Båndbreddekravene til mobilnettverk er svært høye, og samtidig vokser de stadig. De åpenbare alternativene for å øke båndbredden - øke kanalbredden og bruke høyere ordens modulasjoner - løser ikke helt problemet med å gi høy båndbredde. Frekvensområdet er fortsatt begrenset. Og bruken av en høyere ordens modulasjon innebærer en økning i SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio), som også har sin grense. En annen måte å øke gjennomstrømningen til trådløse systemer på er å bruke flere sende- og mottaksantenner ( MIMO - Multiple Input Multiple Output) og spesiell signalbehandling i dette tilfellet. Følgende er en klassifisering av MIMO-alternativer og en kort beskrivelse.

Klassisk system (SISO - Single Input Single Output)

La oss først se på MIMO-alternativene som kan brukes til å overføre data til én bruker. Den første klassiske og enkleste bruken av én sender- og én mottakerantenne er vist i figuren nedenfor. Når det gjelder MIMO-terminologi, kalles et slikt system SISO - Enkel inngang Enkel utgang.

Gjennomstrømningen til et slikt system kan beregnes ved å bruke Shannons formel:

C = B log 2 (1 + S/N), hvor

C B- kanalbredde; S/N- signal til støyforhold.

Diversity (Rx Diversity, SIMO - Single Input Multiple Output)

Mangfold (Rx Diversity)- dette er tilfellet med å bruke flere antenner på mottakersiden enn på den som sender. Med tanke på MIMO kalles et slikt system SIMO - Single Input Multiple Output... Det enkleste tilfellet med et slikt system, når det er en senderantenne og to mottaksantenner, er vist i figuren nedenfor og kalles SIMO 1x2.

Den presenterte versjonen krever ikke spesiell forberedelse av signalet under overføring, så det er ganske enkelt å implementere det i praksis. Med mangfold mottar, er det ingen økning i gjennomstrømming. Imidlertid er overføringssikkerheten forbedret. For systemet vist ovenfor vil det være to signaler på mottakersiden, og det er forskjellige måter å behandle dem på. For eksempel kan signalet med det beste signal-til-støy-forholdet velges. Denne metoden kalles switched diversity. Eller signalene kan legges sammen for å forbedre signal-til-støy-forholdet. Og denne metoden kalles MRC - Maximum Ratio Combining.

Diversity (Tx Diversity, MISO - Multiple Input Single Output)

Mangfoldsoverføring (Tx Diversity)- dette er tilfellet ved bruk av flere antenner på sendersiden enn på mottakersiden. Med tanke på MIMO kalles et slikt system MISO - Multiple Input Single Output... Det enkleste tilfellet med et slikt system, når det er to senderantenner og en mottakerantenne, er vist i figuren under og kalles MISO 2x1.

I likhet med SIMO, tillater ikke MISO å øke båndbredden til kanalen, men øker overføringssikkerheten. Samtidig gjør bruken av MISO det mulig å overføre nødvendig tilleggssignalbehandling fra mottakersiden (mobilstasjon) til sendersiden (basestasjon). Rom-tid-koding brukes til å generere et pålitelig signal. I dette tilfellet overføres en kopi av signalet ikke bare fra en annen antenne, men også på et annet tidspunkt. Romfrekvenskoding kan også brukes.

Romlig multipleksing (MIMO - Multiple Input Multiple Output)

Romlig multipleksing- dette er tilfellet ved bruk av flere antenner på sendersiden og flere antenner på mottakersiden. I motsetning til de tidligere alternativene - MISO og SIMO, beskrevet ovenfor, er dette alternativet ikke rettet mot å øke overføringssikkerheten, men å øke overføringshastigheten. Derfor brukes MIMO til å overføre data til mobilstasjoner som er i gode radioforhold. Mens MISO- og SIMO-alternativene brukes til å overføre data til mobilstasjoner som er i dårligere radioforhold. For å øke dataoverføringshastigheten i tilfellet med MIMO, er inngangsdatastrømmen delt inn i flere strømmer, som hver sendes uavhengig fra en separat antenne. Figuren under viser et generelt diagram over et MIMO-system med m sendeantenner og med n mottaksantenner.

På grunn av at det brukes en felles kanal, mottar hver antenne ved mottakeren et signal ikke bare beregnet på den (heltrukne linjer i figuren), men også alle signaler beregnet på andre antenner (stiplede linjer i figuren). Hvis overføringsmatrisen er kjent, kan påvirkningen av signaler som er bestemt for andre antenner beregnes og minimeres.

Antall uavhengige datastrømmer som kan overføres samtidig avhenger av antall antenner som brukes. Hvis antallet sender- og mottaksantenner er det samme, er antallet uavhengige datastrømmer lik eller mindre enn antallet antenner. For eksempel, i tilfellet med 4x4 MIMO, kan antallet uavhengige datastrømmer være 4 eller mindre. Hvis antallet sender- og mottaksantenner ikke er det samme, er antallet uavhengige datastrømmer lik eller mindre enn minimumsantallet av antenner. For eksempel, i tilfellet med MIMO 4x2, kan antallet uavhengige datastrømmer være 2 eller mindre.

