Принцип MIMO

Меню

Требования к пропускной способности мобильных сетей очень высоки и, при этом, они постоянно растут. Очевидные варианты увеличения пропускной способности — увеличение ширины канала и
использование модуляций более высокого порядка, не позволяют полностью решить задачу обеспечения высокой пропускной способности. Частотный диапазон все-таки ограничен. А использование
модуляции более высокого порядка подразумевает повышение SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio), что тоже имеет свой предел. Еще одним способом увеличения пропускной способности
беспроводных систем является использование нескольких передающих и приемных антенн (MIMO — Multiple Input Multiple Output) и специальная обработка сигнала в этом случае. Далее
приводится классификация вариантов MIMO и их краткое описание.

Классическая система (SISO — Single Input Single Output)

Для начала рассмотрим варианты MIMO, которые могут быть использованы для передачи данных одному пользователю. Первый классический и самый простой вариант использования одной передающей
и одном приемной антенны изображен на рисунке ниже. Такая система с точки зрения терминологии MIMO называется SISO — Single Input Single Output.

Пропускную способность такой системы можно расчитать, используя формулу Шеннона:

C = B log₂(1 + S/N), где

C — пропускная способность канала; B — ширина канала; S/N — соотношение сигнал/шум.

Разнесенный прием (Rx Diversity, SIMO — Single Input Multiple Output)

Разнесенный прием (Rx Diversity) — это случай использования большего количества антенн на приемной стороне, чем на передающей. С точки зрения MIMO такая система называется
SIMO — Single Input Multiple Output. Простейший случай такой системы, когда передающая антенна одна, а приемных две, представлен на рисунке ниже и называется SIMO 1×2.

Представленный вариант не требует специальной подготовки сигнала при передаче, поэтому его достаточно просто реализовать на практике. При использовании разнесенного приема увеличения
пропускной способности не происходит. Однако, повышается надежность передачи. В случае с изображенной выше системой на приемной стороне будет два сигнала, и существуют разные способы
их обработки. Например, может выбираться сигнал с наилучшим соотношением сигнал/шум. Такой метод называется switched diversity. Или сигналы могут складываться, что позволяет повысить
соотношение сигнал/шум. И такой метод называется MRC — Maximum Ratio Combining.

Разнесенная передача (Tx Diversity, MISO — Multiple Input Single Output)

Разнесенная передача (Tx Diversity) — это случай использования большего количества антенн на передающей стороне, чем на приемной. С точки зрения MIMO такая система называется
MISO — Multiple Input Single Output. Простейший случай такой системы, когда передающих антенн две, а приемная одна, представлен на рисунке ниже и называется MISO 2×1.

Как и SIMO, MISO не позволяет увеличить пропускную способность канала, но повышает надежность передачи. В то же время, использование MISO позволяет перенести необходимую дополнительную
обработку сигнала с приемной стороны (мобильной станции) на передающую (базовую станцию). Для формирования надежного сигнала используется пространственно-временное кодирование. В этом
случае копия сигнала передается не только с другой антенны, но и в другое время. Также может использоваться пространственно-частотное кодирование.

Пространственное уплотнение (Spatial Multiplexing, MIMO — Multiple Input Multiple Output)

Пространственное уплотнение (Spatial Multiplexing) — это случай использования нескольких антенн на передающей стороне и нескольких антенн на приемной. В отличие от предыдущих
вариантов — MISO и SIMO, описанных выше, данный вариант направлен не на повышение надежности передачи, а на увеличение скорости передачи. Поэтому MIMO используется для передачи данных
мобильным станциям, которые находятся в хороших радиоусловиях. В то время, как варианты MISO и SIMO используются для передачи данных мобильным станциям, которые находятся в более
плохих радиоусловиях. Для того, чтобы повысить скорость передачи данных в случае с MIMO входной поток данных разбивают на несколько потоков, каждый из которых независимо передается с
отдельной антенны. На рисунке ниже приводится общая схема системы MIMO с m передающими антеннами и с n приемными антеннами.

Из-за того, что используется общий канал, каждая антенна на приемнике получает сигнал не только предназначенный для нее (сплошные линии на рисунке), но и все сигналы предназначенные
другим антеннам (прерывистые линии на рисунке). Если известна матрица передачи, то влияние сигналов, предназначенных для других антенн, можно вычислить и минимизировать.

Количество независимых потоков данных, которые могут одновременно передаваться, зависит от количества используемых антенн. Если количество передающих и приемных антенн одинаково, то
количество независимых потоков данных равно или меньше количеству антенн. Например, в случае MIMO 4×4 количество независимых потоков данных может быть 4 или меньше. Если же количество
передающих и приемных антенн не одинаково, то количество независимых потоков данных равно минимальному количеству антенн или меньше. Например в случае MIMO 4×2 количество независимых
потоков данных может быть 2 или меньше.

Для вычисления максимальной пропускной способности в случае использования MIMO применяется следующая формула:

C = M B log₂(1 + S/N), где

C — пропускная способность канала; M — количество независимых потоков данных; B — ширина канала; S/N — соотношение сигнал/шум.

В зависимости от количества пользователей, которым одновременно осуществляется передача данных, можно выделить следующие варианты. Single User MIMO (SU-MIMO) — когда технология
MIMO используется для передачи данных одному пользователю, то есть все потоки данных адресованы одному и тому же пользователю. И Multi User MIMO (MU-MIMO) — когда технология
MIMO используется для передачи данных нескольким пользователям одновременно в одних и тех же ресурсных блоках, то есть когда независимые потоки данных адресованы разным пользователям.
Ниже на рисунке приводится пример MU-MIMO для случая с двумя пользователями.

Если вы не нашли интересующую вас информацию по LTE/LTE-A в этой статье, напишите мне об этом письмо на [email protected].
Я постараюсь ее добавить в кратчайшие сроки.

Технология MIMO в сетях WiFi и WiMAX.

Один из подходов к увеличению скорости передачи данных для WiFi стандарта 802.11 и для WiMAX стандарта 802.16 – это использование беспроводных систем с применением нескольких антенн, как для передатчика, так и для приемника. Такой подход называется MIMO (дословный перевод — «множественный вход множественный выход»), или «умная антенная системы» (smart antenna systems). Технология MIMO играет важную роль в реализации WiFi стандарта 802.11n.

В технологии MIMO применяются несколько антенн различного рода, настроенных на одном и том же канале. Каждая антенна передает сигнал с различными пространственными характеристиками. Таким образом, технология MIMO использует спектр радиоволн более эффективно и без ущерба для надежности работы. Каждый wi-fi приемник «прислушивается» ко всем сигналам от каждого wifi передатчика, что позволяет делать пути передачи данных более разнообразными. Таким образом, несколько путей могут быть перекомбинированы, что приведет к усилению требуемых сигналов в беспроводных сетях.

Еще один плюс технологии MIMO в том, что данная технология обеспечивает пространственное деление мультиплексирования (Spatial Division Multiplexing (SDM)). SDM пространственно уплотняет несколько независимых потоков данных одновременно (в основном, виртуальных каналов) внутри одной спектральной полосы пропускания канала. В сущности, несколько антенн передают различные потоки данных с индивидуальной кодировкой сигналов (пространственные потоки). Эти потоки, двигаясь параллельно по воздуху «пропихивают» больше данных по заданному каналу. На приемнике каждая антенна видит разные сочетания сигнальных потоков и приемник «демултиплексирует» эти потоки для их использования. MIMO SDM может значительно увеличить пропускную способность для передачи данных, если увеличить число пространственных потоков данных. Каждому пространственному потоку необходимы свои собственные передающие / принимающие (TX / RX) антенные пары на каждом конце передачи. Работа системы представлена на рис.1

Также необходимо понимать, что для реализации технологии MIMO требуется отдельная радиочастотная цепь и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для каждой антенны. Реализации, требующие более двух антенн в цепи должны быть тщательно спроектированы для того, чтобы не увеличивать расходы при сохранении надлежащего уровня эффективности.

Важным инструментом для повышения физической скорости передачи данных в беспроводных сетях, является расширение полосы пропускания спектральных каналов. Благодаря использованию более широкой полосы пропускания канала с ортогональным частотным разделением мультиплексирования (OFDM) передача данных осуществляется с максимальной производительностью. OFDM является цифровой модуляцией, которая отлично себя зарекомендовала в качестве инструмента для осуществления двунаправленной высокоскоростной беспроводной передачи данных в WiMAX / WiFi сетях. Метод расширения пропускной способности каналов является экономически эффективным и достаточно легко реализуемым с умеренным ростом цифровой обработки сигнала (DSP). При правильном применении, можно удвоить частоту пропускания стандарта Wi-Fi 802.11 с 20 МГц канала на 40 МГц, также можно обеспечить более чем в два раза увеличенную пропускную способность каналов, используемых в настоящее время. Благодаря объединению MIMO архитектуры с более широкой полосой пропускания канала, получается очень мощный и экономически целесообразный подход для повышения физической скорости передачи.

