MIMO-tehnologija (Multiple Input Multiple Output) - metoda prostornog kodiranja signala

MIMO (Multiple Input Multiple Output, višekanalni ulaz - višestruki izlaz) - metoda koordinirano korištenje više radio antena u bežične mreže komunikacija, uobičajene u modernim dom širokopojasnog usmjerivača i LTE i WiMAX mobilnim mrežama.

Kako to radi?

Wi-Fi usmjerivači s tehnologijom MIMO koriste iste mrežne protokole kao i konvencionalni monokanalni. Oni pružaju veće performanse poboljšanjem učinkovitosti prijenosa i prijema podataka preko bežične veze. Konkretno, mrežni promet između klijenata i usmjerivača je organiziran u zasebne tokove koji se prenose paralelno, a njihovo naknadno oporavak od strane prijemnog uređaja.

MIMO tehnologija može povećati propusnost, raspon i pouzdanost prijenosa pri visokom riziku od smetnji s druge bežične opreme.

Aplikacija na Wi-Fi mrežama

MIMO tehnologija je uključena u standard s verzijom 802.11n. Njegova upotreba povećava performanse i dostupnost mrežnih veza u odnosu na konvencionalne usmjerivače.

Broj antena može varirati. Na primjer, MIMO 2x2 pruža dvije antene i dva odašiljača sposobna za primanje i odašiljanje na dva kanala.

Kako bi koristili ovu tehnologiju i ostvarili njegove prednosti, klijentski uređaj i usmjerivač moraju uspostaviti MIMO vezu. Dokumentacija za opremu koja se koristi mora naznačiti podržava li tu značajku. Još jedan jednostavan način za provjeru primjenjuje li se ta tehnologija na mrežnu vezu nije.

SU-MIMO i MU-MIMO

Prva generacija tehnologije, predstavljena u standardnom 802.11n, podržala je metodu jednog korisnika (SU). U usporedbi s konvencionalnim rješenjima, kada su svi antene rutera mora biti koordinirana komunicirati s jednog uređaja klijenta, SU-MIMO može distribuirati svaki od njih između različitih uređaja.

Multiuser (MU) tehnologija MIMO je stvorena za korištenje u Wi-Fi 802.11ac mrežama na frekvenciji od 5 GHz. Ako je prethodna standardni potrebna da upravljaju svojim usmjerivači, klijent veze su naizmjence (jedan po jedan), antena MU-MIMO može osigurati komunikaciju s više klijenata istovremeno. Metoda s više korisnika poboljšava performanse veze. Međutim, čak i ako usmjerivač 802.11ac ima potrebnu hardversku podršku za MIMO tehnologiju, postoje druga ograničenja:

• Podrška za ograničeni broj istovremenih klijentskih veza (2-4) ovisno o konfiguraciji antene;
• Koordinacija antena pruža se samo u jednom smjeru - od usmjerivača do klijenta.

MIMO i stanični

Tehnologija se koristi u različitim vrstama bežičnih mreža. Sve se više koristi u mobilnim komunikacijama (4G i 5G) u nekoliko oblika:

• Mreža MIMO - koordinirani prijenos signala između baznih stanica;
• Masivni MIMO - korištenje velikog broja (stotina) antena;
• milimetarski valovi - uporaba ultra-visokih frekvencijskih pojasa u kojima je širina pojasa veća nego kod bendova licenciranih za 3G i 4G.

Višekorisnička tehnologija

Da biste razumjeli kako funkcionira MU-MIMO, razmotrite kako tradicionalni bežični usmjerivač upravlja podatkovnim paketima. Dobar je posao slanja i primanja podataka, ali samo u jednom smjeru. Drugim riječima, može komunicirati samo s jednim uređajem odjednom. Na primjer, ako je videozapis prenesen, nemoguće je istodobno emitirati mrežnu videoigru konzolu.