Følgende formel gjelder for å beregne maksimal gjennomstrømning når du bruker MIMO:

C = M B log 2 (1 + S/N), hvor

C- kanalkapasitet; M- antall uavhengige datastrømmer; B- kanalbredde; S/N- signal til støyforhold.

Avhengig av antall brukere som overfører data samtidig, kan følgende alternativer skilles. Single User MIMO (SU-MIMO)- når MIMO-teknologi brukes til å overføre data til én bruker, det vil si at alle datastrømmer er adressert til samme bruker. OG Multi User MIMO (MU-MIMO)- når MIMO-teknologi brukes til å overføre data til flere brukere samtidig i samme ressursblokker, det vil si når uavhengige datastrømmer er adressert til forskjellige brukere. Figuren nedenfor viser et eksempel på MU-MIMO for to brukere.

Hvis du ikke fant informasjonen du er interessert i på LTE / LTE-A i denne artikkelen, skriv meg et brev om dette på [e-postbeskyttet] Jeg skal prøve å legge det til så snart som mulig.

Mobil dataoverføring LTE tilhører generasjonen 4G ... Med det øker hastigheten med omtrent 10 ganger og effektiviteten av dataoverføring, sammenlignet med 3G Nettverk. Imidlertid hender det ofte at hastigheten på mottak og overføring, selv for den nye generasjonen, etterlater mye å være ønsket. Dette avhenger direkte av kvaliteten på signalet som kommer fra basestasjonen. For å løse dette problemet brukes eksterne antenner.

Av design, LTE antenner kan være: vanlige og MIMO ( dobbelt) ... Med et konvensjonelt system kan hastigheter på opptil 50 Mbps oppnås. MIMO den kan imidlertid doble denne hastigheten. Dette gjøres ved å installere to antenner i ett system (boks), plassert i kort avstand fra hverandre. De mottar og overfører signalet samtidig via to separate kabler til mottakeren. På grunn av dette oppstår en slik hastighetsøkning.

MIMO (Multiple Input Multiple Output -multiple input multiple output) er en teknologi som brukes i trådløse kommunikasjonssystemer (WIFI, WI-MAX, mobilkommunikasjonsnettverk), som kan forbedre systemets spektrale effektivitet, maksimal dataoverføringshastighet og nettverkskapasitet betydelig. Den viktigste måten å oppnå fordelene ovenfor er å overføre data fra kilde til destinasjon gjennom flere radioforbindelser, hvorfra denne teknologien har fått navnet sitt.

Funksjoner ved forplantning av radiobølger

Bølger som sendes ut av ulike trådløse radiosystemer i området over 100 MHz, oppfører seg på mange måter som lysstråler. Når radiobølger, mens de forplanter seg, møter en hvilken som helst overflate, så, avhengig av materialet og størrelsen på hindringen, absorberes noe av energien, noe passerer gjennom og resten reflekteres. Dessuten kan de reflekterte og passerte signalenergiene endre retningen på deres videre forplantning, og selve signalet deles i flere bølger. Hver av bølgene som når mottakeren danner den såkalte signalforplantningsbanen. På grunn av det faktum at forskjellige bølger reflekteres fra et forskjellig antall hindringer og reiser forskjellige avstander, har forskjellige stier forskjellig tid forsinkelser.

Fordeling av signalenergi ved interaksjon med en hindring

I en tett bybygning, på grunn av det store antallet hindringer som bygninger, trær, biler osv., oppstår det ofte en situasjon mellom en abonnent utstyr (MS)og basestasjonsantenner (BTS) har ingen siktlinje. I dette tilfellet er reflekterte bølger den eneste måten å nå mottakersignalet. Imidlertid, som nevnt ovenfor, har det multiple reflekterte signalet ikke lenger den opprinnelige energien og kan komme med en forsinkelse. Spesielt vanskelig er det faktum at objekter ikke alltid forblir stasjonære og situasjonen kan endre seg betydelig over tid. Dette reiser problemet med multistrålesprer seg signal - et av de viktigste problemene i trådløse kommunikasjonssystemer.

For å bekjempe flerveis forplantning av signaler, brukes Receive Diversity. resepsjon.

Dens essens ligger i det faktum at for å motta et signal, brukes ikke én, men vanligvis to antenner, plassert i avstand fra hverandre. Dermed har mottakeren ikke én, men to kopier av det overførte signalet, som kom på forskjellige måter. Dette gjør det mulig å samle mer energi av det opprinnelige signalet, fordi bølger mottatt av en antenne kan ikke mottas av en annen, og omvendt. Dette radiogrensesnittarrangementet kan kalles Single Input Multiple Output (SIMO). Den omvendte tilnærmingen kan også brukes: når flere antenner brukes til å sende og en for å motta, kalles denne ordningen Multiple Input Single Output (MISO).

Som et resultat kommer vi til Multiple Input Multiple Output (MIMO) ordningen. I dette tilfellet er flere sende- og mottaksantenner installert. Imidlertid, i motsetning til de ovennevnte ordningene, tillater dette mangfoldsskjemaet ikke bare å bekjempe flerveis forplantning av signalet, men også på grunn av bruken av flere antenner i overføring og mottak, kan hvert par sende-/mottaksantenner assosieres med en egen bane for overføre informasjon. Som et resultat er det teoretisk mulig å øke datahastigheten med så mange ganger som antall ekstra antenner vil bli brukt.