Применение MIMO технологии с 20 МГц каналами требует больших затрат для удовлетворения требований IEEE по WiFi стандарту 802.11n (100 Мбит / с пропускной способности на MAC SAP). Также для удовлетворения этих требований при использовании канала в 20 МГц понадобиться, по меньшей мере, по три антенны, как на передатчике, так и на приемнике. Но в то же время работа на 20 МГц канале обеспечивает надежную работу с приложениями, требующими высокую пропускную способность в реальной пользовательской среде.

Совместное применение технологий MIMO и расширения канала отвечает всем требованием пользователя и являет собой достаточно надежный тандем. Это так же верно и при использовании одновременно нескольких ресурсоемких сетевых приложений. Комбинация MIMO и 40 МГц расширения канала позволит отвечать и более сложным требованиям, таким как Закон Мура и выполнение технологии CMOS совершенствования DSP технологии.

При применении расширенного канала 40 МГц в диапазоне 2.4 ГГц, изначально возникли трудности с совместимостью с оборудованием на основе WiFi стандартов 802.11a /b/g, а также с оборудованием, использующим технологию Bluetooth для передачи данных.

Для решения этой проблемы в Wi-Fi стандарте 802.11n предусмотрен целый ряд решений. Одним из таких механизмов, специально предназначенным для защиты сетей, является так называемая невысокая пропускная способность (non-HT) дублированного режима. Перед использованием протокола передачи данных WiFi стандарта 802.11n этот механизм отправляет по одному пакету на каждую из половинок 40 МГц канала для объявления сети распределения вектора (NAV). Следуя non-HT дублированного режима NAV сообщению, протокол передачи данных стандарта 802.11n может быть использован в течении заявленного в сообщение время, без нарушения наследия (целостности) сети.

Другой механизм является своего рода сигнализацией и не дает беспроводным сетям расширять канал более чем 40 МГц. Например, в ноутбуке установлены модули 802.11n и Bluetooth, данный механизм знает о возможности возникновения потенциальных помех при работе этих двух модулей одновременно и отключает передачу по каналу 40 МГц одного из модулей.

Эти механизмы гарантируют, что WiFi 802.11n будут работать с сетями более ранних стандартов 802.11 без необходимости перевода всей сети на оборудование стандарта 802.11n.

Увидеть пример использования системы MIMO можно на рис.2

Если у Вас после прочтения возникнут какие-либо вопросы, Вы можете задать их через форму отправки сообщений в разделе контакты.

что это и с чем её едят? Многолучевое распространение – проблема или преимущество

Мобильная передача данных
LTE
относится к поколению
4G
. С помощью неё повышается скорость примерно в 10 раз и эффективность передачи данных, по сравнению с
3G
сетью. Однако, не редко бывает, что скорость приема и передачи, даже нового поколения, оставляет желать лучшего. Это напрямую зависит от качества сигнала, который поступает от базовой станции. Для решения данной проблемы используют внешние антенны.

Новые уровни обработки были необходимы, чтобы позволить некоторые функции пространственного мультиплексирования, а также использовать некоторые из преимуществ пространственного разнообразия. Также были реализованы различные формы переключения пучка, но с учетом уровней обработки и доступных степеней обработки системы, как правило, были относительно ограниченными.

Однако с дополнительными уровнями мощности обработки, которые стали доступны, можно было использовать как пространственное разнесение, так и полное пространственное мультиплексирование. Однако это был только первый шаг, так как система начала использовать преимущество многолучевого распространения в интересах, превращая дополнительные пути сигнала в то, что можно эффективно рассматривать как дополнительные каналы для переноса дополнительных данных.

По своей конструкции,
LTE
антенны могут быть: обычные и
MIMO (
двойные
)
. При помощи обычной системы можно добиться скорости до 50 Мбит/сек.
MIMO
же, может увеличить эту скорость в два раза. Это осуществляется за счёт установки в одной системе (коробе) двух антенн, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Они одновременно принимают и передают сигнал через два отдельных кабеля к приемнику. За счёт этого происходит такое увеличение скорости.

На канал может повлиять замирание, и это повлияет на отношение сигнал / шум. В свою очередь это повлияет на частоту ошибок, предполагая передачу цифровых данных. Принцип разнесения заключается в предоставлении приемнику нескольких версий одного и того же сигнала. Если они могут быть затронуты по-разному сигнальным путем, вероятность того, что все они будут затронуты одновременно, значительно сократится. Соответственно, разнообразие помогает стабилизировать связь и повышает производительность, уменьшая частоту ошибок.

Доступны несколько различных режимов разнесения и имеют ряд преимуществ. Используя разнесение по времени, сообщение может передаваться в разное время, например. используя различные временные интервалы и канальное кодирование. Он использует антенны, расположенные в разных положениях, чтобы использовать преимущества различных радиоканалов, существующих в типичной наземной среде.

• Разнесение по времени.
• Частотное разнесение: эта форма разнесения использует разные частоты.

Он находится между передатчиком и приемником, сигнал может принимать много путей.

MIMO
(Multiple
Input Multiple Output —
множественный вход множественный выход) — это технологи

13 вещей, которые необходимо знать о MU-MIMO Wi-Fi

Технология MU-MIMO повышает планку за счет разрешения нескольким устройствам принимать несколько потоков данных. Она базируется на однопользовательской технологии MIMO (SU-MIMO), которая была представлена почти 10 лет назад со стандартом 802.11n.

SU-MIMO увеличивает скорость Wi-Fi-соединения, позволяя паре беспроводных устройств одновременно принимать или отправлять несколько потоков данных.

По сути, революционные изменения для Wi-Fi обеспечивают две технологии. Первая из этих технологий, называемая beamforming, позволяет Wi-Fi-маршрутизаторам и точкам доступа более эффективно использовать радиоканалы. До появления этой технологии Wi-Fi-маршрутизаторы и точки доступа работали как электрические лампочки, посылая сигнал во всех направлениях. Проблема заключалась в том, что несфокусированному сигналу ограниченной мощности трудно добраться до клиентских Wi-Fi-устройств.

С помощью технологии beamforming Wi-Fi-маршрутизатор или точка доступа обменивается с клиентским устройством информацией о своем местоположении. Затем маршрутизатор изменяет свою фазу и мощность для формирования лучшего сигнала. Как результат: более эффективно используются радиосигналы, ускоряется передача данных и, возможно, увеличивается максимальная дистанция соединения.

Возможности beamforming расширяются. До сих пор Wi-Fi-маршрутизаторы или точки доступа были по своей сути однозадачными, посылая или принимая данные только от одного клиентского устройства одновременно. В более ранних версиях семейства стандартов беспроводной передачи данных 802.11, включая стандарт 802.11n и первую версию стандарта 802.11ac, существовала возможность одновременного приема или передачи нескольких потоков данных, но до сих пор не существовало метода, позволяющего Wi-Fi-маршрутизатору или точке доступа в одно и то же время «общаться» сразу с несколькими клиентами. Отныне же с помощью MU-MIMO такая возможность появилась.

Это действительно большой прорыв, так как возможность одновременной передачи данных сразу нескольким клиентским устройствам значительно расширяет доступную полосу пропускания для беспроводных клиентов. Технология MU-MIMO продвигает беспроводные сети от старого способа CSMA-SD, когда в одно и то же время обслуживалось только одно устройство, к системе, где сразу несколько устройств могут одновременно «говорить». Для большей наглядности примера, представьте себе переход от однополосной проселочной дороги к широкой автомагистрали

Сегодня беспроводные маршрутизаторы и точки доступа второго поколения стандарта 802.11ac Wave 2 активно завоевывают рынок. Каждый, кто разворачивает Wi-Fi понимать специфику работы технологии MU-MIMO. Предлагаем вашему вниманию 13 фактов, которые ускорит ваше обучение в этом направлении.

1. MU-MIMO использует только «Downstream» поток (от точки доступа к мобильному устройству).

В отличие от SU-MIMO, технология MU-MIMO в настоящее время работает только для передачи данных от точки доступа к мобильному устройству. Только беспроводные маршрутизаторы или точки доступа могут одновременно передавать данные нескольким пользователям, будь то один или несколько потоков для каждого из них. Сами же беспроводные устройства (такие, как смартфоны, планшеты или ноутбуки) по-прежнему должны по очереди направлять данные к беспроводному маршрутизатору или точке доступа, хотя при этом при наступлении их очереди они по отдельности могут использовать технологию SU-MIMO для передачи нескольких потоков.

Технология MU-MIMO будет особенно полезной в тех сетях, где пользователи больше скачивают данные, чем загружают.

Возможно, в будущем будет реализована версия технологии Wi-Fi: 802.11ax, где метод MU-MIMO будем применим и для «Upstream» трафика.

