MIMO för flera användare är en integrerad del av 802.11 ac-standarden. Men än så länge har det ännu inte funnits enheter som stöder en ny typ av multi-antennteknik. Tidigare generation 802.11 ac WLAN-routrar kallades Wave 1-utrustning. Det är först med Wave 2 som multi-user MIMO (MU-MIMO)-teknik introduceras, och denna andra våg av enheter ligger i framkant.

WLAN-standard	802.11b	802,11 g/a	802.11n	802.11ac	802.11ax*
Dataöverföringshastighet per ström, Mbps	11	54	150	866	minst 3500
Frekvensområde, GHz	2,4	2,4/5	2.4 och 5	5	mellan 1 och 6
Kanalbredd, MHz	20	20/20	20 och 40	20,40,80 eller 160	inte definierat ännu
Antennteknik		Enkel ingång Enkel utgång (en ingång - en utgång)	MIMO: Multiple Input Multiple Output		MIMO/MU-MIMO (MIMO-system för flera användare)
Maximalt antal rumslig	1	1	4	8	inte definierat ännu
Stöd för strålformningsteknik	□	□	■	■	■

■ ja □ nej

Eftersom fleranvändar-MIMO sänder en signal samtidigt till flera enheter, utökas överföringsprotokollet i enlighet därmed vad gäller bildandet av datablockhuvuden: istället för att sända flera rumsligt separerade strömmar för en klient, distribuerar multianvändar-MIMO överföringen för varje användare separat, samt kodning . Bandbreddsallokeringen och kodningen förblir densamma.

Enanvändare Om fyra enheter delar samma WLAN, sänder en 4×4:4 MIMO-router fyra rumsliga dataströmmar, men alltid bara till samma enhet. Enheter och prylar servas växelvis. Multi User Med stöd för Multi User MIMO (Multi User MIMO) finns det ingen kö med enheter som väntar på att få tillgång till WLAN-routerns resurser. Bärbar dator, surfplatta, telefon och TV förses med data samtidigt.

WLAN-nätverket är som en trafikerad motorväg: beroende på tid på dygnet är surfplattor, smartphones, TV-apparater och spelkonsoler anslutna till denna rörelse förutom PC och bärbara datorer. Det genomsnittliga hushållet har mer än fem enheter anslutna till internet via WLAN, och antalet växer hela tiden. Med hastigheten på 11 Mbps, som tillhandahålls under huvudstandarden IEEE 802.11b, kräver surfning på webben och nedladdning av data mycket tålamod, eftersom routern bara kan anslutas till en enhet åt gången. Om radiokommunikation används av tre enheter samtidigt, får varje klient bara en tredjedel av kommunikationssessionens varaktighet och två tredjedelar av tiden går åt till att vänta. Även om de senaste IEEE 802.11ac WLAN ger datahastigheter upp till 1 Gbps, har de också problemet med hastighetssänkningar på grund av köbildning. Men redan nästa generations enheter (802.11ac Wave 2) lovar högre prestanda för radionätverk med flera aktiva enheter.

För att bättre förstå kärnan i innovation bör du först komma ihåg vilka förändringar som har skett med WLAN-nätverk under den senaste tiden. Ett av de mest effektiva sätten att öka datahastigheten, från och med IEEE 802.1In-standarden, är MIMO-teknik (Multiple Input Multiple Output: multi-channel input - multi-channel output). Det innebär användning av flera radioantenner för parallell överföring av dataströmmar. Om till exempel en videofil sänds över ett WLAN och en MIMO-router med tre antenner används, kommer varje sändare helst (om mottagaren har tre antenner) att skicka en tredjedel av filen.

Stigande kostnader för varje antenn

I IEEE 802.11n-standarden når den maximala datahastigheten för varje enskild ström, tillsammans med overhead, 150 Mbps. Enheter med fyra antenner kan alltså överföra data med upp till 600 Mbps. Den nuvarande IEEE 802.11ac-standarden kommer teoretiskt ut på cirka 6900 Mbps. Förutom breda radiokanaler och förbättrad modulering ger den nya standarden användning av upp till åtta MIMO-strömmar.

Men att bara öka antalet antenner garanterar inte multipel acceleration av dataöverföringen. Omvänt, med fyra antenner, ökar mängden overhead kraftigt, och processen att upptäcka radiokollisioner blir också dyrare. För att motivera användningen av fler antenner fortsätter MIMO-tekniken att förbättras. För distinktionens skull är det mer korrekt att kalla det tidigare MIMO single-user MIMO (Single User MIMO). Även om det ger samtidig överföring av flera rumsliga strömmar, som nämnts tidigare, men alltid bara på en adress. En sådan nackdel elimineras nu med hjälp av MIMO för flera användare. Med denna teknik kan WLAN-routrar samtidigt sända en signal till fyra klienter. En enhet med åtta antenner kan till exempel använda fyra för att tillhandahålla en bärbar dator och parallellt med hjälp av två andra - en surfplatta och en smartphone.

