Tehnologie MIMO (ieșire multiplă de intrare multiple) - metoda codării spațiale a unui semnal

MIMO (Multiple Input Multiple Output, intrare canale multiple - ieșire multiplă) - o metodă de utilizare coordonată a mai multor antene radio în comunicațiile de rețea fără fir, comune în routere moderne de origine în bandă largă și rețele mobile LTE și WiMAX.

Cum funcționează?

Routerele Wi-Fi cu tehnologie MIMO utilizează aceleași protocoale de rețea ca cele convenționale cu un singur canal. Ele oferă performanțe mai ridicate prin îmbunătățirea eficienței transmiterii și recepției de date prin intermediul conexiunii wireless. În special, traficul de rețea între clienți și router este organizat în fluxuri separate transmise în paralel, cu recuperarea lor ulterioară de către dispozitivul receptor.

Tehnologia MIMO poate crește lățimea de bandă, intervalul și fiabilitatea transmisiei la un risc ridicat de interferență de la alte echipamente wireless.

Aplicație în rețele Wi-Fi

Tehnologia MIMO este inclusă în standard cu versiunea 802.11n. Utilizarea acestuia crește performanța și disponibilitatea conexiunilor de rețea în comparație cu routerele convenționale.

Numărul de antene poate varia. De exemplu, MIMO 2x2 oferă două antene și două transmițătoare capabile să recepționeze și să transmită pe două canale.

Pentru a utiliza această tehnologie și a-și realiza avantajele, dispozitivul client și router-ul trebuie să stabilească o conexiune MIMO. Documentația pentru echipamentul utilizat trebuie să indice dacă acceptă această caracteristică. O altă modalitate simplă de a verifica dacă această tehnologie este aplicată unei conexiuni de rețea nu este.

SU-MIMO și MU-MIMO

Prima generație de tehnologie, prezentată în standardul 802.11n, a susținut metoda cu un singur utilizator (SU). În comparație cu soluțiile convenționale, atunci când toate antenele routerului trebuie să fie coordonate pentru a comunica cu un singur dispozitiv client, SU-MIMO poate distribui fiecare dintre ele între diferitele dispozitive.

Tehnologia multiuser (MU) MIMO a fost creată pentru utilizarea în rețelele Wi-Fi 802.11ac la o frecvență de 5 GHz. În cazul în care standardul anterior necesare pentru a gestiona routere lor, conexiunile client sunt alternativ (unul la un moment dat), antena MU-MIMO poate furniza comunicare cu mai mulți clienți simultan. O metodă cu mai mulți utilizatori îmbunătățește performanța conexiunii. Cu toate acestea, chiar dacă ruterul 802.11ac are suportul hardware necesar pentru tehnologia MIMO, există și alte limitări:

• Suport pentru un număr limitat de conexiuni client (2-4) în funcție de configurația antenei;
• Coordonarea antenelor este asigurată numai într-o singură direcție - de la router la client.

MIMO și celular

Tehnologia este utilizată în diferite tipuri de rețele fără fir. Este din ce în ce mai folosită în comunicațiile celulare (4G și 5G) în mai multe forme:

• MIMO de rețea - transmisie coordonată a semnalelor între stațiile de bază;
• Massive MIMO - utilizarea unui număr mare (sute) de antene;
• unde milimetrice - activarea benzile de microunde, în care lățimea de bandă este mai mare decât intervalele licențiate pentru 3G și 4G.

Tehnologie multi-utilizator

Pentru a înțelege cum funcționează MU-MIMO, ar trebui să luați în considerare modul în care ruterul wireless tradițional se ocupă de pachetele de date. El face o treabă bună de a trimite și primi date, dar numai într-o singură direcție. Cu alte cuvinte, poate comunica numai cu un singur dispozitiv la un moment dat. De exemplu, dacă un videoclip este încărcat, este imposibil să difuzați consola simultan un joc video online.