2. MU-MIMO работает только в Wi-Fi-диапазоне частот 5 ГГц

Технология SU-MIMO работает как в диапазоне частот 2,4 ГГц, так и 5 ГГц. Беспроводные роутеры и точки доступа второго поколения стандарта 802.11ac Wave 2 могут одновременно обслуживать несколько пользователей только на полосе частот 5 ГГц. С одной стороны, конечно, жаль, что на более узкой и более перегруженной полосе частот 2,4 ГГц мы не сможем использовать новую технологию. Но, с другой стороны, на рынке появляется все больше двухдиапазонных беспроводных устройств, поддерживающих технологию MU-MIMO, которые мы можем использовать для разворачивания производительных корпоративных Wi-Fi-сетей.

3. Технология Beamforming помогает направлять сигналы

В литературе СССР можно встретить понятие Фазированная Антенная Решётка, которая была разработана для военных радаров в конце 80-х. Аналогичная технология была применена в современном Wi-Fi. MU-MIMO использует технологию формирования направленного сигнала (в англоязычной технической литературе известной как «beamforming»). Beamfiorming позволяет направлять сигналы в направлении предполагаемого местоположения беспроводного устройства (или устройств), а не посылать их случайным образом во всех направлениях. Таким образом получается сфокусировать сигнал и существенно увеличить дальность действия и скорость работы Wi-Fi-соединения.

Хотя технология beamforming стала опционально доступна еще со стандартом 802.11n, тем ни менее большинство производителей реализовывали свои проприетарные версии этой технологии. Эти вендоры и сейчас предлагают проприетарные реализации технологии в своих устройствах, но теперь им придется включить хотя бы упрощенную и стандартизированную версию технологии формирования направленного сигнала, если они хотят поддерживать технологию MU-MIMO в своей продуктовой линейке стандарта 802.11ac.

4. MU-MIMO поддерживает ограниченное количество одновременных потоков и устройств

К огромному сожалению, маршрутизаторы или точки доступа с реализованной технологией MU-MIMO не могут одновременно обслуживать неограниченное количество потоков и устройств. Маршрутизатор или точка доступа имеют собственное ограничение на число потоков, которые они обслуживают (зачастую это 2, 3 или 4 потока), и это количество пространственных потоков также ограничивает количество устройств, которые точка доступа может одновременно обслужить. Так, точка доступа с поддержкой четырех потоков может одновременно обслуживать четыре различных устройства, либо, к примеру, один поток направить к одному устройству, а три других потока агрегировать на другое устройство (увеличив скорость от объёединения каналов).​

5. От пользовательских устройств не требуется наличие нескольких антенн

Как и в случае с технологией SU-MIMO, только беспроводные устройства со встроенной поддержкой MU-MIMO могут агрегировать потоки (скорость). Но, в отличие от ситуации с технологией SU-MIMO, беспроводным устройствам не обязательно требуется иметь несколько антенн, чтобы принимать MU-MIMO-потоки от беспроводных маршрутизаторов и точек доступа. Если беспроводное устройство оснащено только одной антенной, оно может принять только один MU-MIMO-поток данных от точки доступа, используя beamforming для улучшения приёма.

Большее количество антенн позволит беспроводному пользовательскому устройству принимать большее количество потоков данных одновременно (обычно из расчета один поток на одну антенну), что, безусловно, положительно скажется на производительности этого устройства. Однако, наличие нескольких антенн у пользовательского устройства негативно сказывается на потребляемой мощности и размере этого изделия, что критично для смартфонов.

Однако технология MU-MIMO предъявляет меньшие аппаратные требования к клиентским устройствам, чем обременительная в техническом плане технология SU-MIMO, то можно с уверенностью предположить, что производители гораздо охотнее станут оснащать свои ноутбуки и планшеты поддержкой технологии MU-MIMO.​

6. Точки доступа выполняют «тяжелую» обработку

Стремясь к упрощению требований к устройствам конечных пользователей, разработчики технологии MU-MIMO постарались переложить на точки доступа большую часть работы по обработке сигнала. Это еще один шаг вперед по сравнению с технологией SU-MIMO, где бремя по обработке сигнала большей частью лежало на пользовательских устройствах. И опять же, это поможет производителям клиентских устройств экономить на мощности, размере и других затратах при производстве своих продуктовых решений с поддержкой MU-MIMO, что должно весьма позитивно сказаться на популяризации данной технологии.

7. Даже бюджетные устройства получают ощутимую выгоду от одновременной передачи через несколько пространственных поток

Подобно агрегации каналов в сети Ethernet (802.3ad и LACP), объединение потоков 802.1ac не увеличивает скорость соединения «точка-точка». Т.е. если вы единственный пользователь и у Вас запущено только одно приложение — вы задействует только 1 пространственный поток.

Однако существует возможность увеличить общую пропускную способность сети за счет предоставления возможности по обслуживанию точкой доступа нескольких пользовательских устройств одновременно.

Но если все используемые в вашей сети пользовательские устройства поддерживают работу только с одним потоком, то MU-MIMO позволит вашей точке доступа обслуживать одновременно до трех устройств, вместо одного за раз, в то время как другим (более продвинутым) пользовательским устройствам придется ожидать своей очереди.

Рисунок 2​. Технология MU-MIMO за то же самое время может позволить отправить в три раза больший объем данных, чем SU-MIMO, тем самым более чем в два раза увеличивая скорость получения данных каждым клиентским устройством
 

8. Некоторые пользовательские устройства имеют скрытую поддержку технологии MU-MIMO

Не смотря на то, что в настоящее время все еще не так много маршрутизаторов, точек доступа или мобильных устройств поддерживают MU-MIMO, в компании-производителе Wi-Fi-чипов утверждают, что часть производителей в своем производственном процессе учла аппаратные требования для поддержки новой технологии для некоторых своих устройств для конечных пользователей еще несколько лет назад. Для таких устройств относительно простое обновление программного обеспечения добавит поддержку технологии MU-MIMO, что также должно ускорить популяризацию и распространение технологии, а также стимулировать компании и организации модернизировать свои корпоративные беспроводные сети с помощью оборудования с поддержкой стандарта 802.11ac.

9. Устройства без поддержки MU-MIMO также оказываются в выигрыше

Не смотря на то, что Wi-Fi-устройства обязательно должны иметь поддержку MU-MIMO для того, чтобы использовать эту технологию, даже те клиентские устройства, которые такой поддержкой не имеют, могут получить косвенную выгоду от работы в беспроводной сети, где маршрутизатор или точки доступа поддерживают технологию MU-MIMO. Следует помнить, что скорость передачи данных по сети напрямую зависит от общего времени, в течение которого абонентские устройства подключены к радиоканалу. И если технология MU-MIMO позволит обслуживать часть устройств быстрее, то это означает, что у точек доступа в такой сети останется больше времени на обслуживание других клиентских устройств.

10. MU-MIMO помогает увеличить пропускную способность беспроводной сети

Когда вы увеличиваете скорость Wi-Fi-соединения, вы также увеличиваете пропускную способность беспроводной сети. Так как устройства обслуживаются более быстро, то у сети появляется больше эфирного времени на обслуживание большего количества клиентских устройств. Таким образом, технология MU-MIMO может значительно оптимизировать работу беспроводных сетей с интенсивным трафиком или большим количеством подключенных устройств, таких как общественные Wi-Fi-сети. Это прекрасная новость, так как количество смартфонов и других мобильных устройств с возможностью подключения к Wi-Fi-сети, скорее всего, продолжит увеличиваться.

11. Поддерживается любая ширина канала

Одним из способов расширения пропускной способности Wi-Fi-канала является связывание каналов, когда объединяются два соседних канала в один канал, который в два раза шире, что фактически удваивает скорость Wi-Fi-соединения между устройством и точкой доступа. Стандарт 802.11n предусматривал поддержку каналов шириной до 40 МГц, в оригинальной спецификации стандарта 802.11ac поддерживаемая ширина канала была увеличена до 80 МГц. В обновленном стандарте 802.11ac Wave 2 поддерживаются каналы шириной 160 МГц.

Рисунок 3. На сегодняшний день стандарт 802.11ac поддерживает каналы шириной до 160 МГц в диапазоне частот 5 ГГц

Однако, не следует забывать, что использование в беспроводной сети каналов большей ширины увеличивает вероятность возникновения помех в совмещенных каналах. Поэтому такой подход не всегда будет правильным выбором для разворачивания всех без исключения Wi-Fi-сетей. Тем ни менее, технология MU-MIMO, как мы можем убедиться, может быть использована для каналов любой ширины.

Тем ни менее, даже если ваша беспроводная сеть использует более узкие каналы шириной 20 МГц или 40 МГц, технология MU-MIMO все равно может помочь ей работать быстрее. А вот насколько быстрее, будет зависеть от того, сколько необходимо будет обслуживать клиентских устройств и сколько потоков каждое из этих устройств поддерживает. Таким образом, использование технологии MU-MIMO даже без широких связанных каналов может более чем в два раза увеличить пропускную способность выходного беспроводного соединения для каждого устройства.

