підвищити. При цьому він швидше працюватиме і забезпечить більш цікаві мережеві конфігурації. Ось чому з'явилися розробки, подібні до MU-MIMO, які в кінцевому підсумку були включені в сучасні стандарти бездротового зв'язку. Ці розробки дозволяють передовим маршрутизаторам взаємодіяти з кількома пристроями.

Коротка історія: SU проти MU

Одно- і розраховані на багато користувачів MIMO являють собою різні способи комунікації маршрутизаторів з декількома пристроями. Перший із них старший. Стандарт SU дозволяв відправлення та отримання даних відразу за декількома потоками залежно від наявної кількості антен, кожна з яких могла працювати з різними пристроями. SU був включений в оновлення 802.11n 2007 року і почав поступово впроваджуватись у нові лінійки продуктів.

Однак у SU-MIMO були обмеження на додаток до вимог антени. Хоча може бути підключено кілька пристроїв, вони, як і раніше, мають справу з маршрутизатором, який може працювати тільки з одним за раз. Швидкість передачі збільшилася, перешкоди стали меншою проблемою, але можливостей поліпшення залишилося багато.

MU-MIMO є стандартом, який розвинувся з SU-MIMO та SDMA (множинного доступу з просторовим поділом каналів). Технологія дозволяє базовій станції взаємодіяти з декількома пристроями, використовуючи окремий потік для кожного з них, начебто вони мають свій власний маршрутизатор.

Зрештою, підтримка MU була додана в оновлення стандарту 802.11ac в 2013 р. Після декількох років розробок виробники почали включати цю функцію в свої продукти.

Переваги MU-MIMO

Це захоплююча технологія, оскільки вона помітно впливає на повсякденне використання Wi-Fi без прямої зміни пропускної здатності або інших ключових параметрів бездротового з'єднання. Мережі стають набагато ефективнішими.

Для забезпечення стабільного з'єднання з ноутбуком, телефоном, планшетом або комп'ютером стандарт не потребує наявності у маршрутизатора кількох антен. Кожен пристрій може не ділитися своїм каналом MIMO з іншими. Це особливо помітно при потоковій передачі відео або інших складних завдань. Швидкість роботи в Інтернеті суб'єктивно підвищується, і з'єднання встановлюється надійніше, хоча насправді стає більш розумною організація мережі. Також підвищується число пристроїв, що одночасно обслуговуються.

Обмеження MU-MIMO

Розрахована на багато користувачів технологія множинного доступу має і ряд обмежень, про які варто згадати. Існуючі стандарти підтримують чотири пристрої, але дозволяють додати більше, і їм доведеться ділитися потоком, що повертає до проблем SU-MIMO. Технологія в основному використовується в низхідних каналах зв'язку та обмежена, коли справа доходить до вихідних. Крім того, маршрутизатор MU-MIMO повинен мати більше інформації про пристрої та стан каналів, ніж вимагали попередні стандарти. Це ускладнює керування та усунення несправностей у бездротових мережах.

MU-MIMO також є спрямованою технологією. Це означає, що 2 пристрої, розташовані поруч, не можуть одночасно використовувати різні канали. Наприклад, якщо чоловік дивиться онлайн-трансляцію по телевізору, а його дружина передає гру PS4 на свою Vita через Remote Play, їм все одно доведеться ділитися пропускною здатністю. Маршрутизатор може надавати дискретні потоки лише пристроям, які розташовані у різних напрямках.

Massive MIMO

У міру просування у бік бездротових мереж п'ятого покоління (5G) зростання числа смартфонів та нових застосувань призвело до 100-кратного збільшення їх необхідної пропускної спроможності порівняно з LTE. Нова технологія Massive MIMO, якій в останні роки приділяється багато уваги, має значно збільшити показники ефективності телекомунікаційних мереж до безпрецедентних рівнів. При дефіциті та дорожнечі доступних ресурсів операторів приваблює можливість збільшити пропускну здатність у смугах частот нижче 6 ГГц.