Korisnik može pokrenuti više uređaja na Wi-Fi mreži, a usmjerivač brzo prenosi bitove podataka za njih. No, istodobno može pristupiti samo jednom uređaju, što je glavni razlog za smanjenje kvalitete veze ako je širokopojasna veza Wi-Fi preniska.

Budući da to funkcionira, ne obraća pažnju na sebe. Ipak, učinkovitost usmjerivača, koja istodobno prenosi podatke na više uređaja, može se povećati. Istodobno će raditi brže i pružiti više zanimljivih mrežnih konfiguracija. Zato su postojali događaji poput MU-MIMO, koji su na kraju bili uključeni u moderne bežične standarde. Ovi razvoji omogućuju naprednim usmjerivačima da komuniciraju s više uređaja odjednom.

Kratka povijest: SU vs. MU

Jedan i višekorisnički MIMO su različiti načini komuniciranja usmjerivača s više uređaja. Prvi je stariji. Standard SU omogućio je slanje i primanje podataka na nekoliko niti odjednom, ovisno o broju dostupnih antena, od kojih bi svaki mogao raditi s različitim uređajima. SU je uključen u ažuriranje 802.11n u 2007 i počeo se postupno uvode u nove linije proizvoda.

Međutim, SU-MIMO imao je ograničenja uz antenske zahtjeve. Iako se mogu povezati više uređaja, oni se još uvijek bave usmjerivačem koji može raditi samo jedan po jedan. Brzina prijenosa podataka je povećana, smetnja je postala manje važna, ali postoje brojne mogućnosti za poboljšanje.

MU-MIMO je standard koji se razvio iz SU-MIMO i SDMA (Spatial Multiple Access). Tehnologija omogućuje baznoj stanici da komunicira s više uređaja koristeći zasebni tok za svaku od njih, kao da svi imaju svoj ruter.

Naposljetku, podrška MU-a dodana je 802.11ac ažuriranju 2013. Nakon nekoliko godina razvoja, proizvođači su počeli uključivati ​​tu značajku u svoje proizvode.

Prednosti MU-MIMO-a

Ovo je uzbudljiva tehnologija jer značajno utječe na svakodnevnu upotrebu Wi-Fi mreže bez izravnog promjena propusne širine ili drugih ključnih bežičnih postavki. Mreže su mnogo učinkovitije.

Kako bi se osigurala stabilna veza s prijenosnim računalom, telefonom, tabletom ili računalom, standard ne zahtijeva da usmjerivač ima više antena. Svaki takav uređaj možda neće dijeliti svoj MIMO kanal s drugima. To je osobito vidljivo prilikom strujanja videozapisa ili izvođenja drugih složenih zadataka. Brzina rada na Internetu subjektivno se povećava, a veza se uspostavlja pouzdanije, iako u stvari postaje razumnije organizirati mrežu. Također se povećava broj istovremeno serviranih uređaja.

Ograničenja MU-MIMO-a

Multi-user tehnologija višestrukog pristupa ima niz ograničenja, koja je vrijedna spomena. Postojeći standard podržava 4 uređaja, no dopušta vam dodavanje više, a oni će morati dijeliti protok koji se vraća na SU-MIMO probleme. Tehnologija se uglavnom koristi u nizvodnim komunikacijskim kanalima i ograničena je kada je u pitanju odlazna. Pored toga, usmjerivač MU-MIMO trebao bi imati više informacija o uređajima i stanju kanala nego što to zahtijevaju prethodni standardi. To komplicira upravljanje i rješavanje problema bežičnih mreža.

MU-MIMO je također usmjerena tehnologija. To znači da 2 uređaje smještene jedna uz drugu ne mogu simultano koristiti različite kanale. Na primjer, ako muž gleda online emisiju na TV-u, a uz svoju suprugu šalje igru ​​PS4 na svoju Vitu putem Remote Playa, oni ipak moraju dijeliti širinu pojasa. Usmjerivač može pružiti diskretne tokove samo uređajima koji se nalaze u različitim smjerovima.

