Wi fi стандарта mimo

Чем отличается MIMO 2×2 от 4×4 Рассказывает радиоинженер

Для передачи постоянно растущих объемов данных, а также в ответ на увеличивающиеся требования к скоростям и снижению пинга в сети, разработчикам стандартов приходится непрерывно внедрять в стандарты сотовой связи новые идеи.

Одной из таких передовых технологий стало MIMO — Multiple Input Multiple Output . Изобрели её давно, внедрять пытались еще в 3G, однако именно в 4G (LTE) эта технология стала обязательной к использованию. В характеристиках USB-модемов, Wi-Fi роутеров и, конечно же, смартфонов теперь часто упоминается MIMO 2×2 или 4×4. В чём же отличие? 🤔 А оно огромное! Разница в скоростях почти в 1,5 — 2 раза 😲 Но прежде чем объяснить отличие между ними напомню что же такое MIMO .

MIMO

Суть её работы основана на одном существенном недостатке в радиосвязи: многолучёвом распространении сигнала . Возникает он когда радиоволны от передающей антенны, отражаясь от преград, разделяются и доходят до приёмника разными путями.

Многолучёвость возникает когда сигнал отражается от разных препятствий и попадает в приёмник разными путями

Так вот разработчики решили «приручить» это явление 💡. Информационный поток (например, данные из интернета в базовой станции оператора) на передающей стороне излучаются двукратно (дублируются) через 2 канала. Излучатели антенн располагаются под углом друг к другу — 90 градусов в виде «X» или ромба.

Излучатели в сотовой антенне расположены под углом друг к другу что даёт возможность использовать MIMO

На приёмнике также должны быть 2 принимающих антенны с разной поляризацией. Сигнал по пути между станцией и смартфоном отражается и поглощается в окружающем пространстве по разному, в зависимости от наклона излучателей. Когда данные дублируются — больше шансов, что данные не потеряются. Таким образом, фактически образуются 2 независимых канала.

В итоге, MIMO 2х2 может поднять скорость передачи данных в 1.5 — 2 раза и это в той же полосе частот, модуляции и без улучшения покрытия 😲 Именно эта технология во многом определила значительное увеличение скоростей при переходе от 3G к 4G.

Отличие MIMO 2×2 и 4×4

А что же с MIMO 4×4? Всё просто! Цифра обозначает количество антенн на передающей (первая цифра) и приёмной стороне (последняя цифра). Ростом числа антенн разработчики увеличили количество образуемых между сотовой станцией и смартфонами каналов. За счёт меньших потерь в радиоканале, скорости растут еще больше и по сравнению с передачей без MIMO достигают 2-3 кратного роста.

В каталогах радиопередатчиков и антенн вполне можно встретить MIMO 8×8 и даже MIMO 16×16, 32×32. Хотя абонентских устройств, во всяком случае, в продаже я пока ещё не видел.

Чем больше антенн на передающей стороне — тем больше их должно быть на приёмнике. А как расположить 8 или 16 антенн в современных компактных смартфонах? Хотя за этим будущее! Еще 10 лет назад мы радовались 1 Мбит/сек, а сейчас уже 200 Мбит/сек в 4G — это реальность в некоторых городах.

Источник

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

Источник

Что такое Wi-Fi MIMO: типы и особенности

Количество пользователей всемирной сети Интернет с каждым днем растет, причем некоторым приходится иметь дело с мощными компьютерами и выполнять ресурсоемкие задачи. В таких случаях могут возникать задержки при подключении к беспроводной сети, открытии веб-сайтов, загрузке файлов. Это связано с устаревшей технологией однопользовательской передачи информации, получившей название WiFi MIMO.

Что означает MIMO

MIMO — это технология пространственной кодировки радиосигнала, повышающая пропускную способность канала. За отправку и прием информации отвечают комплексы из нескольких антенн, распределенных таким образом, чтобы корреляционная зависимость между ними была как можно более низкой. Такие антенны нужны для увеличения пропускной способности и достижения требуемой скорости.

Технология массово используется в сетях таких стандартов, как WiFi 802.11, 4G и ViMAX. Аббревиатура MIMO расшифровывается как Multiple Input Multiple Output («много входов и выходов»). Это означает, что один и тот же канал использует несколько приемников и передатчиков сигнала.