Un utilizator poate rula mai multe dispozitive într-o rețea Wi-Fi, iar router-ul transmite rapid biții de date la rândul lor. Cu toate acestea, la unul și același timp, acesta poate avea acces la un singur dispozitiv, care este principala cauză a declinului în calitatea compusului în cazul în care lățimea de bandă Wi-Fi este prea mică.

De când funcționează, nu se acordă prea multă atenție. Cu toate acestea, eficiența routerului, care transmite date la mai multe dispozitive în același timp, poate fi mărită. În același timp, acesta va funcționa mai repede și va oferi mai multe configurații de rețea interesante. De aceea au existat dezvoltări precum MU-MIMO, care în cele din urmă au fost incluse în standardele wireless moderne. Aceste evoluții permit routerelor avansate să comunice simultan cu mai multe dispozitive.

O scurtă istorie: SU vs. MU

Single-and multi-user MIMO sunt modalități diferite de comunicare a routerelor cu mai multe dispozitive. Prima este mai veche. Standardul SU permite trimiterea și recepționarea datelor pe mai multe fire simultan, în funcție de numărul de antene disponibile, fiecare dintre acestea putând funcționa cu diferite dispozitive. SU a fost inclus în actualizarea 802.11n în 2007 și a început să fie introdusă treptat în noi linii de produse.

Cu toate acestea, SU-MIMO avea limitări în plus față de cerințele antenei. Deși pot fi conectate mai multe dispozitive, acestea se confruntă încă cu un router care poate funcționa numai cu unul singur. Viteza transmiterii datelor a crescut, interferențele au devenit mai puțin importante, dar există multe oportunități de îmbunătățire.

MU-MIMO este standardul care a evoluat de la SU-MIMO și SDMA (Spațial Multiple Access). Tehnologia permite stației de bază să comunice cu mai multe dispozitive folosind un flux separat pentru fiecare dintre ele, ca și când toate au propriul router.

În cele din urmă, suportul MU a fost adăugat actualizării 802.11ac în 2013. După câțiva ani de dezvoltare, producătorii au început să includă această caracteristică în produsele lor.

Avantajele MU-MIMO

Aceasta este o tehnologie interesantă, deoarece are un impact semnificativ asupra utilizării zilnice a Wi-Fi fără a schimba direct lățimea de bandă sau alte setări wireless. Rețelele sunt mult mai eficiente.

Pentru a asigura o conexiune stabilă cu un laptop, telefon, tabletă sau computer, standardul nu necesită ca routerul să aibă mai multe antene. Fiecare astfel de dispozitiv nu poate să-și împărtășească canalul MIMO cu alții. Acest lucru este deosebit de vizibil atunci când streaming video sau efectuarea altor sarcini complexe. Viteza de lucru pe Internet crește subiectiv, iar conexiunea este stabilită mai fiabil, deși devine din ce în ce mai rezonabilă organizarea rețelei. De asemenea, numărul dispozitivelor simultan întreținute este în creștere.

Limitări ale MU-MIMO

Tehnologia de acces multiplu pentru utilizatori are o serie de limitări, care merită menționate. Standardele existente acceptă 4 dispozitive, dar vă permit să adăugați mai multe și vor trebui să împărtășească fluxul, care revine la problemele SU-MIMO. Tehnologia este folosită în principal în canalele de comunicare din aval și este limitată atunci când vine vorba de ieșire. În plus, routerul MU-MIMO ar trebui să aibă mai multe informații despre dispozitive și despre starea canalelor decât cele cerute de standardele anterioare. Acest lucru complică gestionarea și depanarea rețelelor fără fir.

MU-MIMO este, de asemenea, o tehnologie direcțională. Aceasta înseamnă că două dispozitive situate una lângă alta nu pot utiliza simultan diferite canale. De exemplu, dacă un soț se uită la o emisiune online la televizor și alături de soția sa trimite jocul PS4 la Vita prin intermediul jocului la distanță, ei trebuie să aibă în continuare o lățime de bandă. Un router poate furniza fluxuri distincte numai dispozitivelor care sunt amplasate în direcții diferite.