MIMO - exakt riktningssignal

För att en router ska kunna vidarebefordra WLAN-paket till olika klienter samtidigt måste den veta var klienterna finns. För att göra detta skickas först och främst testpaket i alla riktningar. Klienter svarar på dessa paket och basstationen lagrar signalstyrkedata. Beamforming-teknologi är en av de viktigaste medhjälparna till MU MIMO. Även om det redan stöds av IEEE 802.11n-standarden, har det förbättrats i IEEE 802.11ac. Dess kärna handlar om att fastställa den optimala riktningen för att skicka en radiosignal till klienter. Basstationen ställer specifikt in för varje radiosignal den optimala riktningen för den sändande antennen. För fleranvändarläge är det särskilt viktigt att hitta den optimala signalvägen, eftersom att ändra platsen för endast en klient kan ändra alla överföringsvägar och störa genomströmningen av hela WLAN-nätverket. Därför utförs en kanalanalys var 10:e ms.

Som jämförelse analyserar enanvändar-MIMO endast var 100:e ms. MIMO för flera användare kan betjäna fyra klienter samtidigt, där varje klient tar emot upp till fyra dataströmmar parallellt, för totalt 16 strömmar. Denna MIMO för flera användare kräver nya WLAN-routrar när behovet av processorkraft växer.

Ett av de största problemen i MIMO för flera användare är klient-till-klient-interferens. Även om kanalstockningar ofta mäts, är detta inte tillräckligt. Vid behov prioriteras vissa ramar, medan andra tvärtom följs. För att göra detta använder 802.11ac olika köer som bearbetas i olika takt beroende på typen av datapaket, vilket ger företräde åt till exempel videopaket.

Vi lever i den digitala revolutionens era, kära anonyma. Innan vi hann vänja oss vid lite ny teknik erbjuds vi redan från alla håll ännu nyare och mer avancerade. Och medan vi smyger i tankarna om den här tekniken verkligen kommer att hjälpa oss att få ett snabbare internet eller om vi bara blir lurade på pengar igen, utvecklar designers för närvarande en ännu nyare teknik som kommer att erbjudas oss istället för den nuvarande. på bara 2 år. Detta gäller även MIMO-antennteknik.

Vad är denna teknik - MIMO? Multiple Input Multiple Output - flera ingångar med flera utgångar. För det första är MIMO-tekniken en komplex lösning och är inte begränsad till antenner. För en bättre förståelse av detta faktum är det värt att göra en kort avvikelse i historien om utvecklingen av mobil kommunikation. Utvecklare ställs inför uppgiften att överföra en större mängd information per tidsenhet, d.v.s. öka hastighet. I analogi med ett vattenförsörjningssystem - att leverera en större volym vatten till användaren per tidsenhet. Vi kan göra detta genom att öka "rörets diameter", eller, analogt, genom att utöka kommunikationsbandbredden. Till en början var GSM-standarden skräddarsydd för rösttrafik och hade en kanalbredd på 0,2 MHz. Det var nog. Dessutom finns problemet med att tillhandahålla åtkomst för flera användare. Det kan lösas genom att dela upp abonnenter efter frekvens (FDMA) eller efter tid (TDMA). I GSM används båda metoderna samtidigt. Som ett resultat har vi en balans mellan maximalt möjliga antal abonnenter i nätet och minsta möjliga bandbredd för rösttrafik. Med utvecklingen av mobilt internet har denna minimifil blivit ett hinderfält för att öka hastigheten. Två teknologier baserade på GSM-plattformen, GPRS och EDGE, har nått en hastighetsgräns på 384 kbps. För att ytterligare öka hastigheten var det nödvändigt att utöka bandbredden för internettrafik samtidigt, om möjligt, med hjälp av GSM-infrastrukturen. Som ett resultat utvecklades UMTS-standarden. Den största skillnaden här är utbyggnaden av bandbredden upp till 5 MHz på en gång, och för att ge åtkomst till flera användare - användningen av CDMA-kodaccessteknologi, där flera abonnenter samtidigt arbetar i samma frekvenskanal. Denna teknik kallades W-CDMA, vilket betonar att den fungerar i ett brett band. Detta system kallades tredje generationens system - 3G, men samtidigt är det en överbyggnad över GSM. Så vi fick ett brett "rör" på 5 MHz, vilket gjorde att vi initialt kunde öka hastigheten till 2 Mbps.

Hur kan vi annars öka hastigheten om vi inte har något sätt att ytterligare öka "rörets diameter"? Vi kan parallellisera flödet i flera delar, köra varje del genom ett separat litet rör och sedan kombinera dessa separata flöden på den mottagande sidan till ett brett flöde. Dessutom beror hastigheten på sannolikheten för fel i kanalen. Genom att minska denna sannolikhet genom överkodning, framåtriktad felkorrigering och bättre radiomodulationstekniker kan vi också öka hastigheten. Alla dessa utvecklingar (tillsammans med utbyggnaden av "röret" genom att öka antalet operatörer per kanal) användes konsekvent i den ytterligare förbättringen av UMTS-standarden och fick namnet HSPA. Detta är inte en ersättning för W-CDMA, utan en mjuk+hård uppgradering av denna kärnplattform.