Незважаючи на значний прогрес, Massive MIMO далекий від досконалості. Технологія, як і раніше, активно досліджується як в академічних колах, так і в промисловості, де інженери прагнуть досягти теоретичних результатів за допомогою комерційно прийнятних рішень.

Massive MIMO може допомогти у вирішенні двох ключових проблем - пропускної спроможності та охоплення. Для операторів мобільного зв'язку частотний діапазон залишається дефіцитним і дорогим ресурсом, але є ключовою умовою для підвищення швидкості передачі сигналу. У містах інтервал між базовими станціями обумовлений пропускною спроможністю, а не охопленням, що вимагає розгортання великої їх кількості та призводить до додаткових витрат. Massive MIMO дозволяє збільшити ємність мережі, що вже існує. У областях, де розгортання базових станцій обумовлено охопленням, технологія дозволяє збільшити радіус їхньої дії.

Концепція

Massive MIMO кардинально змінює поточну практику, використовуючи дуже велику кількість сервісних антен 4G (сотні або тисячі), що когерентно і адаптивно працюють. Це допомагає фокусувати передачу і прийом енергії сигналу в менших областях простору, значно покращуючи продуктивність та енергоефективність, особливо у поєднанні з одночасним плануванням великої кількості терміналів користувача (десятків або сотень). Метод спочатку передбачався для дуплексної передачі з тимчасовим розподілом (TDD), але потенційно може застосовуватися також у режимі дуплексного (PDD) частотного розподілу.

Технологія MIMO: переваги та недоліки

Перевагами методу є широке використання недорогих малопотужних компонентів, зниження латентності, спрощення рівня управління доступом (MAC), стійкість до випадкових та навмисних перешкод. Очікувана пропускна здатність залежить від середовища поширення, що забезпечує асимптотично ортогональні канали до терміналів, і експерименти досі не виявили жодних обмежень щодо цього.

Проте разом із усуненням багатьох проблем з'являються нові, які потребують негайного вирішення. Наприклад, у системах MIMO необхідно забезпечити ефективну спільну роботу безлічі недорогих компонентів малої точності, збирати дані про стан каналу та розподіляти ресурси для новоприєднаних терміналів. Також потрібно використовувати додаткові ступені свободи, що забезпечуються надлишком сервісних антен, знизити внутрішнє енергоспоживання для досягнення загальної енергоефективності та знайти нові сценарії розгортання.

Зростання кількості 4G-антен, що беруть участь у реалізації MIMO, зазвичай вимагає відвідування кожної базової станції для зміни конфігурації та проводки. Початкове розгортання мереж LTE вимагало встановлення нового обладнання. Це дозволило зробити конфігурацію MIMO 2x2 вихідного стандарту LTE. Подальші зміни базових станцій виробляються лише в крайніх випадках, а реалізації вищого порядку залежать від операційного середовища. Ще одна проблема полягає в тому, що операція MIMO призводить до зовсім іншої поведінки в мережі, ніж попередні системи, що створює певну невизначеність планування. Тому оператори схильні спочатку використовувати інші розробки, особливо якщо вони можуть бути розгорнуті шляхом оновлення програмного забезпечення.

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

Давайте розберемося як це працює!

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

3. Технологія Beamforming допомагає надсилати сигнали

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

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

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

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

5. Від користувальницьких пристроїв не вимагається наявність кількох антен

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

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

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

6. Точки доступу виконують «важку» обробку

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

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

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

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

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

Малюнок 2.

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

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

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

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

10. MU-MIMO допомагає збільшити пропускну спроможність бездротової мережі

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

11. Підтримується будь-яка ширина каналу

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

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

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

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

12. Обробка сигналів підвищує безпеку

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

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

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

Підписка на новини

Ми з вами живемо в епоху цифрової революції, шанований анонім. Не встигли ми звикнути до якоїсь нової технології, нам уже з усіх боків пропонують ще більш нову та просунуту. І поки ми нудимось роздумами, чи дійсно ця технологія реально допоможе нам отримати швидший інтернет або нас просто в черговий раз розводять на гроші, конструктори в цей час розробляють ще нову технологію, яку нам запропонують натомість поточної вже буквально через 2 роки. Це стосується й технології MIMO антен.