Massive MIMO

Pe masura ce inaintam spre creștere fără fir a cincea generație (5G), în numărul de telefoane inteligente și aplicații noi a dus la o creștere de 100 de ori în cerințele lor de lățime de bandă, în comparație cu LTE. Noua tehnologie MIMO masiv, care a primit o atenție considerabilă, este proiectat pentru a crește în mod semnificativ eficiența performanței rețelelor de telecomunicații la niveluri fără precedent în ultimii ani. Având în vedere deficitul și costul ridicat al resurselor disponibile, operatorii sunt atrași de posibilitatea de a mări capacitatea de transfer în benzile de frecvență sub 6 GHz.

În ciuda progreselor semnificative, Massive MIMO este departe de a fi perfectă. Tehnologia continuă să fie explorată în mod activ atât în ​​mediul academic, cât și în industrie, unde inginerii încearcă să obțină rezultate teoretice prin soluții acceptabile din punct de vedere comercial.

Massive MIMO poate ajuta la rezolvarea a două probleme cheie - performanță și acoperire. Pentru operatorii de telefonie mobilă, intervalul de frecvență rămâne o resursă rară și relativ costisitoare, dar este o condiție cheie pentru creșterea ratei de transmisie a semnalului. În orașe, distanța dintre stațiile de bază se datorează lățimii de bandă, mai degrabă decât a unei acoperire, ceea ce necesită desfășurarea unui număr mare de astfel de stații și conduce la costuri suplimentare. Massive MIMO vă permite să creșteți capacitatea unei rețele existente. În zonele în care desfășurarea stațiilor de bază se datorează acoperire, tehnologia face posibilă o creștere a gamei de acoperire a acestora.

concept

MIMO masiv schimbă fundamental practica curentă de a folosi un număr foarte mare de operare coerent și adaptivă a 4G antene de servicii (sute sau mii). Acest lucru ajută să se concentreze transmiterea și primirea de energie a semnalului în regiuni mai mici de spațiu, îmbunătățind considerabil performanța și eficiența, în special în combinație cu planificarea simultană a unui număr mare de terminale de utilizator (zeci sau sute). Metoda inițial asumată pentru duplex cu divizare în timp (TDD), dar poate fi posibil, de asemenea, utilizate în diviziunea frecvență full mod duplex (PDD).

Tehnologia MIMO: avantaje și dezavantaje

Avantajele metodei sunt utilizarea la scară largă a componentelor ieftine cu costuri reduse, latența redusă, simplificarea nivelului de control al accesului (MAC), rezistența la interferențe accidentale și deliberate. Lățimea de bandă așteptată depinde de mediul de propagare care oferă canale asimptotice ortogonale la terminale, iar experimentele nu au evidențiat până acum nicio limitare în acest sens.

Totuși, odată cu eliminarea multor probleme, apar noi probleme care necesită soluții urgente. De exemplu, în sistemele MIMO, este necesar să se lucreze în mod eficient împreună multe componente low-cost, cu precizie redusă, să se colecteze date despre starea canalelor și să se aloce resurse pentru terminalele nou conectate. De asemenea, este necesar să se folosească grade suplimentare de libertate furnizate de antene în exces de servicii, să se reducă consumul intern de energie pentru a obține eficiența energetică globală și să se găsească noi scenarii de implementare.

O creștere a numărului de antene 4G care participă la o implementare MIMO necesită de obicei vizitarea fiecărei stații de bază pentru reconfigurare și cablare. Implementarea inițială a rețelelor LTE a necesitat instalarea de echipamente noi. Acest lucru a făcut posibilă configurarea MIMO 2x2 a standardului LTE original. Modificările ulterioare la stațiile de bază se fac numai în cazuri extreme, iar implementările de ordin superior depind de mediul de operare. O altă problemă este că operația MIMO conduce la un comportament complet diferit față de sistemele anterioare, ceea ce creează o anumită incertitudine în planificare. Prin urmare, operatorii tind să utilizeze mai întâi alte dezvoltări, mai ales dacă pot fi implementate prin actualizarea software-ului.