Det internationella konsortiet 3GPP håller på att utveckla standarder för 3G. Tabellen sammanfattar några av funktionerna i olika versioner av denna standard:

3G HSPA-hastighet och viktiga tekniska funktioner
3GPP-släpp	Teknologier	Nedlänkshastighet (MBPS)	Upplänkshastighet (MBPS)
Rel 6	HSPA	14.4	5.7
Rel 7	HSPA+ 5 MHz, 2x2 MIMO nedlänk	28	11
Rel 8	DC-HSPA+ 2x5 MHz, 2x2 MIMO nedlänk	42	11
Rel 9	DC-HSPA+ 2x5 MHz, 2x2 MIMO nedlänk, 2x5MHz upplänk	84	23
Rel 10	MC-HSPA+ 4x5 MHz, 2x2 MIMO nedlänk, 2x5MHz upplänk	168	23
Rel 11	MC-HSPA+ 8x5 MHz 2x2/4x4 MIMO nedlänk, 2x5 MHz 2x2 MIMO upplänk	336 - 672	70

4G LTE-teknik, förutom bakåtkompatibilitet med 3G-nätverk, som gjorde att den kunde råda över WiMAX, kan utveckla ännu högre hastigheter, upp till 1 Gbps och högre. Här används ännu mer avancerade teknologier för att överföra en digital ström till luftgränssnittet, såsom OFDM-modulering, som integrerar mycket väl med MIMO-teknik.

Så vad är MIMO? Genom att parallellisera flödet i flera kanaler kan man skicka dem på olika sätt genom flera antenner "over the air", och ta emot dem med samma oberoende antenner på mottagningssidan. Således får vi flera oberoende "rör" över luftgränssnittet utan expanderande band. Detta är huvudtanken MIMO. När radiovågor utbreder sig i radiokanalen observeras selektiv fädning. Detta är särskilt märkbart i täta stadsområden, om abonnenten är på resande fot eller i utkanten av celltjänstområdet. Fading i varje rumslig "pipe" sker inte samtidigt. Därför, om vi sänder samma information över två MIMO-kanaler med en liten fördröjning, efter att tidigare ha lagt en speciell kod på den (Alamuoti-metoden, som överlagrar koden i form av en magisk kvadrat), kan vi återställa de förlorade symbolerna på mottagande sida, vilket motsvarar att förbättra signalen/bruset upp till 10-12 dB. Som ett resultat leder denna teknik återigen till en ökning av hastigheten. Faktum är att detta är en välkänd mångfaldsmottagning (Rx Diversity) organiskt inbyggd i MIMO-tekniken.

I slutändan måste vi förstå att MIMO måste stödjas på både basen och vårt modem. Vanligtvis i 4G är antalet MIMO-kanaler en multipel av två - 2, 4, 8 (ett trekanaligt 3x3-system har blivit utbrett i Wi-Fi-system) och det rekommenderas att deras antal matchar både på basen och på modem. Därför, för att fixa detta faktum, definieras MIMO med mottagna∗sändningskanaler - 2x2 MIMO, 4x4 MIMO, etc. Än så länge har vi främst att göra med 2x2 MIMO.

Vilka antenner används i MIMO-tekniken? Det här är vanliga antenner, de behöver bara vara två (för 2x2 MIMO). För att separera kanalerna används ortogonal, så kallad X-polarisering. I detta fall förskjuts polariseringen av varje antenn i förhållande till vertikalen med 45° och i förhållande till varandra - 90°. En sådan polariseringsvinkel sätter båda kanalerna på lika villkor, eftersom med en horisontell / vertikal orientering av antennerna skulle en av kanalerna oundvikligen få mer dämpning på grund av påverkan av jordytan. Samtidigt gör en 90° polarisationsförskjutning mellan antennerna att du kan koppla bort kanalerna från varandra med minst 18-20 dB.

För MIMO behöver du och jag ett modem med två antenningångar och två antenner på taket. Frågan kvarstår dock om denna teknik stöds på basstationen. I 4G LTE- och WiMAX-standarderna är sådant stöd tillgängligt både på sidan av abonnentenheter och på basen. I 3G-nätet är inte allt så enkelt. Tusentals icke-MIMO-enheter fungerar redan på nätverket, för vilka införandet av denna teknik har motsatt effekt - nätverkets bandbredd minskar. Därför har operatörerna ännu inte bråttom att implementera MIMO överallt i 3G-nätverk. För att basen ska kunna förse abonnenterna med hög hastighet måste den själv ha goda transporter, d.v.s. ett "tjockt rör" ska anslutas till den, helst en optisk fiber, vilket inte heller alltid är fallet. Därför, i 3G-nätverk, är MIMO-tekniken för närvarande i sin linda och utveckling, som testas av både operatörer och användare, och de senare är inte alltid framgångsrika. Därför är det värt att fästa förhoppningar på MIMO-antenner endast i 4G-nätverk. I kanten av celltäckningsområdet kan du använda antenner med hög förstärkning, såsom reflektorer, för vilka MIMO-flöden redan finns kommersiellt tillgängliga.

I Wi-Fi-nätverk är MIMO-tekniken fast i standarderna IEEE 802.11n och IEEE 802.11ac och stöds redan av många enheter. Medan vi bevittnar ankomsten av 2x2 MIMO-teknik i 3G-4G-nätverket, sitter utvecklarna inte stilla. Redan nu utvecklas 64x64 MIMO-teknologier med smarta antenner som har ett adaptivt strålningsmönster. De där. om vi flyttar från soffan till fåtöljen eller går till köket kommer vår surfplatta att märka detta och vända det inbyggda antennmönstret åt rätt håll. Kommer någon att behöva den här sidan vid den tiden?

Ett sätt att öka datahastigheterna för 802.11 WiFi och 802.16 WiMAX är att använda trådlösa system med flera antenner för både sändare och mottagare. Detta tillvägagångssätt kallas MIMO (litteral translation - "multiple input multiple output") eller "smarta antennsystem" (smarta antennsystem). MIMO-teknik spelar en viktig roll i implementeringen av 802.11n WiFi-standarden.