12. Обработка сигналов повышает безопасность

Интересным побочным эффектом технологии MU-MIMO является то, что маршрутизатор или точка доступа шифрует данные перед их отправкой через радиоканалы. Достаточно трудно декодировать данные, передаваемые с использованием технологии MU-MIMO, т. к. не ясно какая часть кода в каком пространственном потоке находится. Хотя впоследствии могут быть разработаны специальные инструменты, позволяющие другим устройствам перехватывать передаваемый трафик, на сегодняшний день технология MU-MIMO эффективно маскирует данные от расположенных вблизи устройств прослушивания. Таким образом, новая технология помогает повысить Wi-Fi-безопасность, что особенно актуально для открытых беспроводных сетей, таких как общественные Wi-Fi-сети, а также точек доступа, работающих в персональном режиме или использующих упрощенный режим аутентификации пользователей (Pre-Shared Key, PSK) на базе технологий защиты Wi-Fi-сети WPA или WPA2.

13. MU-MIMO лучше всего подходит для неподвижных Wi-Fi-устройств

Также существует одно предостережение о технологии MU-MIMO: она не очень хорошо работает с быстродвижущимися устройствами, так как процесс формирования направленного сигнала по технологии beamforming становится более сложным и менее эффективным. Поэтому MU-MIMO не сможет обеспечить вам заметную пользу для устройств, часто использующих роуминг в вашей корпоративной сети. Однако, следует понимать, что эти «проблемные» устройства никак не должны повлиять ни на MU-MIMO-передачу данных другим клиентским устройствам, которые менее подвижны, ни на их производительность.

Смотрите также:

Что такое MIMO антенна? — 3G-aerial

Мы с вами живем в эпоху цифровой революции, уважаемый аноним. Не успели мы привыкнуть к какой-то новой технологии, нам уже со всех сторон предлагают еще более новую и продвинутую. И пока мы томимся размышлениями, действительно ли эта технология реально поможет нам получить более быстрый интернет или нас просто очередной раз разводят на деньги, конструкторы в это время разрабатывают еще более новую технологию, которую нам предложат взамен текущей уже буквально через 2 года. Это касается и технологии MIMO антенн.

Что же это за технология — MIMO? Multiple Input Multiple Output — множественный вход множественный выход. Прежде всего, технология MIMO является комплексным решением и касается не только антенн. Для лучшего понимания этого факта стоит совершить небольшой экскурс в историю развития мобильной связи. Перед разработчиками стоит задача передать больший объем информации в единицу времени, т.е. увеличить скорость. По аналогии с водопроводом — доставить пользователю больший объем воды в единицу времени. Мы можем сделать это увеличив «диаметр трубы», или, по аналогии, — расширив полосу частот связи. Первоначально стандарт GSM был заточен под голосовой трафик и имел ширину канала равную 0.2 МГц. Это было вполне достаточно. Кроме того есть проблема обеспечения многопользовательского доступа. Ее можно решить разделив абонентов по частоте (FDMA) или по времени (TDMA). В GSM применяются оба способа одновременно. В итоге мы имеем баланс между максимально возможным количеством абонентов в сети и минимально возможной полосой для голосового трафика. С развитием мобильного интернета эта минимальная полоса стала полосой препятствия для увеличения скорости. Две технологии основанные на платформе GSM — GPRS и EDGE достигли предельной скорости 384 кБит/с. Для дальнейшего увеличения скорости необходимо было расширить полосу для интернет трафика одновременно по возможности используя инфраструктуру GSM. В результате был разработан стандарт UMTS. Основным отличием здесь является расширение полосы сразу до 5 МГц, а для обеспечения многопользовательского доступа — применение технологии кодового доступа CDMA, при котором несколько абонентов одновременно работают в одном частотном канале. Такую технологию назвали W-CDMA, подчеркивая этим, что она работает в широкой полосе. Эта система была названа системой третьего поколения — 3G, но при этом она является надстройкой над GSM. Итак, мы получили широкую «трубу» в 5МГц, что позволило первоначально увеличить скорость до 2 МБит/с.

Как еще можно увеличить скорость, если у нас нет возможности дальше увеличивать «диаметр трубы»? Мы можем распараллелить поток на несколько частей, пустить каждую часть по отдельной небольшой трубе и затем сложить эти отдельные потоки на приемной стороне в один широкий поток. Кроме того, скорость зависит от вероятности ошибок в канале. Уменьшая эту вероятность путем избыточного кодирования, упреждающей коррекции ошибок, применения более совершенных способов модуляции радиосигнала, мы также можем увеличить скорость. Все эти наработки (совместно с расширением «трубы» путем увеличения числа несущих на канал) последовательно применялись в дальнейшем усовершенствовании стандарта UMTS и получили наименование HSPA. Это не замена для W-CDMA, а soft+hard upgrade этой основной платформы.

Разработкой стандартов для 3G занимается международный консорциум 3GPP. В таблицу сведены некоторые особенности разных релизов этого стандарта:

Технология 4G LTE, помимо обратной совместимости с 3G сетями, что позволило ей одержать верх над WiMAX, способна в перспективе развить еще большие скорости, до 1Гбит/с и выше. Здесь применяются еще более продвинутые технологии переноса цифрового потока в радиоинтерфейс, например OFDM модуляция, которая очень хорошо интегрируется с MIMO технологией.

 Итак, что же такое MIMO? Распараллелив поток на несколько каналов можно пустить их разными путями через несколько антенн «по воздуху», и принять их такими же независимыми антеннами на приемной стороне. Таким образом мы получаем несколько независимых «труб» по радиоинтерфейсу не расширяя полосы. Это основная идея MIMO. При распространении радиоволн в радиоканале наблюдаются селективные замирания. Это особенно заметно в условиях плотной городской застройки, если абонент находится в движении или на краю зоны обслуживания соты. Замирания в каждой пространственной «трубе» происходят не одновременно. Поэтому если мы передадим по двум каналам MIMO одну и ту же информацию с небольшой задержкой, предварительно наложив на нее специальный код (метод Аламуоти, наложение кода в виде магического квадрата), мы можем восстановить потерянные символы на приемной стороне, что эквивалентно улучшению отношения сигнал/шум до 10-12 дБ. В итоге такая технология опять же приводит к возрастанию скорости. По сути это давно известный разнесенный прием (Rx Diversity) органично встроенный в MIMO технологию.

В конечном счете, мы должны понимать, что MIMO должно поддерживаться как на базе, так и у нашего модема. Обычно в 4G число каналов MIMO кратно двум — 2, 4, 8 (в Wi-Fi системах получила распространение трехканальная система 3×3) и рекомендуется, чтобы их число совпадало и на базе и на модеме. Поэтому для фиксации этого факта MIMO определяют с каналами прием∗передача — 2×2 MIMO, 4×4 MIMO и т.д. Пока в настоящее время мы имеем дело преимущественно с 2×2 MIMO.

Какие антенны применяются в технологии MIMO? Это обычные антенны, просто их должно быть две (для 2×2 MIMO). Для разделения каналов применяется ортогональная, так называемая X-поляризация. При этом поляризация каждой антенны относительно вертикали сдвинута на 45°, а относительно друг друга — 90°. Такой угол поляризации ставит оба канала в равные условия, поскольку при горизонтально/вертикальной ориентации антенн один из каналов неизбежно получил бы большее затухание из-за влияния земной поверхности. При этом 90° сдвиг поляризации между антеннами позволяет развязать каналы между собой не менее чем на 18-20 дБ.

Для MIMO нам с вами потребуется модем с двумя антенными входами и две антенны на крыше. Однако остается открытым вопрос поддерживается ли эта технология на базовой станции. В стандартах 4G LTE и WiMAX такая поддержка есть как на стороне абонентских устройств, так и на базе. В 3G сети не все так однозначно. В сети уже работают тысячи устройств не поддерживающих MIMO, для которых внедрение этой технологии приносит обратный эффект — пропускная способность сети понижается. Поэтому операторы пока не спешат повсеместно внедрять MIMO в 3G сетях. Чтобы база могла предоставить абонентам высокую скорость она сама должна иметь хороший транспорт, т.е. к ней должна быть подведена «толстая труба», желательно оптиковолокно, что тоже не всегда имеет место. Поэтому в 3G сетях технология MIMO в настоящий момент находится в стадии становления и развития, проходит тестирование как операторами, так и пользователями, причем последними не всегда успешно. Поэтому возлагать надежды на MIMO антенны стоит только в 4G сетях. На краю зоны обслуживания соты можно применять антенны с большим усилением, например зеркальные, для которых уже есть в продаже MIMO облучатели

 В сетях Wi-Fi технология MIMO зафиксирована в стандартах IEEE 802.11n и IEEE 802.11ac и поддерживается уже многими устройствами. Пока мы наблюдаем приход в 3G-4G сети технологии 2×2 MIMO, разработчики не сидят на месте. Уже сейчас разрабатываются технологии 64×64 MIMO с умными антеннами имеющими адаптивную диаграмму направленности. Т.е. если мы пересядем с дивана на кресло или уйдем на кухню, наш планшет заметит это и развернет диаграмму направленности встроенной антенны в нужном направлении. Нужен ли кому-то будет этот сайт в то время?