Hvordan MIMO fungerer

Som nevnt ovenfor, for organisering av MIMO-teknologi, er det nødvendig å installere flere antenner på sender- og mottakersiden. Vanligvis er et likt antall antenner installert ved inngangen og utgangen til systemet, fordi i dette tilfellet nås den maksimale overføringshastigheten. For å vise antall sende- og mottaksantenner sammen med teknologinavnet "MIMO"vanligvis er notasjonen nevnt "AxB",hvor A er antall antenner ved inngangen til systemet, og B er ved utgangen.

For at MIMO-teknologi skal fungere, kreves det noen endringer i senderstrukturen sammenlignet med konvensjonelle systemer. Først av alt, på overføringssiden, er det nødvendig med en strømdeler, som vil dele dataene beregnet for overføring i flere lavhastighets understrømmer, hvor antallet avhenger av antall antenner. For eksempel, for MIMO 2x2 og en inngangsdatahastighet på 100 Mbps, vil deleren lage 2 strømmer på 50 Mbps hver. Videre må hver av disse strømmene sendes gjennom sin egen antenne. På en mulig måte å organisere MIMO-teknologi på, sendes signalet fra hver antenne med forskjellige polarisasjoner, noe som gjør det mulig å identifisere det under mottak.

På mottakersiden mottar flere antenner signalet fra radioen. Dessuten er antennene på mottakersiden også installert med en viss romlig diversitet, på grunn av hvilken diversitetsmottak er sikret. De mottatte signalene går til mottakere, hvor antallet tilsvarer antall antenner og overføringsveier. Dessuten mottar hver av mottakerne signaler fra alle systemets antenner. Hver av disse addererne skiller fra den totale strømmen signalenergien til bare banen den er ansvarlig for. Avhengig av driftsprinsippet til systemet, kan det overførte signalet gjentas etter en viss tid, eller overføres med en liten forsinkelse gjennom andre antenner.

Prinsippet ovenfor for radiokommunikasjonsorganisasjon refererer til den såkalte Single User MIMO (SU-MIMO), hvor det kun er én sender og mottaker av informasjon. I dette tilfellet kan både senderen og mottakeren tydelig koordinere bare handlingene deres. Et slikt opplegg er for eksempel egnet for å organisere kommunikasjon på et hjemmekontor mellom to enheter. I sin tur er de fleste systemer som WI-FI, WIMAX, mobilkommunikasjonssystemer flerbruker, dvs. de har et enkelt senter og flere eksterne objekter, med hver av dem er det nødvendig å organisere en radioforbindelse. I dette tilfellet er to problemer løst: på den ene siden sender basestasjonen et signal til mange abonnenter gjennom samme antennesystem (MIMO broadcast), og mottar samtidig et signal gjennom de samme antennene fra flere abonnenter (MIMO). MAC - Multiple Access Channels).

MIMO teknologiorganisasjonsprinsipp

MIMO-applikasjon

MIMO-teknologi i det siste tiåret har vært en av de mest relevante måtene å øke gjennomstrømningen og kapasiteten til trådløse kommunikasjonssystemer. La oss vurdere noen eksempler på bruk av MIMO i ulike kommunikasjonssystemer.

WiFi 802.11n-standarden er et av de mest slående eksemplene på bruk av MIMO-teknologi. Ifølge ham lar den deg opprettholde hastigheter på opptil 300 Mbps. Dessuten tillot den forrige standarden 802.11g bare 50 Mbps. I tillegg til å øke dataoverføringshastigheten tillater den nye standarden, takket være MIMO, også bedre kvalitet på tjenesteytelsen på steder med lave signalnivåer.

WiMAX-standarden har også to utgivelser som åpner nye muligheter for brukere som bruker MIMO-teknologi. Den første, 802.16e, tilbyr mobile bredbåndstjenester. Den lar deg overføre informasjon med en hastighet på opptil 40 Mbit/s i retning fra basestasjonen til abonnentutstyret. Imidlertid anses MIMO i 802.16e som et alternativ og brukes i den enkleste konfigurasjonen - 2x2. I neste utgivelse regnes 802.16m MIMO som en obligatorisk teknologi, med en mulig 4x4-konfigurasjon. I dette tilfellet kan WiMAX allerede tilskrives mobilkommunikasjonssystemer, nemlig deres fjerde generasjon (på grunn av den høye dataoverføringshastigheten). Ved mobilbruk kan man teoretisk oppnå en hastighet på 100 Mbps. I en fast versjon kan hastigheten nå 1 Gb/s.

Av størst interesse er bruken av MIMO-teknologi i mobilkommunikasjonssystemer. Denne teknologien har blitt brukt siden tredje generasjon av mobilkommunikasjonssystemer. For eksempel i standarden UMTS, i Rel. 6, brukes den sammen med HSPA-teknologi som støtter hastigheter på opptil 20 Mbps, og i Rel. 7 - med HSPA +, hvor dataoverføringshastigheter når 40 Mbps. I 3G-systemer har MIMO imidlertid ikke funnet utbredt bruk.