MIMO-tekniken använder flera olika typer av antenner som är inställda på samma kanal. Varje antenn sänder en signal med olika rumsliga egenskaper. Således använder MIMO-tekniken radiospektrumet mer effektivt och utan att offra driftsäkerheten. Varje wi-fi-mottagare "lyssnar" efter alla signaler från varje wi-fi-sändare, vilket gör att du kan göra dataöverföringsvägar mer olika. På detta sätt kan flera vägar kombineras om vilket resulterar i förstärkning av önskade signaler i trådlösa nätverk.

En annan fördel med MIMO-tekniken är att denna teknik ger Spatial Division Multiplexing (SDM). SDM spatialt multiplexar flera oberoende dataströmmar samtidigt (virtuella kanaler, mestadels) inom en enda kanal spektral bandbredd. I huvudsak sänder flera antenner olika individuellt kodade dataströmmar (spatiala strömmar). Dessa strömmar, som rör sig parallellt genom luften, "skjuter" mer data genom en given kanal. Vid mottagaren ser varje antenn olika kombinationer av signalströmmar, och mottagaren "demultiplexerar" dessa strömmar för deras användning. MIMO SDM kan avsevärt öka genomströmningen för dataöverföring om antalet rumsliga dataströmmar ökas. Varje rumslig ström behöver sina egna sändnings-/mottagningsantennpar (TX/RX) i varje ände av sändningen. Funktionen av systemet visas i fig. 1

Det bör också förstås att MIMO-teknik kräver en separat RF-krets och analog-till-digital-omvandlare (ADC) för varje antenn. Implementeringar som kräver mer än två antenner i en krets måste vara noggrant utformade för att hålla kostnaderna låga samtidigt som en adekvat effektivitetsnivå bibehålls.

Ett viktigt verktyg för att öka den fysiska hastigheten för dataöverföring i trådlösa nätverk är utbyggnaden av bandbredden för spektrala kanaler. Genom att använda den bredare bandbredden hos OFDM-kanalen (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) utförs dataöverföring med maximal prestanda. OFDM är en digital modulering som har visat sig vara ett verktyg för att implementera dubbelriktad höghastighets trådlös dataöverföring i WiMAX / WiFi-nätverk. Metoden för expansion av kanalkapacitet är kostnadseffektiv och ganska enkel att implementera med måttlig tillväxt av digital signalbehandling (DSP). När den tillämpas på rätt sätt är det möjligt att fördubbla bandbredden för 802.11 Wi-Fi-standarden från en 20 MHz-kanal till en 40 MHz-kanal, och mer än dubbla bandbredden för kanaler som för närvarande används. Genom att kombinera en MIMO-arkitektur med en högre kanalbandbredd erhålls ett mycket kraftfullt och kostnadseffektivt tillvägagångssätt för att öka den fysiska överföringshastigheten.

Användningen av MIMO-teknik med 20 MHz-kanaler är dyr för att uppfylla IEEE 802.11n WiFi-standarden (100 Mbps genomströmning på MAC SAP). Dessutom, för att uppfylla dessa krav när du använder en 20 MHz-kanal, behöver du minst tre antenner, både på sändaren och på mottagaren. Men samtidigt ger drift vid 20 MHz tillförlitlig prestanda för applikationer som kräver hög bandbredd i en riktig användarmiljö.

Den kombinerade användningen av MIMO-teknik och kanalexpansion uppfyller alla användarens krav och är en ganska pålitlig tandem. Detta gäller även när man använder flera resurskrävande nätverksapplikationer samtidigt. Kombinationen av MIMO och 40 MHz kanalförlängning kommer också att uppfylla mer komplexa krav som Moores lag och implementeringen av CMOS-teknik för att förbättra DSP-tekniken.

Vid användning av en utökad kanal på 40 MHz i 2,4 GHz-bandet fanns det initialt svårigheter med kompatibilitet med utrustning baserad på WiFi-standarder 802.11a / b / g, såväl som med utrustning som använder Bluetooth-teknik för dataöverföring.

För att lösa detta problem erbjuder 802.11n Wi-Fi-standarden ett antal lösningar. En sådan mekanism speciellt utformad för att skydda nätverk är det så kallade dubbla läget för icke-hög genomströmning (icke-HT). Innan du använder 802.11n WiFi-dataprotokollet skickar denna mekanism ett paket till var och en av halvorna av 40 MHz-kanalen för att meddela ett distributionsvektornätverk (NAV). Genom att följa NAV-meddelandet i icke-HT-duplicerat läge kan 802.11n-dataöverföringsprotokollet användas under den tid som anges i meddelandet, utan att bryta mot nätverkets arv (integritet).

En annan mekanism är en sorts signalering och förhindrar trådlösa nätverk från att sprida kanalen över 40 MHz. Till exempel har en bärbar dator 802.11n och Bluetooth-moduler installerade, denna mekanism är medveten om möjligheten av potentiella störningar när dessa två moduler fungerar samtidigt och inaktiverar överföring över 40 MHz-kanalen i en av modulerna.

Dessa mekanismer säkerställer att 802.11n WiFi fungerar med nätverk med tidigare 802.11-standarder utan att behöva migrera hela nätverket till 802.11n-utrustning.