Что такое 4×4 MIMO, и нужен ли он смартфону

MIMO означает «множественный вход, множественный выход». Устройство MIMO 4 × 4 имеет четыре антенны для четырех одновременных потоков данных, в то время как MIMO 2 × 2 имеет две. Например, IPhone XR — 2 × 2 MIMO, а iPhone XS и XS Max — 4 × 4 MIMO.

Что такое MIMO

MIMO является неотъемлемой частью современных технологий беспроводной связи, говорите ли Вы о сотовых данных 802.11ac Wi-Fi или 4G LTE.

Традиционно в устройстве была только одна антенна. Это можно назвать устройством MIMO 1 × 1, поскольку оно имеет одну антенну и может поддерживать один поток данных одновременно.

Однако есть и устройства с большим количеством антенн. Устройство MIMO 2 × 2 имеет две антенны для двух одновременных потоков данных, устройство MIMO 3 × 3 имеет три антенны для трех потоков данных, а устройство MIMO 4 × 4 имеет четыре антенны для четырех потоков данных.

Больше MIMO, больше скорость

Каждая антенна на устройстве используется как для приема данных, так и для отправки данных. Чем больше антенн у Вашего устройства, тем больше данных оно может передавать одновременно, а это означает более высокую скорость беспроводной загрузки и отдачи.

Это похоже на полосы на шоссе. Шоссе с четырьмя линиями имеет большую пропускную способность, чем шоссе с двумя или одной полосой.

Переход от MIMO 1 × 1 к MIMO 4 × 4 означает четырехкратное увеличение теоретической максимальной скорости передачи данных. Это потому, что каждая антенна поддерживает отдельный поток данных до максимального теоретического предела. Точный предел варьируется в зависимости от используемой ими беспроводной сети.

Эти более высокие скорости требуют подключения к сотовой сети, которая поддерживает 4 × 4 MIMO.

Больше MIMO — лучше сигнал

Проведенные испытания показали, что переход от MIMO 2 × 2 к MIMO 4 × 4 также может повысить уровень беспроводного сигнала. Компания Cellular Insights провела несколько тестов, сравнивая iPhone XR с iPhone XS. IPhone XR и iPhone XS имеют одинаковый беспроводной модем, поэтому основным отличием должно быть просто меньшее количество антенн на iPhone XR по сравнению с iPhone XS — MIMO 2 × 2 на XR против 4 × 4 на XS.

Когда оба телефона были подключены к сети MIMO LTE 4 × 4, iPhone XS 4 × 4 достиг максимума со скоростью загрузки чуть менее 400 Мбит/с. MIMO iPhone XR 2 × 2 достиг уровня 200 Мбит/с при той же мощности сигнала.

Это ожидаемо и демонстрирует преимущества MIMO 4 × 4 по сравнению с MIMO 2 × 2 — он может передавать данные в два раза быстрее.

Однако тесты также показали, что уровень сигнала iPhone XS выше, чем у iPhone XR в сети MIMO 4 × 4. Что еще более удивительно, iPhone XS имел лучшую мощность сигнала, чем iPhone XR, даже когда он был подключен к сотовой сети, которая поддерживала только MIMO2 × 2.

Это не имеет значения, если у Вас надежное соединение, и скорость загрузки устройства достаточен для Вас. Но когда у Вас слабый сотовый сигнал, похоже, что дополнительные антенны в MIMO 4 × 4 могут привести к улучшению беспроводного сигнала. MIMO 4 × 4 — это не только скорость — он также улучшает Ваш уровень сигнала.

Сотовая сеть и Wi-Fi

Технология MIMO используется как для сотовых, так и для Wi-Fi соединений. Но сотовые и WI-Fi имеют отдельные антенны.

MIMO 4 × 4 в настоящее время широко распространено на дорогих телефонах. Все они могут поддерживать четыре отдельных потока данных одновременно при подключении к сотовой сети, которая их предлагает.

Однако это относится только к сотовой связи. Даже если Вы подключены к маршрутизатору MIMO 4 × 4, Вы получаете только 2 × 2 скорости Wi-Fi MIMO. Антенны сотовой связи и Wi-Fi раздельные.

Что такое 4 × 4 MU-MIMO

Некоторые беспроводные маршрутизаторы также поддерживают MU-MIMO. Это относится к «многопользовательскому множественному входу, множественному выходу». Маршрутизатор с 4 × 4 MU-MIMO имеет четыре антенны, по которым он может одновременно обмениваться данными. Если к этому маршрутизатору подключено несколько устройств 4 × 4 MIMO, все они будут поддерживать подключение четырех потоков данных одновременно.

Или, если у Вас есть ноутбук с 3 × 3 MIMO, он может подключиться к точке доступа 4 × 4 MIMO с тремя потоками данных одновременно.

Однако, если у Вас есть телефон с 2 × 2 MIMO Wi-Fi или ноутбук с 3 × 3 MIMO, и Вы подключаете его к более старому маршрутизатору, который вообще не поддерживает MIMO, он получит только один поток данных. Если Вы подключите устройство 3 × 3 MIMO к маршрутизатору 2 × 2 MIMO, оно будет использовать только два потока данных.

Нужно ли 4 × 4 MIMO

Чем больше MIMO, тем лучше. При прочих равных условиях Вы должны предпочесть 4 × 4 MIMO 2 × 2 MIMO и 2 × 2 MIMO, а не MIMO (или 1 × 1 MIMO, другими словами.)

Устройства с большим количеством антенн, как правило, стоят дороже, поэтому Вы часто будете переплачивать за них. Это просто больше оборудования. Современные флагманские телефоны обычно имеют 4 × 4 MIMO.

Это дополнительное беспроводное оборудование будет потреблять немного дополнительной мощности, поэтому 4 × 4 MIMO может немного сократить срок службы батареи по сравнению с 2 × 2 MIMO. Но мы сомневаемся, что это огромный фактор по сравнению со всем остальным, что потребляет энергию на мобильном устройстве.

В целом, всегда лучше иметь более высокую скорость беспроводной связи и улучшенную мощность сигнала. Возможно, Вам просто придется доплатить за устройства с этой функцией.

Mimo что позволяет избежать проблем. Вы здесь: Что такое MIMO антенна

Мы с вами живем в эпоху цифровой революции, уважаемый аноним. Не успели мы привыкнуть к какой-то новой технологии, нам уже со всех сторон предлагают еще более новую и продвинутую. И пока мы томимся размышлениями, действительно ли эта технология реально поможет нам получить более быстрый интернет или нас просто очередной раз разводят на деньги, конструкторы в это время разрабатывают еще более новую технологию, которую нам предложат взамен текущей уже буквально через 2 года. Это касается и технологии MIMO антенн.

Что же это за технология — MIMO? Multiple Input Multiple Output — множественный вход множественный выход. Прежде всего, технология MIMO является комплексным решением и касается не только антенн. Для лучшего понимания этого факта стоит совершить небольшой экскурс в историю развития мобильной связи. Перед разработчиками стоит задача передать больший объем информации в единицу времени, т.е. увеличить скорость. По аналогии с водопроводом — доставить пользователю больший объем воды в единицу времени. Мы можем сделать это увеличив «диаметр трубы», или, по аналогии, — расширив полосу частот связи. Первоначально стандарт GSM был заточен под голосовой трафик и имел ширину канала равную 0.2 МГц. Это было вполне достаточно. Кроме того есть проблема обеспечения многопользовательского доступа. Ее можно решить разделив абонентов по частоте (FDMA) или по времени (TDMA). В GSM применяются оба способа одновременно. В итоге мы имеем баланс между максимально возможным количеством абонентов в сети и минимально возможной полосой для голосового трафика. С развитием мобильного интернета эта минимальная полоса стала полосой препятствия для увеличения скорости. Две технологии основанные на платформе GSM — GPRS и EDGE достигли предельной скорости 384 кБит/с. Для дальнейшего увеличения скорости необходимо было расширить полосу для интернет трафика одновременно по возможности используя инфраструктуру GSM. В результате был разработан стандарт UMTS. Основным отличием здесь является расширение полосы сразу до 5 МГц, а для обеспечения многопользовательского доступа — применение технологии кодового доступа CDMA, при котором несколько абонентов одновременно работают в одном частотном канале. Такую технологию назвали W-CDMA, подчеркивая этим, что она работает в широкой полосе. Эта система была названа системой третьего поколения — 3G, но при этом она является надстройкой над GSM. Итак, мы получили широкую «трубу» в 5МГц, что позволило первоначально увеличить скорость до 2 МБит/с.

