Как работают роутеры с поддержкой технологии MU-MIMO
Беспроводная сеть Wi-Fi есть практически везде: в квартире, на работе, в кафе, в гостинице, в ресторане. С развитием интернета к Wi-Fi стали подключаться не только гаджеты пользователей, но и другие устройства. Им нужно обеспечить нормальную скорость обмена данными.
Исследователи говорят, что к 2022 году в развитых странах средней семье будет принадлежать до 50 устройств, которые нужно будет подключить к Wi-Fi. Вместе с ростом количества гаджетов будут увеличиваться и объемы передаваемых данных. Для того, чтобы обеспечить скорость обмена информацией при росте количества подключаемых устройств, придумали технологию MIMO. Расскажем, что это за технология, и какую выгоду можно получить от ее использования.
Что такое mimo
Если коротко, то MIMO – это передача данных несколькими потоками. Эта аббревиатура переводится с английского как несколько входов, несколько выходов (Multiple Input Multiple Output). Эта технология предусматривает трансляцию сигнала несколькими приемниками и передатчиками на одной несущей частоте.
Часто рядом с аббревиатурой MU-MIMO указывают количество передатчиков и приемников, например, MIMO 2х2 (или 2х2) означает, что используются два передатчика и два приемника.
Технология MIMO позволила поднять скорость передачи до 300 Мбит/с, благодаря чему появился стандарт 802.11 n. Он использует канал шириной 20 МГц, что обеспечивает высокую пропускную способность. Технология MU-MIMO может быть использована в Wi-Fi сетях стандарта 802.11 n и ac.
Принцип работы
MU-MIMO базируется на нескольких технологиях.
Технология OFDM (мультиплексирование с частотным разделением сигналов), которая была разработана для увеличения эффективности частотного спектра каналов. Сначала частотный диапазон Wi-Fi был один – 2,4 ГГц. Он разделен на 14 каналов шириной 20 МГц (другие частоты расположены от заданного на расстоянии 20 МГц), которые частично перекрывали соседние. Потом выяснилось, что такого количества не хватает, и был введен диапазон, работающий на частоте 5 ГГц. В нем были не только 20 МГц каналы, но и шириной 40 МГц и 80 МГц. Технология OFDM позволяет использовать не только несущие, но и поднесущие частоты, благодаря чему трафик распределяется более рационально. Однако передавать информацию с помощью этого протокола мог только один пользователь в каждый момент времени.
На смену OFDM пришла усовершенствованная технология OFDMА, которая работает на уровне ресурсных юнитов, что позволяет разбить блок на несколько компонентов и работать одновременно с несколькими пользовательскими устройствами.
Еще один способ увеличить скорость обмена информацией – это применение технологии пространственных потоков. Маршрутизаторы имеют несколько радимодулей, каждый из которых передает данные через свою антенну Wi-Fi. Пространственный поток действует между радиомодулем роутера и мобильным устройством пользователя. В результате скорость обмена данными возрастает пропорционально количеству антенн. На частоте 2,4 ГГц возможно организовать четыре потока, а в диапазоне 5ГГц восемь.
Раньше при установке в маршрутизатор двух радиомодулей один работал на 2,4 ГГц, а второй на 5 ГГц. При появлении третьего передающего модуля качество связи стало ухудшаться из-за наводок.
Еще одна составляющая MU-MIMO — технология Beamforming, которая позволяет регулировать диаграмму направленности сигнала, идущего от маршрутизатора. Она позволяет с помощью нескольких небольших антенн MIMO управлять направлением излучения радиоволн. При этом режиме важно, чтобы сигналы не перекрывали друг друга, чтобы обеспечить выполнение этого условия нужны достаточно большие вычислительные мощности.
Объединение всех этих технологий вместе и называется Wi-Fi MIMO.
Преимущества и недостатки
Можно одновременно подключить к Wi-Fi несколько устройств и все они будут получать данные на высокой скорости
Что такое Mimo в wifi?
Технология MIMO сыграла огромную роль в развитии WiFi. Несколько лет назад невозможно было представить точки доступа Wi-Fi и другие устройства с пропускной способностью в 300 Мбит/сек и выше. Появление новых скоростных стандартов связи, к примеру, 802.11n произошло во многом благодаря MIMO.