Du kan se ett exempel på hur MIMO-systemet används i Fig. 2

Om du har några frågor efter att ha läst, kan du ställa dem via formuläret för att skicka meddelanden i avsnittet

mimo-m flera antennteknologier i LTE

MIMO-funktioner (M flera ingångar – flera utgångar)

Användningen av MIMO-teknik (multiple input - multiple output) löser två problem:

Öka kvaliteten på kommunikationen på grund av rumslig tids-/frekvenskodning och (eller) strålformning (stråleformning),

Öka överföringshastigheten vid användning av rumslig multiplexering.

MIMO-struktur

Olika implementeringar av MIMO innebär samtidig överföring av flera oberoende meddelanden i en fysisk kanal. För att implementera MIMO-åtgärden används multi-antennsystem: på sändningssidan finns det N t sändarantenner och på mottagningssidan N r mottagningsrum. Denna struktur visas i fig. ett.

Ris. 1. MIMO-struktur

Vad är MIMO?

MIMO (engelska) Multiple Input Multiple Output) -en metod för rumslig signalkodning som låter dig öka kanalbandbredden, där data överförs med N antenner och deras mottagning M antenner. De sändande och mottagande antennerna är tillräckligt åtskilda för att uppnå en svag korrelation mellan intilliggande antenner.

Historien om MIMO

Historien om MIMO-system som ett objekt för trådlös kommunikation är ännu inte särskilt lång. Det första patentet för användning av MIMO-principen i radiokommunikation lämnades in 1984 på uppdrag av Bell Laboratories medarbetare Jack Winters. Baserat på sin forskning publicerade Jack Salz från samma företag den första artikeln om MIMO-lösningar 1985. Utvecklingen av denna riktning fortsatte av Bell Laboratories och andra forskare fram till 1995. 1996 föreslog Greg Raleigh och Gerald J. Foschini en ny implementering av MIMO-systemet, vilket ökade dess effektivitet. Därefter, Greg Raleigh, som krediteras med OFDM ( Ortogonal Frequency Division Multiplexing– multiplexering via ortogonala bärare) för MIMO, grundade Airgo Networks, som utvecklade den första MIMO-chipseten kallad True MIMO.

Men trots den ganska korta tidsperioden sedan starten har MIMO-riktningen utvecklats på ett mycket mångfacetterat sätt och inkluderar en heterogen familj av metoder som kan klassificeras enligt principen om signalseparation i mottagaren. Samtidigt använder MIMO-system både tillvägagångssätt för att signalera separation som redan har trätt i kraft, såväl som nya. Dessa inkluderar till exempel rum-tid, rymdfrekvens, rumslig polarisationskodning, samt superupplösning i signalens ankomstriktning till mottagaren. Tack vare det överflöd av signalseparationsmetoder var det möjligt att säkerställa en så lång utveckling av standarder för användning av MIMO-system i kommunikation. Men alla varianter av MIMO syftar till att uppnå samma mål - att öka den maximala datahastigheten i kommunikationsnätverk genom att förbättra brusimmuniteten.

Den enklaste MIMO-antennen är ett system av två asymmetriska vibratorer (monopoler) orienterade i en vinkel på ±45° i förhållande till den vertikala axeln (Fig. 2).

Ris. 2 Den enklaste MIMO-antennen

En sådan polarisationsvinkel tillåter kanalerna att vara i lika förhållanden, eftersom med en horisontell-vertikal orientering av sändarna, en av polarisationskomponenterna oundvikligen skulle få större dämpning när den utbreder sig längs jordens yta. Signalerna som emitteras oberoende av varje monopol är ömsesidigt ortogonalt polariserade med en tillräckligt hög ömsesidig avkoppling i korspolarisationskomponenten (inte mindre än 20 dB). En liknande antenn används också på den mottagande sidan. Detta tillvägagångssätt tillåter samtidig överföring av signaler med samma bärvågor modulerade på olika sätt. Principen för polarisationsseparation ger en fördubbling av bandbredden för radiolänken jämfört med fallet med en enda monopol (i idealiska siktlinjeförhållanden med identisk orientering av mottagnings- och sändningsantennerna). Sålunda kan i stort sett alla system med dubbelpolarisering betraktas som ett MIMO-system.

Ytterligare utveckling av MIMO

När MIMO-tekniken specificerades i Release 7 spreds standarden aktivt över världen. Det har gjorts försök att kombinera tredje generationens nätverk med MIMO-teknik, men de har inte fått någon bred spridning. Enligt Global Association of Mobile Equipment Suppliers ( globala mobilleverantörsföreningen, GSA) daterad 11/04/2010 vid den tiden, av 2776 typer av enheter med HSPA-stöd på marknaden, stöder endast 28 modeller MIMO. Dessutom leder införandet av ett MIMO-nätverk med låg penetration av MIMO-terminaler till en minskning av nätverkets genomströmning. Nokia utvecklade tekniken för att minimera bandbreddsförluster, men den skulle bara vara effektiv om MIMO-terminalpenetrationen var minst 40 % av abonnentenheterna. Utöver ovanstående är det värt att komma ihåg att den 14 december 2009 lanserades världens första mobilnät baserat på LTE-teknik, vilket gjorde det möjligt att uppnå mycket högre hastigheter. Baserat på detta kan det ses att operatörerna var inriktade på en snabb utbyggnad av LTE-nätverk, snarare än på modernisering av tredje generationens nätverk.