Що ж це за технологія – MIMO? Multiple Input Multiple Output – множинний вхід множинний вихід. Насамперед, технологія MIMO є комплексним рішенням і стосується не лише антен. Для кращого розуміння цього факту варто зробити невеликий екскурс в історію розвитку мобільного зв'язку. Перед розробниками стоїть завдання передати більший обсяг інформації на одиницю часу, тобто. збільшити швидкість. За аналогією з водопроводом – доставити користувачеві більший обсяг води в одиницю часу. Ми можемо зробити це, збільшивши "діаметр труби", або, за аналогією, - розширивши смугу частот зв'язку. Спочатку стандарт GSM був заточений під голосовий трафік і мав ширину каналу 0.2 МГц. Це було цілком достатньо. Крім того є проблема забезпечення розрахованого на багато користувачів доступу. Її можна вирішити розділивши абонентів за частотою (FDMA) або за часом (TDMA). У GSM застосовуються обидва способи одночасно. У результаті ми маємо баланс між максимально можливою кількістю абонентів у мережі та мінімально можливою смугою для голосового трафіку. З розвитком мобільного інтернету ця мінімальна смуга стала смугою перешкод для збільшення швидкості. Дві технології засновані на платформі GSM – GPRS та EDGE досягли граничної швидкості 384 кБіт/с. Для подальшого збільшення швидкості необхідно було розширити смугу для інтернет-трафіку одночасно по можливості використовуючи інфраструктуру GSM. В результаті було розроблено стандарт UMTS. Основною відмінністю тут є розширення смуги відразу до 5 МГц, а для забезпечення розрахованого на багато користувачів доступу - застосування технології кодового доступу CDMA, при якому кілька абонентів одночасно працюють в одному частотному каналі. Таку технологію назвали W-CDMA, підкреслюючи цим, що вона працює у широкій смузі. Ця система була названа системою третього покоління – 3G, але при цьому вона є надбудовою над GSM. Отже, ми отримали широку "трубу" 5МГц, що дозволило спочатку збільшити швидкість до 2 Мбіт/с.

Як ще можна збільшити швидкість, якщо ми не маємо можливості далі збільшувати "діаметр труби"? Ми можемо розпаралелити потік на кілька частин, пустити кожну частину по окремій невеликій трубі, а потім скласти ці окремі потоки на приймальній стороні в один широкий потік. Крім того, швидкість залежить від ймовірності помилок у каналі. Зменшуючи цю ймовірність шляхом надмірного кодування, що запобігає корекції помилок, застосування досконаліших способів модуляції радіосигналу, ми також можемо збільшити швидкість. Всі ці напрацювання (спільно з розширенням "труби" шляхом збільшення числа несучих на канал) послідовно застосовувалися у подальшому вдосконаленні стандарту UMTS та отримали найменування HSPA. Це не заміна W-CDMA, а soft+hard upgrade цієї основної платформи.

Розробкою стандартів 3G займається міжнародний консорціум 3GPP. У таблиці зведено деякі особливості різних релізів цього стандарту:

3G HSPA швидкість & головні технологічні особливості
3GPP реліз	Технології	Швидкість Downlink (MBPS)	Швидкість Uplink (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, 2x5 MHz uplink	84	23
Rel 10	MC-HSPA+ 4x5 MHz, 2x2 MIMO downlink, 2x5 MHz uplink	168	23
Rel 11	MC-HSPA+ 8x5 MHz 2x2/4x4 MIMO downlink, 2x5 MHz 2x2 MIMO uplink	336 - 672	70

Технологія 4G LTE, крім зворотної сумісності з 3G мережами, що дозволило їй узяти гору над WiMAX, здатна в перспективі розвинути ще більші швидкості, до 1Гбіт/с і вище. Тут застосовуються ще більш просунуті технології перенесення цифрового потоку радіоінтерфейс, наприклад OFDM модуляція, яка дуже добре інтегрується з MIMO технологією.