Типы и особенности

Существует 2 разновидности этой технологии: SU-MIMO и MU-MIMO. Вторая из них работает только на частоте 5 МГц. На рынке появляется все больше роутеров (Access Point, AP) с 2 рабочими диапазонами и поддержкой MU-MIMO. Визуально такой маршрутизатор можно распознать по количеству установленных внешних антенн (их должно быть не менее 4). Благодаря технологии MU-MIMO сигнал WiFi распространяется не по всей территории вокруг роутера, а в направлении беспроводных устройств. За счет этого увеличиваются дальность и скорость передачи данных.

Разница между SU-MIMO и MU-MIMO

Эти стандарты отличаются по количеству устройств, которым могут одновременно передавать данные. SU-MIMO — это однопользовательская система, а MU-MIMO — многопользовательская. В первом случае только 1 пользователь получает файлы в установленный отрезок времени. Многоканальные входящие и исходящие пакеты данных доступны только 1 устройству. Пока пользователь получает или принимает информацию, остальные ждут своей очереди. Стандарт MU-MIMO позволяет нескольким устройствам получать данные одновременно.

Технология MU-MIMO

Для работы точка доступа и клиент должны быть оборудованы несколькими антеннами и находиться на расстоянии друг от друга, чтобы избежать разности фаз.

Пространственное мультиплексирование

Пространственный поток — это информация, отправленная передающими устройствами.

При использовании MU-MIMO каждый поток по отдельности передается с разных источников через канал, на котором работает трансмиттер, и достигает соответствующей радиоцепи на приемнике.

Адаптивное формирование диаграммы направленности луча

Отправляя пользователю данные, маршрутизатор задействует все имеющиеся антенны. В ответ клиентское устройство показывает матрицу, которая вычисляет расположение приемника и направляет в его сторону данные. Когда возникает риск простаивания антенны, фазовый сдвиг меняется, а мощность канала увеличивается. Если сигнал из разных источников приходит с идентичной мощностью, данные суммируются. В результате увеличиваются скорость потока и максимально возможная дистанция до приемника.

Передача информации в MU-MIMO

Порядок передачи информации выглядит следующим образом:

1. Маршрутизатор передает зондирующую радиоволну.
2. Каждый приемник MU-MIMO отправляет роутеру матрицу с информацией.
3. AP определяет местонахождение каждого клиента.
4. Роутер выбирает пользователей для одновременной передачи данных.
5. AP определяет необходимые смещения фазы для отдельных потоков данных и клиентов, после чего передает информацию.
6. Роутер отправляет запрос на каждый приемник отдельно, чтобы проверить, получены ли файлы.
7. Маршрутизатор получает подтверждение от приемника при условии, что до него дошли пакеты данных.

Практические ограничения

Технологию поддерживают только клиенты 802.11 ac и ax. Принимающее устройство обрабатывает данные для нескольких пользователей и одновременно отделяет те, которые предназначены ему.

Затем информация отправляется обратно на маршрутизатор в матричном виде. Предполагается, что приемник умеет работать с сигнальными кадрами в датаграммах. В противном случае он не сможет принимать данные.

Устройства пользователей должны находиться на большом расстоянии друг от друга, иначе AP не сможет сформировать каналы с разнесением их в пространстве и времени. При этом скорость передачи информации всегда будет зависеть от быстродействия самого медленного клиента. Это является существенным недостатком данной технологии.

Рейтинг популярных роутеров с поддержкой MU-MIMO

Модель ASUS RT-AC87U стоит около 12 000 руб. Такой роутер справляется с потоками данных любого объема, что делает его подходящим для проведения видеоконференций и выполнения других ресурсоемких задач. Устройство обеспечивает стабильность сигнала на площади 460 м². Пропускная способность не снижается из-за одновременного подключения нескольких устройств.

Розничная цена роутера TP-Link Archer C2600 составляет примерно 15 000 руб. Он использует стандарт 802.11 ac, скорость 2 600 Мбит/с в диапазоне 2 400 МГц и 1 730 Мбит/c — на частоте 5 ГГц. Архитектура роутера увеличивает производительность и пропускную способность канала. На AP установлены 4 антенны, порты Ethernet и USB для проводного подключения устройств (компьютеров, ноутбуков и т. д.).

Цена модели Linksys EA8500 — около 19 000 руб. Такой маршрутизатор гарантирует работу сетевых сервисов без задержек. На корпусе установлены 4 антенны, которые отвечают за стабильность покрытия и формирование 6 потоков. Роутер обеспечивает скоростное интернет-соединение для смарт-телевизоров, игровых консолей, планшетов и любых других гаджетов. В нем предусмотрено 4 порта Ethernet для сетевых и 2 разъема USB для периферийных устройств.

Источник