Idag kan vi notera den snabba tillväxten i trafikvolymen i 4:e generationens mobilnät, och för att ge den nödvändiga hastigheten till alla sina abonnenter måste operatörerna leta efter olika metoder för att öka dataöverföringshastigheten eller för att öka effektiviteten att använda frekvensresursen. MIMO, å andra sidan, tillåter sändning av nästan 2 gånger mer data i det tillgängliga frekvensbandet under samma tidsperiod med 2x2-alternativet. Om vi ​​använder 4x4-antennimplementeringen kommer tyvärr den maximala nedladdningshastigheten att vara 326 Mbps, och inte 400 Mbps, som den teoretiska beräkningen antyder. Detta beror på det speciella med överföring genom 4 antenner. Varje antenn tilldelas vissa resurselement (RE) för sändning av referenssymboler. De är nödvändiga för att organisera koherent demodulering och kanaluppskattning. Placeringen av dessa RE visas i fig. 3. Sändantennerna tilldelas logiska antennportnummer. Tecken markerade R0 finns på port 0, R1 på port 1, och så vidare. Som ett resultat av detta tilldelas 14,3 % av alla RE:er för överföring av referenssymboler, vilket är anledningen till skillnaden mellan teoretiska och praktiska hastigheter.

I ljuset av lanseringen av nya trådlösa enheter med stöd för MU-MIMO-teknik, i synnerhet med lanseringen av UniFi AC HD (UAP-AC-HD), finns det ett behov av att klargöra vad det är och varför gammal hårdvara inte stöder denna teknik.

Vad är 802.11ac?

802.11ac-standarden är en trådlös teknologiomvandling som ersätter den tidigare generationen i form av 802.11n-standarden.

Tillkomsten av 802.11n var tänkt att tillåta företag att använda denna teknik överallt som ett alternativ till en konventionell trådbunden anslutning för att fungera inom ett lokalt nätverk (LAN).

802.11ac är nästa steg i utvecklingen av trådlös teknik. Teoretiskt kan den nya standarden ge dataöverföringshastigheter upp till 6,9 Gbps i 5 GHz-bandet. Detta är 11,5 gånger omfattningen av 802.11n-dataöverföring.

Den nya standarden finns i två versioner: Wave 1 och Wave 2. Nedan hittar du en jämförelsetabell för aktuella standarder.

Vad är skillnaden mellan Wave 1 och Wave 2?

802.11ac Wave 1-produkter har funnits på marknaden sedan runt mitten av 2013. Den nya revideringen av standarden är baserad på den tidigare versionen av standarden, men med några mycket betydande ändringar, nämligen:

• Förbättrad prestanda från 1,3 Gbps till 2,34 Gbps;
• Tillagt stöd för Multi User MIMO (MU-MIMO);
• Användning av breda kanaler i 160 MHz är tillåten;
• Fjärde spatialströmmen (Spatial Stream) för bättre prestanda och stabilitet;
• Fler kanaler i 5GHz-bandet;

Vad exakt är Wave 2-förbättringarna för den riktiga användaren?

Bandbreddstillväxt har en positiv effekt på applikationer som är känsliga för bandbredd och förseningar inom nätverket. Detta är främst överföring av strömmande röst- och videoinnehåll, samt en ökning av nätverkstätheten och en ökning av antalet klienter.

MU-MIMO ger stora möjligheter för utvecklingen av "Internet of Things" (Internet of Things, IoT), när en användare kan ansluta flera enheter samtidigt.

MU-MIMO-teknik tillåter flera samtidiga nedströms, vilket ger samtidig service till flera enheter samtidigt, vilket förbättrar nätverkets prestanda som helhet. MU-MIMO har också en positiv effekt på latens, vilket ger snabbare anslutning och övergripande klientupplevelse. Dessutom tillåter teknikens funktioner dig att ansluta till nätverket ett ännu större antal samtidiga klienter än i den tidigare versionen av standarden.

Att använda en kanalbredd på 160 MHz kräver vissa villkor (låg effekt, låg brussiffra etc.) för att kunna ge en enorm prestandaökning vid överföring av stora datamängder. Som jämförelse kan 802.11n ge upp till 450 Mbps kanalhastighet, den nyare 802.11ac Wave 1 upp till 1,3 Gbps, medan 802.11ac Wave 2 med en 160MHz kanal kan ge upp till 2,3 Gbps kanalhastighet.

I den tidigare generationen av standarden var det tillåtet att använda 3 sändtagarantenner, den nya revisionen lägger till den fjärde strömmen. Denna förändring förbättrar anslutningens räckvidd och stabilitet.

Det finns 37 kanaler i 5 GHz-bandet som används över hela världen. Vissa länder har ett begränsat antal kanaler, andra inte. 802.11ac Wave 2 tillåter fler kanaler, vilket gör att fler enheter kan arbeta samtidigt på en plats. Dessutom behövs fler kanaler för breda kanaler på 160 MHz.

Finns det några nya kanalpriser i 802.11ac Wave 2?

Den nya standarden ärver standarderna som introducerats sedan den första utgåvan. Precis som tidigare beror hastigheten på antalet strömmar och kanalens bredd. Den maximala moduleringen förblev oförändrad - 256 QAM.

Om tidigare för en kanalhastighet på 866,6 Mbit krävdes 2-strömmar och en kanalbredd på 80 MHz, nu kan denna kanalhastighet uppnås med endast en ström, samtidigt som kanalhastigheten ökas med två - från 80 till 160 MHz.