4G-systemer, nemlig LTE, sørger også for bruk av MIMO i konfigurasjoner opp til 8x8. I teorien kan dette gjøre det mulig å overføre data fra en basestasjon til en abonnent i overkant av 300 Mbps. Et viktig positivt poeng er også den konsistente kvaliteten på forbindelsen selv ved kanten av honningkaken.. I dette tilfellet, selv i betydelig avstand fra basestasjonen, eller når du er i et avsidesliggende rom, vil bare en liten reduksjon i dataoverføringshastigheten bli observert.

Dermed finner MIMO-teknologi anvendelse i nesten alle trådløse dataoverføringssystemer. Dessuten er potensialet ikke brukt opp. Allerede utvikles nyer, opptil 64x64 MIMO. Dette vil i fremtiden gjøre det mulig å oppnå enda høyere datahastigheter, nettverkskapasitet og spektral effektivitet.

MIMO - m Antenneteknologi i LTE

MIMO-funksjoner (M flerinngang – flere utganger)

Bruken av MIMO (multiple input - multiple output) teknologier løser to problemer:

Økt kommunikasjonskvalitet gjennom romlig tid/frekvenskoding og/eller stråleforming,

Øke overføringshastigheten ved bruk av romlig multipleksing.

MIMO-struktur

I ulike MIMO-implementeringer mener vi samtidig overføring av flere uavhengige meldinger i én fysisk kanal. For å implementere MIMO-handlingen brukes multi-antennesystemer: på sendesiden er det N t senderantenner, og på mottakersiden N r resepsjonister. Denne strukturen er vist i fig. en.

Ris. 1. MIMO-struktur

Hva er MIMO?

MIMO (eng. Multiple Input Multiple Output) -en metode for romlig koding av et signal, som gjør det mulig å øke kanalbåndbredden, der dataoverføring utføres ved hjelp av N antenner og deres mottak M antenner. Sender- og mottaksantennene er adskilt nok til å oppnå svak korrelasjon mellom tilstøtende antenner.

Historien til MIMO

Historien til MIMO-systemer som et objekt for trådløs kommunikasjon er fortsatt veldig kort. Det første patentet for bruk av MIMO-prinsippet i radiokommunikasjon ble innlevert i 1984 på vegne av Bell Laboratories-ansatt Jack Winters. Basert på forskningen hans publiserte Jack Salz fra samme selskap den første artikkelen om MIMO-løsninger i 1985. Utviklingen av denne retningen fortsatte av Bell Laboratories-spesialister og andre forskere frem til 1995. I 1996 foreslo Greg Raleigh og Gerald J. Foschini en ny implementering av MIMO-systemet, og økte dermed effektiviteten. Deretter ble Greg Raleigh, som ble kreditert med OFDM ( Ortogonal Frequency Division Multiplexing- ortogonal bærermultipleksing) for MIMO, grunnla Airgo Networks, som utviklet det første MIMO-brikkesettet kalt True MIMO.

Til tross for en ganske kort tid siden oppstarten, utvikler MIMO-retningen seg i en veldig mangfoldig retning og inkluderer en heterogen familie av metoder som kan klassifiseres i henhold til prinsippet om signalseparasjon i mottaksenheten. I MIMO-systemer brukes dessuten både tilnærminger til signalseparasjon som allerede har kommet i praksis og nye. Disse inkluderer for eksempel rom-tid, romfrekvens, rompolarisasjonskoding, samt superoppløsning i retning av signalankomst til mottakeren. På grunn av overfloden av tilnærminger til signalseparasjon, har det vært mulig å sikre en så lang utvikling av standarder for bruk av MIMO-systemer i kommunikasjon. Imidlertid er alle typer MIMO rettet mot å oppnå ett mål - å øke den høyeste dataoverføringshastigheten i kommunikasjonsnettverk ved å forbedre støyimmunitet.

Den enkleste MIMO-antennen er et system med to monopole monopoler orientert i en vinkel på ± 45 ° i forhold til den vertikale aksen (fig. 2).

Ris. 2 Den enkleste MIMO-antennen

En slik polarisasjonsvinkel gjør at kanalene kan være i like forhold, siden med en horisontal-vertikal orientering av emitterne, vil en av polarisasjonskomponentene uunngåelig få en større dempning når de forplanter seg langs jordoverflaten. Signalene som sendes ut uavhengig av hver monopol er gjensidig ortogonalt polarisert med en tilstrekkelig høy gjensidig isolasjon i krysspolarisasjonskomponenten (minst 20 dB). En lignende antenne brukes på mottakersiden. Denne tilnærmingen tillater samtidig overføring av signaler med samme bærere, modulert på forskjellige måter. Prinsippet om polarisasjonsseparasjon gir en dobling av gjennomstrømningen til en radioforbindelse sammenlignet med tilfellet med en enkelt monopol (i ideelle sikteforhold med identiske orienteringer av mottaker- og senderantennene). Dermed kan i hovedsak ethvert dobbeltpolariseringssystem betraktes som et MIMO-system.