Masivni MIMO

Kao što smo pomaknuti prema bežičnom pete generacije (5G) porast u broju pametnih telefona i novih aplikacija dovela je do povećanja od 100 puta u svojim bandwith zahtjeve u odnosu na LTE. Nova tehnologija Massive MIMO, koja je posljednjih godina privukla veliku pažnju, osmišljena je kako bi značajno povećala performanse telekomunikacijskih mreža na neviđenu razinu. S obzirom na nestašicu i visoku cijenu raspoloživih resursa, operatori privlače prilika za povećanje propusnosti u frekvencijskim područjima ispod 6 GHz.

Unatoč značajnom napretku, Massive MIMO je daleko od savršenog. Tehnologija se i dalje aktivno istražuje u oba sveučilišta i industriji, gdje inženjeri nastoje postići teorijske rezultate putem komercijalno prihvatljivih rješenja.

Masivni MIMO može pomoći u rješavanju dva ključna problema - propusnost i pokrivenost. Za mobilne operatere, frekvencijski raspon ostaje oskudan i relativno skup izvor, ali je ključni uvjet za povećanje brzine prijenosa signala. U gradovima, razmak između baznih stanica je zbog propusnosti, a ne pokrivenosti, što zahtijeva implementaciju velikog broja njih i dovodi do dodatnih troškova. Masivni MIMO omogućuje povećanje kapaciteta postojeće mreže. U područjima gdje je implementacija baznih stanica zbog pokrivenosti, tehnologija omogućuje povećanje raspona njihove pokrivenosti.

koncept

Masivni MIMO radikalno mijenja trenutnu praksu, koristeći vrlo velik broj koherentno i prilagodljivo operativnih 4G antena za usluge (stotine ili tisuće). To pomaže da se usredotočite na prijenos i prijam signala energije u manjim dijelovima prostora, uvelike poboljšava performanse i učinkovitost, posebno u kombinaciji s istovremenim planiranje velikog broja korisničkih terminala (nekoliko desetaka ili stotina). Metoda u početku preuzela za obostrani vremenskom podjelom (TDD), ali može potencijalno također mogu koristiti u punoj dupleks načinu rada (PDD) frekvencija podjele.

MIMO tehnologija: prednosti i nedostaci

Prednosti ove metode su široka upotreba jeftinih komponenti niske snage, smanjena latencija, pojednostavljenje razine kontrole pristupa (MAC), otpornost na slučajnu i namjernu smetnju. Očekivana propusnost ovisi o mediju za razmnožavanje koji daje asimptotski ortogonalne kanale terminalima, a eksperimenti do sada nisu otkrili nikakva ograničenja u tom pogledu.

Međutim, uz uklanjanje mnogih problema, pojavljuju se novi koji zahtijevaju hitna rješenja. Na primjer, u MIMO sustavima potrebno je učinkovito raditi zajedno s niskom preciznošću komponenata s niskom cijenom, prikupljanjem podataka o stanju kanala i dodjeljivanjem resursa za novo priključene terminale. Također zahtijeva korištenje dodatnih stupnjeva slobode koje pruža višak antena za usluge, smanjenje unutarnje potrošnje energije za postizanje ukupne energetske učinkovitosti i pronalaženje novih scenarija implementacije.

Povećanje broja 4G antena koje sudjeluju u provedbi MIMO obično zahtijeva posjet svake bazne stanice za rekonfiguraciju i ožičenje. Početno postavljanje LTE mreža zahtijevalo je instalaciju nove opreme. To je omogućilo konfiguriranje MIMO 2x2 izvornog LTE standarda. Daljnje promjene baznih stanica stvaraju se samo u ekstremnim slučajevima, a implementacije višeg reda ovise o radnom okruženju. Drugi je problem što MIMO rad dovodi do potpuno drugačijeg ponašanja na mreži od prethodnih sustava, što stvara neku neizvjesnost u planiranju. Stoga operatori imaju tendenciju prve upotrebe drugih razvojnih situacija, posebno ako se mogu implementirati ažuriranjem softvera.