Отже, що таке MIMO? Розпаралелів потік на кілька каналів можна пустити їх різними шляхами через кілька антен "по повітрю", і прийняти їх такими ж незалежними антенами на приймальній стороні. Таким чином ми отримуємо кілька незалежних "труб" за радіоінтерфейсом не розширюючи смуги. Це основна ідея MIMO. При поширенні радіохвиль у радіоканалі спостерігаються селективні завмирання. Це особливо помітно за умов щільної міської забудови, якщо абонент перебуває у русі чи краю зони обслуговування стільники. Завмирання у кожній просторовій "трубі" відбуваються не одночасно. Тому якщо ми передамо по двох каналах MIMO ту саму інформацію з невеликою затримкою, попередньо наклавши на неї спеціальний код (метод Аламуоті, накладання коду у вигляді магічного квадрата), ми можемо відновити втрачені символи на приймальній стороні, що еквівалентно покращенню відношення сигнал/ шум до 10-12 дБ. У результаті така технологія знову ж таки призводить до зростання швидкості. По суті, це давно відомий рознесений прийом (Rx Diversity) органічно вбудований в MIMO технологію.

Зрештою, ми повинні розуміти, що MIMO має підтримуватись як на базі, так і у нашого модему. Зазвичай у 4G число каналів MIMO кратно двом - 2, 4, 8 (у Wi-Fi системах набула поширення триканальна система 3x3) і рекомендується, щоб їхнє число збігалося і на базі, і на модемі. Тому для фіксації цього факту MIMO визначають з каналами прийом∗передача - 2x2 MIMO, 4x4 MIMO і т.д. Поки що ми маємо справу переважно з 2x2 MIMO.

Які антени застосовуються у технології MIMO? Це звичайні антени, просто їх має бути дві (для 2x2 MIMO). Для поділу каналів застосовується ортогональна так звана X-поляризація. При цьому поляризація кожної антени щодо вертикалі зсунута на 45 °, а щодо один одного - 90 °. Такий кут поляризації ставить обидва канали в рівні умови, оскільки при горизонтально/вертикальній орієнтації антен один з каналів неминуче отримав би більше загасання через вплив земної поверхні. При цьому 90° зсув поляризації між антенами дозволяє розв'язати канали між собою не менше ніж 18-20 дБ.

Для MIMO нам з вами буде потрібно модем з двома антеними входами та дві антени на даху. Однак залишається відкритим питання, чи підтримується ця технологія на базовій станції. У стандартах 4G LTE та WiMAX така підтримка є як на стороні абонентських пристроїв, так і на базі. У мережі 3G не все так однозначно. У мережі вже працюють тисячі пристроїв, що не підтримують MIMO, для яких використання цієї технології приносить зворотний ефект - пропускна здатність мережі знижується. Тому оператори поки що не поспішають повсюдно впроваджувати MIMO у 3G мережах. Щоб база могла надати абонентам високу швидкість вона повинна мати хороший транспорт, тобто. до неї має бути підведена "товста труба", бажано оптиковолокно, що теж не завжди має місце. Тому в 3G мережах технологія MIMO зараз перебуває на стадії становлення та розвитку, проходить тестування як операторами, так і користувачами, причому останніми не завжди успішно. Тому покладати надії на MIMO антени варто лише у 4G мережах. На краю зони обслуговування стільники можна застосовувати антени з великим посиленням, наприклад дзеркальні , для яких вже є у продажу MIMO опромінювачі

У мережах Wi-Fi технологія MIMO зафіксована у стандартах IEEE 802.11n та IEEE 802.11ac та підтримується вже багатьма пристроями. Поки ми спостерігаємо прихід в мережі 3G-4G технології 2x2 MIMO, розробники не сидять на місці. Вже зараз розробляються технології 64x64 MIMO з розумними антенами, що мають адаптивну діаграму спрямованості. Тобто. якщо ми пересядемо з дивана на крісло або підемо на кухню, наш планшет помітить це та розгорне діаграму спрямованості вбудованої антени у потрібному напрямку. Чи потрібний комусь буде цей сайт на той час?

Категорії

Популярне