Videre utvikling av MIMO

Da MIMO-teknologien ble spesifisert i utgivelse 7, spredte standarden seg aktivt over hele verden. Det har vært forsøk på å kombinere tredjegenerasjonsnettverk med MIMO-teknologi, men har ikke fått utbredt bruk. I følge Global Association of Mobile Equipment Suppliers ( Global Mobile Suppliers Association, GSA) datert 11/04/2010 på det tidspunktet av 2776 typer enheter med HSPA-støtte på markedet, kun 28 modeller støtter MIMO. I tillegg fører innføringen av et MIMO-nettverk med lav penetrasjon av MIMO-terminaler til en reduksjon i nettverksbåndbredde. Nokia har utviklet teknologi for å minimere båndbreddetap, men det ville bare vært effektivt hvis MIMO-terminalpenetrasjonen var minst 40 % av abonnentenhetene. I tillegg til ovenstående er det verdt å minne om at 14. desember 2009 ble verdens første mobilnett basert på LTE-teknologi lansert, som gjorde det mulig å oppnå mye høyere hastigheter. Basert på dette er det klart at operatørene var fokusert på tidlig utrulling av LTE-nettverk, snarere enn på modernisering av tredjegenerasjonsnettverk.

I dag kan man merke en rask vekst i trafikkvolumet i 4-generasjons mobilnett, og for å gi den nødvendige hastigheten til alle sine abonnenter, må operatørene se etter ulike metoder for å øke hastigheten på dataoverføring eller for å øke effektiviteten ved å bruke frekvensressursen. MIMO, derimot, tillater i det tilgjengelige frekvensbåndet å overføre nesten 2 ganger mer data i samme tidsintervall med 2x2-alternativet. Hvis vi bruker en 4x4-antenneimplementering, vil den maksimale nedlastingshastigheten for informasjon dessverre være 326 Mbit/s, og ikke 400 Mbit/s, som den teoretiske beregningen antyder. Dette skyldes det særegne ved overføring gjennom 4 antenner. Hver antenne er tildelt visse ressurselementer (RE) for overføring av referansesymboler. De er nødvendige for å organisere koherent demodulering og kanalestimering. Plasseringen av disse ER-ene er vist i fig. 3. Sendeantenner tildeles logiske antenneportnumre. Tegn merket med R0 overføres på port 0, tegn merket med R1 - på port 1, og så videre. Som et resultat blir 14,3 % av alle RE-er allokert til overføring av referansesymboler, noe som forklarer forskjellen i teoretiske og praktiske priser.

På fingrene om MIMO.

La oss forestille oss at informasjon er mennesker, og modemet og basestasjonen til operatøren er to byer mellom hvilke en sti er lagt, og antennen er en stasjon. Vi skal frakte folk med tog, som for eksempel ikke kan frakte mer enn hundre personer. Kapasiteten mellom slike byer vil være begrenset, pga toget kan bare ta hundre personer om gangen.

For at 200 personer kan ankomme en annen by samtidig, bygges et andre spor mellom byene og et andre tog lanseres samtidig med det første, og dermed dobles strømmen av mennesker. MIMO-teknologi fungerer nøyaktig på samme måte, faktisk dobler vi bare antall tråder. Antall strømmer bestemmes av MIMO-standarden, to strømmer - MIMO 2x2, fire strømmer - MIMO 4x4, etc. For dataoverføring over Internett, enten det er 4G LTE eller WiFi, brukes i dag som regel MIMO 2x2-standarden. For å motta en dobbel strøm samtidig, trenger du to konvensjonelle antenner eller, analogt, to stasjoner, eller, for å spare penger, en MIMO-antenne, som om det var en stasjon med to plattformer. Det vil si at en MIMO-antenne er to antenner innenfor én.

En panel MIMO-antenne kan bokstavelig talt ha to sett med utstrålende elementer ( "lapper") i ett tilfelle ( for eksempel fungerer fire patcher i vertikal polarisering, de fire andre i horisontal polarisering, totalt åtte patcher). Hvert sett er koblet til en annen kontakt.

Og den kan ha ett sett med patcher, men med to-ports (ortogonal) strømforsyning, og dermed får antenneelementene strøm med en faseforskyvning på 90 grader, og deretter vil hver patch fungere i vertikal og horisontal polarisering samtidig.

I dette tilfellet vil ett sett med patcher kobles til to stikkontakter samtidig, dette er MIMO-antennene som selges i nettbutikken vår.

Mer informasjon

Mobilkringkasting av LTE digital stream er direkte relatert til nye 4G-utviklinger. Hvis du tar et 3G-nettverk for analyse, kan du finne at dataoverføringshastigheten er 11 ganger mindre enn 4G. Likevel er hastigheten på både mottak og kringkasting av LTE-data ofte av dårlig kvalitet. Dette skyldes mangel på strøm eller signalnivå som 4G LTE-modemet mottar fra stasjonen. For å forbedre kvaliteten på informasjonsformidlingen betydelig, introduseres 4G MIMO-antenner.

De modifiserte antennene, sammenlignet med konvensjonelle datadistribusjonssystemer, har en annen senderkrets. For eksempel er en digital strømdeler nødvendig for å distribuere informasjon til lavhastighetsstrømmer, hvor antallet er relatert til antall antenner. Hvis hastigheten på den innkommende strømmen er omtrent 200 megabit per sekund, vil to strømmer opprettes - begge med 100 megabit per sekund. Hver strøm skal sendes via en separat antenne. Polarisasjonen av radiobølgen som sendes fra hver av de to antennene vil være forskjellig for å dekode dataene under mottak. Mottaksanordningen, for å opprettholde dataoverføringshastigheten, må også ha to mottaksantenner i forskjellige polarisasjoner.