Как еще можно увеличить скорость, если у нас нет возможности дальше увеличивать «диаметр трубы»? Мы можем распараллелить поток на несколько частей, пустить каждую часть по отдельной небольшой трубе и затем сложить эти отдельные потоки на приемной стороне в один широкий поток. Кроме того, скорость зависит от вероятности ошибок в канале. Уменьшая эту вероятность путе

Технология с несколькими входами и несколькими выходами »Электроника

MIMO: технология множественных входов и множественных выходов использует несколько антенн для использования отраженных сигналов, чтобы обеспечить повышение устойчивости канала и пропускной способности.

Технология MIMO включает:
Основы MIMO
Форматы MIMO: SIMO, SIMO, MISO, MIMO
Пространственное мультиплексирование
Пространство-время и коды Аламоути
Формирование диаграммы направленности антенны MIMO
Многопользовательский MIMO
Массивный MIMO

Несколько входов и выходов, или MIMO, — это технология радиосвязи или радиочастотная технология, которая упоминается и используется во многих новых технологиях в наши дни.

Wi-Fi, LTE; Long Term Evolution и многие другие радио, беспроводные и радиочастотные технологии используют новую беспроводную технологию MIMO, чтобы обеспечить увеличенную пропускную способность канала и спектральную эффективность в сочетании с повышенной надежностью соединения с использованием того, что ранее считалось путями помех.

Даже сейчас на рынке существует множество беспроводных маршрутизаторов MIMO, и по мере того, как эта RF-технология становится все более распространенной, появится больше маршрутизаторов MIMO и другого беспроводного оборудования MIMO.

Типичный современный WiFi-маршрутизатор, использующий технологию MIMO с несколькими антеннами

Поскольку технология сложна, многие инженеры задаются вопросом, что такое MIMO и как он работает.

Развитие и история MIMO

Технология

MIMO разрабатывалась на протяжении многих лет. Необходимо было не только сформулировать базовые концепции MIMO, но и разработать новые технологии, чтобы обеспечить полную реализацию MIMO. Требовались новые уровни обработки, чтобы реализовать некоторые функции пространственного мультиплексирования, а также использовать некоторые преимущества пространственного разнесения.

Вплоть до 1990-х годов пространственное разнесение часто ограничивалось системами, которые переключались между двумя антеннами или объединяли сигналы для обеспечения наилучшего сигнала. Также были реализованы различные формы переключения лучей, но с учетом уровней задействованной обработки и степени доступной обработки системы, как правило, были относительно ограниченными.

Однако с появлением дополнительных уровней вычислительной мощности стало возможным использовать как пространственное разнесение, так и полное пространственное мультиплексирование.

Первоначальная работа над системами MIMO была сосредоточена на базовом пространственном разнесении — здесь система MIMO использовалась для ограничения деградации, вызванной многолучевым распространением. Однако это был только первый шаг, поскольку затем система начала использовать многолучевое распространение с выгодой, превратив дополнительные пути сигнала в то, что можно было бы эффективно рассматривать как дополнительные каналы для переноса дополнительных данных.

Два исследователя: Арогьясвами Паулрадж и Томас Кайлат были первыми, кто предложил использовать пространственное мультиплексирование с использованием MIMO в 1993 году, а в следующем году был получен их патент в США.

Однако именно Bell Labs выпало первым продемонстрировать лабораторный прототип пространственного мультиплексирования в 1998 году.

MIMO — несколько входов, несколько выходов: основы

Замирание может повлиять на канал, и это повлияет на отношение сигнал / шум. В свою очередь, это повлияет на частоту ошибок, если будут переданы цифровые данные. Принцип разнесения состоит в том, чтобы предоставить приемнику несколько версий одного и того же сигнала. Если тракт прохождения сигнала может повлиять на них по-разному, вероятность того, что все они будут затронуты одновременно, значительно снизится.Соответственно, разнесение помогает стабилизировать канал и повышает производительность, снижая частоту ошибок.

Доступно несколько различных режимов разнесения, обеспечивающих ряд преимуществ:

• Разнесение по времени: При использовании разнесения по времени сообщение может передаваться в разное время, например с использованием разных временных интервалов и кодирования каналов.
• Частотное разнесение: В этой форме разнесения используются разные частоты.Это может быть в форме использования различных каналов или таких технологий, как расширенный спектр / OFDM.
• Пространственное разнесение: Пространственное разнесение, используемое в самом широком смысле определения, используется в качестве основы для MIMO. В нем используются антенны, расположенные в разных положениях, чтобы воспользоваться преимуществами различных радиотрактов, существующих в типичной наземной среде.

MIMO — это, по сути, технология радиоантенн, поскольку она использует несколько антенн в передатчике и приемнике, чтобы обеспечить передачу данных по различным трактам сигнала, выбирая отдельные тракты для каждой антенны, чтобы можно было использовать несколько трактов сигнала.

Общая схема системы MIMO

Одна из основных идей, лежащих в основе беспроводных систем MIMO, пространственно-временная обработка сигналов, в которой время (естественное измерение данных цифровой связи) дополняется пространственным измерением, присущим использованию нескольких пространственно распределенных антенн, т. Е. использование нескольких антенн, расположенных в разных точках. Соответственно, беспроводные системы MIMO можно рассматривать как логическое продолжение интеллектуальных антенн, которые уже много лет используются для улучшения беспроводной связи.

Он находится между передатчиком и приемником, сигнал может проходить по многим путям. Кроме того, при перемещении антенн даже на небольшое расстояние изменяются используемые пути. Разнообразие доступных путей возникает в результате количества объектов, которые появляются сбоку или даже на прямом пути между передатчиком и приемником. Ранее эти множественные пути служили только для создания помех. Используя MIMO, эти дополнительные пути можно использовать с пользой. Их можно использовать для обеспечения дополнительной устойчивости радиолинии за счет улучшения отношения сигнал / шум или увеличения пропускной способности канала передачи данных.

Два основных формата MIMO приведены ниже:

• Пространственное разнесение: Пространственное разнесение, используемое в этом более узком смысле, часто относится к разнесению передачи и приема. Эти две методологии используются для улучшения отношения сигнал / шум, и они характеризуются повышением надежности системы в отношении различных форм замирания.
• Пространственное мультиплексирование: Эта форма MIMO используется для обеспечения дополнительной емкости данных за счет использования различных путей для переноса дополнительного трафика, т.е.е. увеличение пропускной способности данных.

В результате использования нескольких антенн беспроводная технология MIMO может значительно увеличить пропускную способность данного канала, при этом подчиняясь закону Шеннона. Увеличивая количество приемных и передающих антенн, можно линейно увеличивать пропускную способность канала с каждой парой антенн, добавляемой в систему. Это делает беспроводную технологию MIMO одной из самых важных беспроводных технологий, которые будут использоваться в последние годы.Поскольку спектральная полоса пропускания становится все более ценным товаром для систем радиосвязи, необходимы методы для более эффективного использования доступной полосы пропускания. Беспроводная технология MIMO — одна из таких технологий.

Еще темы об антеннах и распространении:
ЭМ-волны
Распространение радио
Ионосферное распространение
Земная волна
Рассеивание метеоров
Тропосферное распространение
Кубический четырехугольник
Диполь
Дискон
Ферритовый стержень
Логопериодическая антенна
Антенна с параболическим рефлектором
Вертикальные антенны
Яги
Заземление антенны
Коаксиальный кабель
Волновод
КСВ
Балуны для антенн
MIMO

Вернуться в меню «Антенны и распространение».. .

.

Что такое технология Massive MIMO?

Технология Massive MIMO готова стать основным компонентом сверхбыстрых сетей 5G, развертывание которых начнется с конца 2019 года. Но что такое Massive MIMO и почему это так важно для работы 5G?

Что такое Massive MIMO?

MIMO означает «несколько входов и выходов». Хотя в нем задействовано несколько технологий, MIMO можно свести к одному принципу: беспроводная сеть, которая позволяет передавать и принимать более одного сигнала данных одновременно по одному и тому же радиоканалу.

Стандартные сети MIMO обычно используют две или четыре антенны. С другой стороны, Massive MIMO — это система MIMO с особенно большим количеством антенн.

Не существует установленного числа для того, что представляет собой установка Massive MIMO, но описание, как правило, применяется к системам с десятками или даже сотнями антенн. Например, Huawei, ZTE и Facebook продемонстрировали системы Massive MIMO с 96–128 антеннами.

Ericsson AIR 6468, который, по заявлению компании, является «первым в мире радиостанцией 5G NR», использует 64 передающие и 64 приемные антенны.

Каковы преимущества Massive MIMO?

Преимущество сети MIMO перед обычной состоит в том, что она может увеличить пропускную способность беспроводного соединения, не требуя увеличения спектра. Отчеты указывают на значительное увеличение емкости, и в будущем это может привести к увеличению в 50 раз.

Чем большим количеством антенн оснащен передатчик / приемник, тем больше возможных путей прохождения сигнала и выше производительность с точки зрения скорости передачи данных и надежности соединения.