Вообще тут стоит упомянуть, что когда мы говорим о технологии WiFi, то на самом деле имеем в виду один из стандартов связи, а конкретно – IEEE 802.11. Брендом WiFi стал после того, как обрисовались заманчивые перспективы использования беспроводной передачи данных. Чуть подробнее о технологии вай-фай и стандарте 802.11 можно прочесть в этой статье.
Что представляет собой технология MIMO?
Если дать как можно более простое определение, то MIMO – это многопотоковая передача данных. Аббревиатуру можно перевести с английского как «несколько входов, несколько выходов» В отличие от предшественника (SingleInput/SingleOutput), в устройствах с поддержкой MIMO сигнал транслируется на одном радиоканале с помощью не одного, а нескольких приемников и передатчиков. При обозначении технических характеристик устройств WiFi рядом с аббревиатурой указывают их количество. Например, 3х2 — это 3 передатчика сигнала и 2 принимающих антенны.
Кроме того, в MIMO используется пространственное мультиплексирование. За устрашающим названием кроется технология одновременной передачи нескольких пакетов данных по одному каналу. Благодаря такому «уплотнению» канала его пропускную способность можно увеличить в два раза и более.
MIMO и WiFi
С ростом популярности беспроводной передачи данных по WiFi соединениям, конечно же, возросли требования к их скорости. И именно технология MIMO и другие разработки, взявшие ее за основу, позволили увеличить пропускную способность в несколько раз. Развитие WiFi идет по пути развития стандартов 802.11 – a, b, g, n и так далее. Мы не зря упомянули возникновение стандарта 802.11n. Multiple Input Multiple Output – его ключевой компонент, позволивший увеличить канальную скорость беспроводного соединения с 54 Мбит/сек до более 300 Мбит/сек.
Стандарт 802.11n позволяет применять как стандартную ширину канала в 20 МГц, так и использовать широкополосную линию в 40 МГц с более высокими показателями пропускной способности. Как уже упоминалось выше, сигнал многократно отражается, тем самым используя множество потоков на одном канале связи.
Благодаря этому доступ в интернет на основе WiFi теперь позволяет не только серфинг, проверку почты и общение в аське, но и онлайн-игры, онлайн-видео, общение в скайпе и прочий «тяжелый» трафик.
Более новый стандарт — 802.11ac также использует технологию MIMO.
Проблемы применения MIMO в WIFI
На заре становления технологии существовало затруднение совмещения устройств, работающих с поддержкой MIMO и без нее. Однако сейчас это уже не так актуально – практически каждый уважающий себя производитель беспроводного оборудования использует ее в своих устройствах.
Также одной из проблем при появлении технологии передачи данных с помощью нескольких приемников и нескольких передатчиков являлась цена устройства. Однако здесь настоящую ценовую революцию совершила компания Ubiquiti. Ей не только удалось наладить производство беспроводного оборудования с поддержкой MIMO, но и сделать это по очень демократичным ценам. Посмотрите, к примеру, стоимость типичного комплекта компании — Ubiquiti Rocket M5 (базовая станция), Ubiquiti NanoStation M5 (на стороне клиента). И в этих устройствах не просто MIMO, а фирменная улучшенная технология airMax на ее основе.
Проблемой остается только увеличение количества антенн и передатчиков (сейчас максимум 3) для устройств с PoE. Обеспечить питанием более энергоемкую конструкцию затруднительно, но опять-таки, постоянные сдвиги в этом направлении делает Ubiquiti.
Технология AirMAX
Компания Ubiquiti Networks является признанным лидером разработки и реализации инновационных технологий WiFi, в том числе и MIMO. Именно на ее основе Ubiquiti была разработана и запатентована технология AirMAX. Суть ее в том, что прием-передача сигнала несколькими антеннами на одном канале упорядочивается и структурируется протоколом TDMA с аппаратным ускорением: пакеты данных разнесены в отдельные временные слоты, очереди передачи координируются.
Это позволяет расширить пропускную способность канала, увеличить количество подключаемых абонентов без потери качества связи. Данное решение эффективно, удобно в использовании и, что немаловажно – недорого. В отличие от аналогичного оборудования, используемого в WiMAX – сетях, оборудование от Ubiquiti Networks с технологией AirMAX приятно радует ценами.