Fordelene med MIMO

MIMO er distribusjon av flere strømmer av informasjon samtidig gjennom bare én kanal, etterfulgt av deres passasje gjennom et par eller flere antenner før de når uavhengige mottaksenheter for kringkasting av radiobølger. Dette lar deg forbedre signalgjennomstrømningen betydelig uten å ty til båndbreddeutvidelse.

Når du sender radiobølger, fryser den digitale strømmen i radiokanalen selektivt. Dette kan merkes når du er omgitt av urbane bygninger med flere etasjer, beveger deg i høy hastighet eller beveger deg bort fra et område som kan dekkes av radiobølger. For å bli kvitt dette problemet ble det laget en MIMO-antenne som kan kringkaste informasjon over flere kanaler med lav ventetid. Informasjonen er forhåndskodet og deretter rekonstruert på mottakersiden. Som et resultat øker ikke bare hastigheten på datadistribusjon, men også signalkvaliteten er betydelig forbedret.

I henhold til designfunksjonene er LTE-antenner delt inn i vanlige og bestående av to transceiver-enheter (MIMO). Et konvensjonelt signalutbredelsessystem kan oppnå en hastighet på ikke mer enn 50 megabit per sekund. MIMO gir sjansen til å øke overføringshastigheten til signalet mer enn to ganger. Dette oppnås ved å installere flere antenner i boksen samtidig, som er plassert i liten avstand fra hverandre.

Samtidig mottak og distribusjon av en digital strøm med antenner til mottakeren skjer gjennom to uavhengige kabler. Dette lar deg øke hastighetsparametrene betydelig. MIMO har blitt brukt med suksess i trådløse systemer som WiFi, så vel som mobilnettverk og WiMAX. Bruken av denne teknologien, som som regel har to innganger og to utganger, gjør det mulig å forbedre de spektrale egenskapene til WiFi, WiMAX, 4G / LTE og andre systemer, for å øke informasjonsoverføringshastigheten og dataflytkapasiteten. De listede fordelene oppnås på grunn av overføring av data fra 4G MIMO-antennen til mottakeren via flere trådløse tilkoblinger. Derfor er navnet på denne teknologien (Multiple Input Multiple Output - multiple input og multiple output) tatt.

. Hvor MIMO brukes

MIMO ble raskt populær ved å øke kapasiteten og båndbredden til dataoverføringsprotokoller som WiFi. Vi kan ta WiFi 802.11n som den mest populære MIMO-brukersaken. Takket være MIMO-kommunikasjonsteknologien i denne WiFi-protokollen er det mulig å utvikle en hastighet på mer enn 300 megabit per sekund.

I tillegg til å øke hastigheten på overføringen av informasjonsstrømmer, takket være MIMO, har det trådløse nettverket fått forbedrede egenskaper når det gjelder dataoverføringskvalitet selv på steder der det mottatte signalnivået er ganske lavt. Takket være den nye teknologien fikk WiMAX muligheten til å overføre data med en hastighet på opptil 40 megabit per sekund.

I 4G (LTE)-standarden kan MIMO brukes med en konfigurasjon opp til 8x8. I teorien vil dette gjøre det mulig å kringkaste den digitale strømmen fra hovedstasjonen til mottakeren med en hastighet på mer enn 300 megabit per sekund. Et annet attraktivt poeng fra bruken av det nye systemet er en høykvalitets og stabil forbindelse, som observeres selv ved kanten av cellen.

Dette betyr at selv i en betydelig avstand fra stasjonen, så vel som når den er plassert i et rom med tykke vegger, vil bare en liten reduksjon i hastighetskarakteristikker bli lagt merke til. MIMO kan brukes på nesten alle trådløse kommunikasjonssystemer. Det skal bemerkes at potensialet til dette systemet er uuttømmelig.

Leter utrettelig etter måter å utvikle nye MIMO-antennekonfigurasjoner på, for eksempel opp til 64x64. I nær fremtid vil dette gjøre det mulig å forbedre effektiviteten til spektrale indikatorer ytterligere, øke kapasiteten til nettverk og verdien av hastigheten på informasjonsoverføring.

MIMO (Multiple Input Multiple Output) er en metode for koordinert bruk av flere radioantenner i trådløs nettverkskommunikasjon, vanlig i moderne hjemmebredbåndsrutere og i LTE- og WiMAX-mobilnettverk.

Hvordan det fungerer?

MIMO Wi-Fi-rutere bruker de samme nettverksprotokollene som konvensjonelle enkelt-link-rutere. De gir høyere ytelse ved å forbedre effektiviteten ved overføring og mottak av data over den trådløse koblingen. Spesielt er nettverkstrafikk mellom klienter og en ruter organisert i separate strømmer, overført parallelt, med påfølgende gjenoppretting av den mottakende enheten.

MIMO-teknologi kan øke gjennomstrømming, rekkevidde og overføringspålitelighet med høy risiko for forstyrrelser fra annet trådløst utstyr.