Сеть Massive MIMO также будет лучше реагировать на устройства, передающие в более высоких частотных диапазонах, что улучшит покрытие. В частности, это будет иметь значительные преимущества для получения сильного сигнала в помещении (хотя более высокие частоты 5G будут иметь свои проблемы в этом отношении).

Большее количество антенн в сети Massive MIMO также сделает ее более устойчивой к помехам и преднамеренным помехам, чем существующие системы, в которых используется только несколько антенн.

Также следует отметить, что сети Massive MIMO будут использовать технологию формирования луча, позволяющую целенаправленно использовать спектр. Современные мобильные сети довольно глупы в том смысле, что распределяют единый пул спектра между всеми находящимися поблизости пользователями, что приводит к снижению производительности в густонаселенной местности. Благодаря Massive MIMO и формированию диаграммы направленности такой процесс выполняется гораздо более разумно и эффективно, поэтому скорость передачи данных и задержки будут гораздо более единообразными во всей сети.

MIMO и 5G

В то время как стандартные принципы MIMO уже используются во многих стандартах Wi-Fi и 4G, Massive MIMO действительно вступит в игру, как только появится 5G. Действительно, многие ожидают, что Massive MIMO станет ключевым инструментом и основополагающим компонентом 5G.

Одна из ключевых ролей любой сети 5G будет заключаться в том, чтобы справиться с огромным увеличением использования данных, которое не за горами. По оценкам Cisco, к 2020 году, когда 5G будет развернут для основной аудитории, их будет 5.5 миллиардов мобильных пользователей по всему миру, каждый из которых потребляет 20 ГБ данных в месяц. Это даже без учета того огромного влияния, которое, по прогнозам, Интернет вещей окажет на наши мобильные сети.

Способность

Massive MIMO обслуживать нескольких пользователей — и несколько устройств — одновременно в конденсированной области при сохранении высокой скорости передачи данных и стабильной производительности делает эту технологию идеальной для удовлетворения потребностей грядущей эры 5G.

Огромный прорыв в области MIMO

Технология Massive MIMO уже коммерчески доступна в Китае и Японии в контексте 4G LTE.Сеть Softbank последней страны развернула первую в истории коммерческую сеть Massive MIMO к концу 2016 года.

В начале сентября 2017 года Эрикссон объявил о выпуске новой радиостанции FDD (Frequency Division Duplexing) с поддержкой 5G и Massive MIMO. В нем утверждалось, что это устранит разрыв между 4G и 5G, повысит пропускную способность существующего 4G LTE и заложит основу для 5G.

Китайские компании, занимающиеся сетевыми технологиями, ZTE и Huawei объявили о новых тестах European Massive MIMO в октябре 2017 года.

Также в 2017 году Vodafone и Huawei объединились в Австралии, чтобы продемонстрировать технологию Massive MIMO в реальных условиях. Им удалось использовать существующий частотный спектр Vodafone вместе с активным антенным блоком Huawei 5G (с 32 внутренними передатчиками и приемниками), чтобы достичь скорости передачи 717 Мбит / с на восьми устройствах.

В начале 2018 года Nokia сделала шаг к совершенствованию самой антенной технологии Massive MIMO, выпустив свой чипсет ReefShark. Nokia заявила, что ReefShark меньше, легче и более энергоэффективна, чем ее предшественники, что уменьшает массивный размер антенны MIMO вдвое и снижает потребление энергии в модулях основной полосы частот на 64%.

Корейский технологический гигант Samsung также занимается разработкой технологии Massive MIMO. В своей штаб-квартире в Сувоне, Корея, компания создала так называемый «город 5G», чтобы дать некоторое представление о том, какой может быть жизнь после внедрения 5G.

Одним из основных элементов этого города 5G был так называемый «стадион 5G», который специально продемонстрировал, как массивная технология MIMO может позволить толпам людей одновременно транслировать HD-видео без каких-либо задержек или перерывов.

Тестирование производительности нескольких параллельных сигналов оказалось довольно сложной задачей для телекоммуникационной отрасли.Компания Cobham Wireless решила эту проблему в марте 2018 года, представив решение для многолучевого тестирования производительности Massive MIMO, разработанное совместно с Китайским исследовательским институтом мобильной связи. Он позволяет проводить тестирование в виртуализированной среде, моделирующей реальные условия, что было шагом вперед по сравнению с предшествовавшими ему лабораторными тестами ограниченного масштаба.

На выставке MWC 2019 в Барселоне компания Эрикссон получила награду за лучшую инфраструктуру мобильной сети за свою высокополосную технологию Massive MIMO 5G. Это первое в истории коммерческое усовершенствованное решение для мобильной широкополосной связи, работающее на миллиметровых волнах, или более высоких частотных диапазонах, которые определят 5G.

Что мобильные сети Великобритании делают с Massive MIMO?

Vodafone стал первой европейской мобильной сетью, развернувшей Massive MIMO, когда в июне 2017 года начал модернизацию ряда своих сайтов в Великобритании. Оператор нацелился на точки доступа в Великобритании, где можно было бы лучше всего использовать ключевые атрибуты MIMO, такие как города и спортивные стадионы.

Почти год спустя, в апреле 2018 года, Vodafone провела первое в Великобритании испытание спектра 3,4 ГГц с использованием технологии Massive MIMO.

В октябре 2018 года Vodafone запустил первую полную пробную версию 5G в Великобритании в Солфорде.Это был первый протокол, в котором 5G был реализован в коммерческой сети, и для этого использовалась технология Massive MIMO в сочетании со спектром 3,4 ГГц. С тех пор он развернул эти тесты в Бирмингеме, Бристоле, Кардиффе, Глазго, Ливерпуле и Лондоне.

Немного позже теста Vodafone, в ноябре 2018 года, O2 и Nokia объединились, чтобы запустить два испытания Massive MIMO в районах Лондона Кингс-Кросс и Мраморная арка. Это позволило использовать технологию Nokia Massive MIMO и частотный диапазон 2,3 ГГц, который O2 выиграл на аукционе Ofcom в начале 2018 года.До этого O2 сообщала, что «инвестирует более 600 миллионов фунтов стерлингов в год в такие инновации, как Massive MIMO и 5G».

UK network EE as также работает с массовой технологией MIMO. В ноябре 2017 года компания использовала Massive MIMO для демонстрации скорости загрузки 2,8 Гбит / с в сквозной тестовой сети 5G. Материнская компания BT также работала с Nokia над внедрением вышеупомянутого набора микросхем ReefShark в свою сеть.

Могут ли современные телефоны использовать Massive MIMO?

Хотя Massive MIMO будет ключевой технологией 5G, и уже были проведены тесты с современной передовой сетевой технологией 4G LTE, в настоящее время вы не можете купить смартфон с поддержкой Massive MIMO.Это было бы бессмысленно без коммерчески доступной сети, оснащенной Massive MIMO, в которой можно было бы работать.

Однако многие телефоны могут использовать обычный MIMO в существующих сетях 4G LTE. Например, iPhone XR поддерживает MIMO 2×2, а iPhone XS поддерживает MIMO 4×4. Последний состоит из четырех антенн для четырех одновременных потоков данных, что позволяет передавать данные в два раза быстрее, чем MIMO 2×2.

Недавно анонсированное Samsung семейство Galaxy S10 также поддерживает 4×4 MIMO, как и Samsung Galaxy S9 и Galaxy S8.Google Pixel 3 и Pixel 2 также участвуют в игре 4×4 MIMO, как и HTC U11 и HTC U12 +, Huawei Mate 20 Pro и OnePlus 6T. По сути, если вы купили флагманский телефон в течение последних двух лет или около того, он, вероятно, поддерживает 4×4 MIMO.

Однако стоит отметить, что даже старые или менее функциональные телефоны, не поддерживающие MIMO, смогут получить выгоду от более стабильной и более чувствительной сетевой среды, которую создает Massive MIMO. И наоборот, телефоны с поддержкой 4×4 MIMO будут работать быстрее даже в сетях MIMO 2×2, поскольку вместо этого две бесплатные антенны работают, чтобы отточить более сильный сигнал.Таким образом, вы можете рассчитывать на то, что телефоны с поддержкой Massive MIMO будут обладать отличным сетевым подключением независимо от сетевой среды, в которой они поступят.

Изображение предоставлено: Университет Линчёпинга

.

Что такое MU-MIMO? Понимание многопользовательской технологии MIMO

Внутри Интернета

11 июня 2019

Это может звучать как итальянская пантомима, но MU-MIMO — одна из ключевых технологий, способствующих развитию высокопроизводительных беспроводных сетей следующего поколения.

MU-MIMO расшифровывается как Multiple User — Multiple-Input, Multiple-Output. MU-MIMO — это следующее поколение SU-MIMO (однопользовательский) или просто старый добрый MIMO.Чаще всего он используется для одновременного подключения WiFi-маршрутизаторов к нескольким устройствам в вашем доме. Starry также использует эту технологию, чтобы помочь нашей фиксированной беспроводной сети обеспечить высокопроизводительный доступ в Интернет в вашем доме (также известный как сверхбыстрый широкополосный доступ).