Som ni ser har inga större förändringar skett. I samband med stöd för 160 MHz-kanaler har även de maximala kanalhastigheterna ökat – upp till 2600 Mbps.

I praktiken är den verkliga hastigheten cirka 65 % av kanalen (PHY Rate).

Genom att använda 1 stream, 256 QAM-modulering och en 160 MHz-kanal kan du uppnå en verklig hastighet på cirka 560 Mbps. Följaktligen kommer 2 strömmar att ge en växelkurs på ~1100 Mbps, 3 strömmar - 1,1-1,6 Gbps.

Vilka band och kanaler använder 802.11ac Wave2?

I praktiken fungerar Waves 1 och Waves 2 uteslutande på 5 GHz-bandet. Frekvensområdet är föremål för regionala begränsningar, vanligtvis används banden 5,15-5,35 GHz och 5,47-5,85 GHz.

I USA är ett 580 MHz-band tilldelat för 5 GHz trådlösa nätverk.

802.11ac, som tidigare, kan använda kanaler på 20 och 40 MHz, samtidigt kan bra prestanda uppnås med endast 80 MHz eller 160 MHz.

Eftersom det i praktiken långt ifrån alltid är möjligt att använda ett kontinuerligt 160 MHz-band, ger standarden ett 80 + 80 MHz-läge, vilket kommer att dela upp 160 MHz-bandet i 2 olika band. Allt detta ger mer flexibilitet.

Observera att standardkanalerna för 802.11ac är 20/40/80 MHz.

Varför finns det två vågor av 802.11ac?

IEEE implementerar standarder i vågor allt eftersom tekniken går framåt. Detta tillvägagångssätt tillåter branschen att omedelbart släppa nya produkter, utan att vänta på att den eller den funktionen ska slutföras.

Den första vågen av 802.11ac gav ett betydande steg framåt från 802.11n och lade grunden för framtida utveckling.

När ska vi förvänta oss 802.11ac Wave 2-produkter?

Enligt analytikers initiala prognoser ska de första produkterna på konsumentnivå ha börjat säljas redan i mitten av 2015. Företags- och operatörslösningar på högre nivå kommer vanligtvis ut med en fördröjning på 3-6 månader, precis som det var med den första vågen av standarden.

Både konsument- och kommersiella betyg släpps vanligtvis innan WFA (Wi-Fi Alliance) börjar certifiera (andra halvan av 2016).

Från och med februari 2017 är antalet enheter som stöder 802.11ac W2 inte så högt som vi skulle vilja. Speciellt från Mikrotik och Ubiquit.

Kommer Wave 2-enheter att skilja sig markant från Wave 1?

När det gäller den nya standarden bevaras den allmänna trenden från tidigare år - smartphones och bärbara datorer produceras med 1-2 strömmar, 3 strömmar är designade för mer krävande uppgifter. Det är ingen praktisk mening att implementera standardens fulla funktionalitet på alla enheter.

Är Wave 1 kompatibel med Wave 2?

Den första vågen tillåter 3 strömmar och kanaler upp till 80 MHz, i denna del är klientenheter och accesspunkter helt kompatibla.

För att implementera den andra generationens funktioner (160 MHz, MU-MIMO, 4 strömmar) måste både klientenheten och åtkomstpunkten stödja den nya standarden.

Nästa generations accesspunkter är kompatibla med 802.11ac Wave 1, 802.11n och 802.11a klientenheter.

Att använda de extra funktionerna i den andra generationens adapter fungerar alltså inte med den första generationens punkt, och vice versa.

Vad är MU-MIMO och vad gör det?

MU-MIMO är en förkortning för "multiuser multiple input, multiple output". I själva verket är detta en av de viktigaste innovationerna i den andra vågen.

För att MU-MIMO ska fungera måste både klienten och AP stödja det.

Kort sagt kan en accesspunkt skicka data till flera enheter samtidigt, medan tidigare standarder bara tillåter att data skickas till en klient åt gången.

I själva verket är konventionell MIMO SU-MIMO, dvs. SingleUser, single user MIMO.

Tänk på ett exempel. Det finns en punkt med 3 strömmar (3 Spatial Streams / 3SS) och 4 klienter är anslutna till den: 1 klient med 3SS-stöd, 3 klienter med 1SS-stöd.

Accesspunkten fördelar tiden lika mellan alla klienter. När du arbetar med den första klienten använder punkten 100 % av dess kapacitet, eftersom klienten också stöder 3SS (MIMO 3x3).

De återstående 75 % av tiden fungerar punkten med tre klienter, som var och en använder endast 1 ström (1SS) av 3 tillgängliga. Samtidigt använder åtkomstpunkten endast 33 % av dess kapacitet. Ju fler sådana kunder, desto mindre effektivitet.

I ett specifikt exempel kommer den genomsnittliga kanalhastigheten att vara 650 Mbps:

(1300 + 433,3 + 433,3 + 433,3)/4 = 650

I praktiken kommer det att innebära en medelhastighet på cirka 420 Mbps, av möjliga 845 Mbps.

Låt oss nu titta på ett exempel med MU-MIMO. Vi har en andra generations punkt som använder 3x3 MIMO, kanalhastigheten förblir oförändrad - 1300 Mbps för en kanalbredd på 80 MHz. De där. Samtidigt kan klienter, som tidigare, inte använda mer än 3 kanaler.