Applikasjon i Wi-Fi-nettverk

MIMO-teknologi har vært inkludert i standarden siden 802.11n. Bruken forbedrer ytelsen og tilgjengeligheten til nettverkstilkoblinger sammenlignet med konvensjonelle rutere.

Antallet antenner kan variere. For eksempel gir MIMO 2x2 to antenner og to sendere som er i stand til å sende og motta på to kanaler.

For å dra nytte av denne teknologien og realisere fordelene, må klientenheten og ruteren etablere en MIMO-forbindelse seg imellom. Dokumentasjonen for maskinvaren som brukes bør angi om den støtter denne funksjonen. Det er ingen annen enkel måte å sjekke om en nettverkstilkobling bruker denne teknologien.

SU-MIMO og MU-MIMO

Den første generasjonen teknologi, introdusert i 802.11n-standarden, støttet enkeltbrukermetoden (SU). Sammenlignet med tradisjonelle løsninger, hvor alle antennene til en ruter må koordineres for å kommunisere med én klientenhet, lar SU-MIMO hver av dem fordeles mellom forskjellig utstyr.

Multi-user (MU) MIMO-teknologi ble laget for bruk på 802.11ac Wi-Fi-nettverk på 5 GHz. Mens den forrige standarden krevde at rutere skulle administrere klientforbindelsene én om gangen (en om gangen), kan MU-MIMO-antenner kommunisere med flere klienter parallelt. forbedrer ytelsen til tilkoblinger. Men selv om 802.11ac-ruteren har nødvendig maskinvarestøtte for MIMO-teknologi, er det andre begrensninger:

• et begrenset antall samtidige klienttilkoblinger (2-4) støttes, avhengig av antennekonfigurasjonen;
• antennekoordinering tilbys kun i én retning - fra ruteren til klienten.

MIMO og mobilnett

Teknologien brukes i ulike typer trådløse nettverk. Det blir i økende grad brukt i mobilkommunikasjon (4G og 5G) i flere former:

• Network MIMO - koordinert signaloverføring mellom basestasjoner;
• Massiv MIMO - bruken av et stort antall (hundrevis) antenner;
• millimeterbølger - bruk av ultrahøye frekvensbånd, som har mer båndbredde enn båndene som er lisensiert for 3G og 4G.

Flerbrukerteknologi

For å forstå hvordan MU-MIMO fungerer, bør du vurdere hvordan en tradisjonell trådløs ruter håndterer datapakker. Den gjør en god jobb med å sende og motta data, men bare i én retning. Med andre ord kan den bare kommunisere med én enhet om gangen. For eksempel, hvis en video lastes inn, kan du ikke streame et online videospill til konsollen samtidig.

En bruker kan starte flere enheter på et Wi-Fi-nettverk, og ruteren videresender databiter til dem veldig raskt etter tur. Den kan imidlertid bare få tilgang til én enhet om gangen, som er hovedårsaken til dårlig tilkoblingskvalitet hvis Wi-Fi-båndbredden er for lav.

Siden det fungerer, tar det lite hensyn til seg selv. Effektiviteten til en ruter som overfører data til flere enheter samtidig kan imidlertid forbedres. Ved å gjøre det vil den kjøre raskere og gi mer interessante nettverkskonfigurasjoner. Dette er grunnen til at utviklinger som MU-MIMO dukket opp og til slutt ble innlemmet i moderne standarder for trådløs kommunikasjon. Denne utviklingen lar avanserte rutere kommunisere med flere enheter samtidig.

En kort historie: SU vs.MU

En- og flerbruker-MIMO er forskjellige måter for rutere å kommunisere med flere enheter. Den første er eldre. SU-standarden tillot sending og mottak av data over flere strømmer samtidig, avhengig av tilgjengelig antall antenner, som hver kunne fungere med forskjellige enheter. SU ble inkludert i 2007 802.11n-oppdateringen og har begynt å rulle ut gradvis i nye produktlinjer.

SU-MIMO hadde imidlertid begrensninger i tillegg til antennekravene. Selv om det kan være flere enheter koblet til, har de fortsatt å gjøre med en ruter som bare kan fungere med én om gangen. Datahastighetene har økt, interferens er et mindre problem, men det er fortsatt rom for forbedringer.

MU-MIMO er en standard som utviklet seg fra SU-MIMO og SDMA (Space Division Multiple Access). Teknologien gjør at en basestasjon kan kommunisere med flere enheter ved å bruke en separat strøm for hver av dem, som om de alle har hver sin ruter.

Til slutt ble MU-støtte lagt til i 802.11ac-oppdateringen fra 2013. Etter flere år med utvikling begynte produsenter å inkludere denne funksjonen i produktene sine.

Fordeler med MU-MIMO

Dette er en spennende teknologi siden den har en merkbar innvirkning på daglig bruk av Wi-Fi uten å endre båndbredde eller andre viktige trådløse parametere direkte. Nettverk blir mye mer effektive.