Да, это сложно, но MU-MIMO делает жизнь всех подключенных устройств (15 или 500) менее сложной. Намного полезнее, чем итальянский мим.

Если вы живете один и к вашей сети Wi-Fi одновременно подключено всего несколько устройств — телефон или ноутбук — ваши видео и электронная почта должны загружаться быстро.К маршрутизатору и от него идет очень мало трафика, поэтому они могут работать по очереди. Вот как все работало.

Но если вы живете в семье, состоящей из нескольких человек, с множеством устройств — смарт-телевизором, ноутбуками, планшетами, телефонами, Alexa, Nest, Ring или даже умным тостером — заставить все ждать своей очереди — значит долго ждать. Вы, вероятно, начнете замечать время задержки. Вот тут-то и пригодится MU-MIMO.

MU-MIMO поддерживает среды, в которых (сюрприз!) Несколько устройств одновременно пытаются получить доступ к сети.Каждое устройство может отправлять и получать информацию одновременно с одинаковой скоростью. Важно отметить, что если вы используете несколько устройств с двумя передатчиками и двумя приемниками (например, большинство смартфонов), MU-MIMO имеет гораздо большее значение для предотвращения задержки.

Это упрощает много , но в основном обычный старый MIMO будет означать, что если пять пользователей попытаются получить доступ к одной частоте, им можно будет разрешить доступ только по одному за раз — что-то вроде этого. Передатчик MU-MIMO может разбивать доступную полосу пропускания на отдельные потоки, которые поровну разделяют соединение, вместо того, чтобы создавать очередь.

Что еще может MU-MIMO?

Так же, как антенны в вашем маршрутизаторе легко переключаются между вашими устройствами, Starry использует версию MU-MIMO под названием Massive MU-MIMO для нашей широкой сети доступа (WAN). Это выполняется так же легко, как ваш маршрутизатор обрабатывает все устройства в вашем доме. Наши звездные лучи могут одновременно отправлять и получать данные с других антенн на крыше, .

MU-MIMO и массивный MU-MIMO сочетаются с технологией, называемой формированием луча, которая позволяет антенне передавать радиосигналы из одного места в несколько определенных конечных точек, а не бесцельно вокруг всей области.Эта направленная связь точка-множество точек создает более сильную, лучшую и быструю беспроводную связь (кто-то дал знать Канье). Это означает, что мы можем обеспечить вам молниеносный доступ в Интернет, начиная с верхней части здания и заканчивая маршрутизатором и беспроводными устройствами. Вау.

.

Несколько входов Несколько выходов »Электроника

MIMO, несколько входов, несколько выходов используется в LTE для обеспечения улучшенных характеристик сигнала и / или улучшенных скоростей передачи данных с использованием многолучевого распространения.

4G LTE включает:
Что такое LTE
LTE OFDMA / SCFDMA
MIMO
LTE дуплекс
Кадр и подкадр LTE
Каналы передачи данных LTE
Полосы частот LTE
LTE EARFCN
Категории / классы UE
LTE-M (от машины к машине)
LTE-LAA / LTE-U
VoLTE
SRVCC

LTE Дополнительные темы:
LTE Advanced введение
Агрегация несущих
Скоординированная многоточечная
LTE реле
От устройства к устройству, D2D

MIMO, несколько входов, несколько выходов — это технология, которая была внедрена во многие системы беспроводной связи, включая 4G LTE, для улучшения характеристик сигнала.

Используя несколько антенн, LTE MIMO может использовать существующее многолучевое распространение для улучшения характеристик сигнала.

LTE MIMO усложняет систему, но может обеспечить некоторые значительные улучшения в производительности и спектральной эффективности, что более чем оправдывает его включение в стандарт LTE.

LTE MIMO: введение

MIMO — это, в основном, антенная технология, поскольку в ней используется несколько антенн для повышения производительности.

Основная концепция MIMO использует многолучевое распространение сигнала, которое присутствует во всех наземных коммуникациях. Вместо того чтобы создавать помехи, эти пути можно использовать с пользой.

Передатчик и приемник имеют более одной антенны, и, используя вычислительную мощность, доступную на любом конце линии связи, они могут использовать разные пути, существующие между двумя объектами, для улучшения скорости передачи данных сигнал-шум.

Примечание по MIMO:

MIMO — это форма антенной технологии, в которой используются несколько антенн для передачи сигналов по разным путям в результате отражений и т. Д., которые необходимо разделить, и их возможности использовать для улучшения пропускной способности данных и / или отношения сигнал / шум, тем самым улучшая производительность системы.

Подробнее о Технология MIMO

MIMO все чаще используется во многих технологиях с высокой скоростью передачи данных, включая Wi-Fi и другие беспроводные и сотовые технологии, чтобы обеспечить повышенный уровень эффективности. По сути, MIMO использует несколько антенн на приемнике и передатчике, чтобы использовать эффекты многолучевого распространения, которые всегда существуют, для передачи дополнительных данных, а не для создания помех.

LTE MIMO

Использование технологии MIMO последовательно вводится в различных выпусках стандартов LTE.

MIMO был краеугольным камнем стандарта LTE, но первоначально в выпусках 8 и 9 несколько передающих антенн на UE не поддерживались, поскольку в интересах снижения мощности предполагалось, что доступен только один усилитель мощности RF.

Было в отн. 10, что был введен ряд новых схем. Пространственное мультиплексирование с замкнутым контуром для SU-MIMO, а также для нескольких антенн на UE.

Режимы LTE MIMO

Существует несколько способов реализации MIMO в LTE. Они различаются в зависимости от используемого оборудования, функции канала и оборудования, задействованного в соединении.

• Одиночная антенна: Это форма беспроводной передачи, используемая в большинстве базовых беспроводных каналов. Один поток данных передается по одной антенне и принимается одной или несколькими антеннами. Это также может называться SISO: Single In Single Out или SIMO Single In Multiple Out в зависимости от используемых антенн.SIMO также называют разнесением приема.
• Разнесение передачи: Эта форма схемы LTE MIMO использует передачу одного и того же информационного потока с нескольких антенн. LTE поддерживает два или четыре таких метода. Информация кодируется по-разному с использованием блочных кодов пространственной частоты. Этот режим обеспечивает улучшение качества сигнала при приеме и не увеличивает скорость передачи данных. Соответственно, эта форма LTE MIMO используется на общих каналах, а также на каналах управления и вещания.
• Пространственное мультиплексирование без обратной связи: Эта форма MIMO, используемая в системе LTE, включает отправку двух информационных потоков, которые могут передаваться по двум или более антеннам. Однако обратная связь от UE отсутствует, хотя TRI, индикатор ранга передачи, передаваемый от UE, может использоваться базовой станцией для определения количества пространственных уровней.
• Пространственное мультиплексирование с замкнутым контуром: Эта форма LTE MIMO похожа на версию с разомкнутым контуром, но, как видно из названия, в него встроена обратная связь для замыкания контура.Индикатор матрицы предварительного кодирования PMI передается обратно от UE на базовую станцию. Это позволяет передатчику предварительно кодировать данные для оптимизации передачи и позволяет приемнику более легко разделять различные потоки данных.
• Замкнутый цикл с предварительным кодированием: Это еще одна форма LTE MIMO, но в которой одно кодовое слово передается на одном пространственном уровне. Это может быть использовано как резервный режим для пространственного мультиплексирования с замкнутым контуром, а также может быть связано с формированием диаграммы направленности.
• Многопользовательский MIMO, MU-MIMO: Эта форма LTE MIMO позволяет системе нацеливать разные пространственные потоки на разных пользователей.
• Формирование луча и MIMO: Это самый сложный из режимов MIMO, и он, вероятно, будет использовать линейные решетки, которые позволят антенне сфокусироваться на определенной области. Это уменьшит помехи и увеличит пропускную способность, поскольку у конкретного UE будет луч, сформированный в их конкретном направлении.При этом одно кодовое слово передается по одному пространственному уровню. Для дополнительного порта используется специальный опорный сигнал. Терминал оценивает качество канала по общим опорным сигналам на антеннах.

По мере развития стандартов LTE количество поддерживаемых антенн увеличивалось. Для многих мобильных устройств использование MIMO просто привело к улучшению характеристик сигнала, тогда как для других оно могло обеспечить повышение реальной скорости передачи данных.

Темы беспроводного и проводного подключения:
Основы мобильной связи
2G GSM
3G UMTS
4G LTE
5G
Вай-фай
IEEE 802.15,4
Беспроводные телефоны DECT
NFC — связь ближнего поля
Основы сетевых технологий
Что такое облако
Ethernet
Серийные данные
USB
SigFox
LoRa
VoIP
SDN
NFV
SD-WAN

Вернуться к беспроводной и проводной связи

.