Det totala antalet klienter är nu 7, medan åtkomstpunkten har delat upp dem i 3 grupper:

1. en 3SS-klient;
2. tre 1SS-klienter;
3. en 2SS-klient + en 1SS;
4. en 3SS-klient;

Som ett resultat får vi en 100 % implementering av AP-kapacitet. En klient från den första gruppen använder alla tre strömmarna, klienter från en annan grupp använder en kanal och så vidare. Den genomsnittliga kanalhastigheten kommer att vara 1300 Mbps. Som du kan se gav det vid utgången en dubbel ökning.

Är MU-MIMO-punkten kompatibel med äldre klienter?

Tyvärr inte! MU-MIMO är inte kompatibel med den första versionen av protokollet, dvs. för att denna teknik ska fungera måste dina klientenheter stödja den andra versionen.

Skillnader mellan MU-MIMO och SU-MIMO

I SU-MIMO överför åtkomstpunkten data till endast en klient åt gången. Med MU-MIMO kan en åtkomstpunkt överföra data till flera klienter samtidigt.

Hur många klienter stöds i MU-MIMO samtidigt?

Standarden ger samtidigt underhåll av upp till 4 enheter. Det totala maximala antalet trådar kan vara upp till 8.

Beroende på utrustningens konfiguration är en mängd olika alternativ möjliga, till exempel:

• 1+1: två klienter, var och en med en stream;
• 4+4: två klienter som vardera använder 4 strömmar;
• 2+2+2+2: fyra klienter, 2 strömmar för varje;
• 1+1+1: tre klienter i en ström;
• 2+1, 1+1+1+1, 1+2+3, 2+3+3 och andra kombinationer.

Allt beror på hårdvarukonfigurationen, vanligtvis använder enheter 3 strömmar, därför kan punkten tjäna upp till 3 klienter samtidigt.

Det är också möjligt att använda 4 antenner i en MIMO 3x3-konfiguration. Den fjärde antennen i detta fall är extra, den implementerar inte en extra ström. I det här fallet kommer det att vara möjligt att samtidigt betjäna 1 + 1 + 1, 2 + 1 eller 3SS, men inte 4.

Stöds MU-MIMO endast för nedlänk?

Ja, standarden stöder endast Downlink MU-MIMO, d.v.s. punkt kan samtidigt överföra data till flera klienter. Men pricken kan inte "lyssna" samtidigt.

Implementeringen av Uplink MU-MIMO ansågs omöjlig på kort sikt, så denna funktionalitet kommer endast att läggas till i standarden 802.11ax, som är planerad att släppas 2019-2020.

Hur många strömmar stöds i MU-MIMO?

Som nämnts ovan kan MU-MIMO fungera med valfritt antal strömmar, men inte mer än 4 per klient.

För högkvalitativt arbete med fleranvändaröverföring rekommenderar standarden närvaron av ett antal antenner, fler strömmar. Helst bör det för MIMO 4x4 finnas 4 antenner för mottagning och samma nummer för sändning.

Är det nödvändigt att använda speciella antenner för den nya standarden?

Antennernas design förblev densamma. Som tidigare kan du använda alla kompatibla antenner som är designade för användning i 5 GHz-bandet för 802.11a/n/ac.

Den andra utgåvan lade också till Beamforming, vad är det?

Beamforming-teknik låter dig ändra strålningsmönstret, anpassa det till en specifik klient. Under drift analyserar punkten signalen från klienten och optimerar dess strålning. En extra antenn kan användas under strålformningsprocessen.

Kan en 802.11ac Wave 2-åtkomstpunkt hantera 1 Gb trafik?

Potentiellt kan den nya generationens accesspunkter hantera ett sådant trafikflöde. Den faktiska genomströmningen beror på ett antal faktorer, allt från antalet stödda strömmar, kommunikationsräckvidd, förekomsten av hinder och slutar med närvaron av störningar, kvaliteten på åtkomstpunkten och klientmodulen.

Vilka frekvensband används i 802.11ac Wave?

Valet av driftfrekvens beror enbart på lokal lagstiftning. Listan över kanaler och frekvenser förändras ständigt, nedan finns data för USA (FCC) och Europa, från och med januari 2015.

I Europa är det tillåtet att använda en kanalbredd på mer än 40 MHz, så det finns inga förändringar vad gäller den nya standarden, alla samma regler gäller för den som för den tidigare standarden.

Onlinekurs om nätverksteknik

Jag rekommenderar Dmitry Skoromnovs kurs "". Kursen är inte bunden till någon tillverkares utrustning. Det ger grundläggande kunskap som varje systemadministratör bör ha. Tyvärr har många administratörer, även med 5 års erfarenhet, ofta inte ens hälften av denna kunskap. Kursen tar upp många olika ämnen på ett enkelt språk. Till exempel: OSI-modell, inkapsling, kollision och broadcast-domäner, switching loop, QoS, VPN, NAT, DNS, Wi-Fi och många andra ämnen.

Separat kommer jag att notera ämnet IP-adressering. Den beskriver på ett enkelt språk hur man gör omvandlingar från decimal till binär och vice versa, beräkning av IP-adress och mask: nätverksadress, sändningsadress, antal nätverksvärdar, subnät och andra ämnen relaterade till IP-adressering.

Kursen har två versioner: betald och gratis.