For å sikre en stabil forbindelse med en bærbar PC, telefon, nettbrett eller datamaskin, krever ikke standarden flere antenner for ruteren. Hver slik enhet deler kanskje ikke sin MIMO-kanal med andre. Dette er spesielt merkbart når du streamer video eller utfører andre komplekse oppgaver. Hastigheten på Internett økes subjektivt, og forbindelsen etableres mer pålitelig, selv om nettverksorganisasjonen faktisk blir mer intelligent. Antallet samtidig betjente enheter øker også.

MU-MIMO-begrensninger

Multi-user multi-access teknologi har en rekke begrensninger som er verdt å nevne. De eksisterende standardene støtter 4 enheter, men lar flere legges til og de må dele strømmen, noe som bringer tilbake SU-MIMO-problemer. Teknologien brukes mest i nedlink og er begrenset når det kommer til utgående. I tillegg må MU-MIMO-ruteren ha mer informasjon om enheter og koblingstilstander enn det som var påkrevd av tidligere standarder. Dette gjør det vanskelig å administrere og feilsøke trådløse nettverk.

MU-MIMO er også en retningsteknologi. Dette betyr at 2 enheter ved siden av hverandre ikke kan bruke forskjellige kanaler samtidig. For eksempel, hvis en mann ser på en nettbasert TV-sending og kona hans i nærheten streamer et PS4-spill til Vitaen hennes via Remote Play, vil de fortsatt måtte dele båndbredden. En ruter kan bare gi diskrete strømmer til enheter som er plassert i forskjellige retninger.

Massiv MIMO

Når vi beveger oss mot femte generasjons (5G) trådløse nettverk, har veksten i antall smarttelefoner og nye applikasjoner resultert i en 100-dobling av deres nødvendige båndbredde over LTE. Den nye Massive MIMO-teknologien, som har fått mye oppmerksomhet de siste årene, er designet for å øke effektiviteten til telekommunikasjonsnettverk til enestående nivåer betydelig. Gitt knappheten og høye kostnadene for tilgjengelige ressurser, tiltrekkes operatører av muligheten til å øke båndbredden i frekvensbånd under 6 GHz.

Til tross for betydelig fremgang er Massive MIMO langt fra perfekt. Teknologien forskes fortsatt aktivt i både akademia og industri, hvor ingeniører streber etter å oppnå teoretiske resultater med kommersielt levedyktige løsninger.

Massiv MIMO kan bidra til å løse to nøkkelproblemer - gjennomstrømning og dekning. For mobiloperatører er frekvensområdet fortsatt en knapp og relativt kostbar ressurs, men det er en nøkkelbetingelse for å øke signaloverføringshastigheten. I byer er avstand mellom basestasjoner basert på båndbredde, ikke dekning, noe som krever utplassering av et stort antall basestasjoner og medfører ekstra kostnader. Massive MIMO lar deg utvide kapasiteten til ditt eksisterende nettverk. I områder der utplasseringen av basestasjoner er basert på dekning, kan teknologi øke rekkevidden.

Konsept

Massive MIMO endrer grunnleggende gjeldende praksis ved å bruke et veldig stort antall sammenhengende og adaptivt opererende 4G-tjenesteantenner (hundrevis eller tusenvis). Dette bidrar til å fokusere overføringen og mottaket av signalenergi i mindre områder av rommet, og forbedrer ytelsen og energieffektiviteten betydelig, spesielt når det kombineres med samtidig planlegging av et stort antall brukerterminaler (ti-talls eller hundrevis). Metoden ble opprinnelig tenkt for tidsdelingsdupleks (TDD), men har potensial til å bli brukt i frekvensdelingsdupleks (PDD) også.

MIMO-teknologi: fordeler og ulemper

Fordelene med metoden er den utbredte bruken av rimelige komponenter med lav effekt, redusert ventetid, forenklet tilgangskontroll (MAC) lag og motstand mot tilfeldig og bevisst interferens. Den forventede gjennomstrømningen avhenger av at forplantningsmediet gir asymptotisk ortogonale kanaler til terminalene, og eksperimenter har så langt ikke avslørt noen begrensninger i denne forbindelse.

Men sammen med eliminering av mange problemer dukker det opp nye som krever akutte løsninger. For eksempel, i MIMO-systemer, må flere lavkost- og lavkvalitetskomponenter fungere effektivt sammen, samle kanaltilstandsdata og allokere ressurser til nylig tilkoblede terminaler. Det krever også å utnytte de ekstra frihetsgradene som tilbys av overflødige tjenesteantenner, redusere internt strømforbruk for å oppnå total energieffektivitet, og finne nye distribusjonsscenarier.

Veksten i antall 4G-antenner som deltar i MIMO-implementering krever vanligvis besøk til hver basestasjon for konfigurasjon og ledningsendringer. Den første utplasseringen av LTE-nettverk krevde installasjon av nytt utstyr. Dette gjorde det mulig å konfigurere 2x2 MIMO til den originale LTE-standarden. Ytterligere endringer i basestasjoner gjøres kun i ekstreme tilfeller, og implementeringer av høyere orden er avhengig av driftsmiljøet. Et annet problem er at MIMO-drift resulterer i en helt annen nettverksatferd enn tidligere systemer, noe som skaper noe usikkerhet i planleggingen. Derfor har operatører en tendens til å bruke andre design først, spesielt hvis de kan distribueres gjennom programvareoppdateringer.