MIMO teknolojisi: nedir ve ne ile yenir? WIFI kablosuz ağlarda MIMO veri iletim teknolojisi

Çok kullanıcılı MIMO, 802.11 ac standardının ayrılmaz bir parçasıdır. Ancak şimdiye kadar, yeni bir çoklu anten teknolojisini destekleyen cihazlar henüz çıkmadı. Önceki nesil 802.11ac WLAN yönlendiricileri, Wave 1 ekipmanı olarak anılırdı. Yalnızca Wave 2, çok kullanıcılı sunar MIMO teknolojisi(MU-MIMO) ve bu ikinci dalganın başında gelen cihazlar.

■ evet □ hayır

Çok kullanıcılı MIMO, bir sinyali aynı anda birden fazla cihaza ilettiğinden, iletim protokolü, veri bloğu başlıklarının oluşumu açısından buna göre genişletilir: bir istemci için birkaç uzamsal olarak ayrılmış akışı iletmek yerine, çok kullanıcılı MIMO, iletimi her kullanıcı için dağıtır. ayrı ayrı, hem de kodlama . Bant genişliği tahsisi ve kodlama aynı kalır.

Tek Kullanıcı Dört cihaz aynı WLAN'ı paylaşıyorsa, 4×4:4 MIMO yönlendirici dört uzamsal veri akışını iletir, ancak her zaman yalnızca aynı cihaza. Cihazlara ve gadget'lara dönüşümlü olarak hizmet verilir. Çok Kullanıcılı Çok Kullanıcılı MIMO (Çok Kullanıcılı MIMO) desteğiyle, WLAN yönlendiricisinin kaynaklarına erişmeyi bekleyen aygıt kuyruğu yoktur. Dizüstü bilgisayar, tablet, telefon ve TV ile aynı anda veri sağlanır.

WLAN ağı yoğun bir otoyol gibidir: günün saatine bağlı olarak PC'ler ve dizüstü bilgisayarlar, tabletler, akıllı telefonlar, TV'ler ve oyun konsolları. Ortalama bir evde WLAN aracılığıyla internete bağlı beşten fazla cihaz vardır ve bu sayı sürekli artmaktadır. Ana IEEE 802.11b standardı kapsamında sağlanan 11 Mbps hız ile, yönlendirici aynı anda yalnızca bir cihaza bağlanabildiğinden, web'de gezinmek ve veri indirmek çok fazla sabır gerektirir. Radyo iletişimi aynı anda üç cihaz tarafından kullanılıyorsa, her müşteri iletişim oturumunun yalnızca üçte birini alır ve zamanın üçte ikisi beklemekle geçer. En yeni IEEE 802.11ac WLAN'lar 1 Gbps'ye kadar veri hızları sağlasa da, kuyruktan dolayı hız düşme sorunu da yaşıyorlar. Ancak yeni nesil cihazlar (802.11ac Wave 2), birden fazla aktif cihaza sahip radyo ağları için daha yüksek performans vaat ediyor.

İnovasyonun özünü daha iyi anlamak için, öncelikle yakın geçmişte WLAN ağlarında ne gibi değişiklikler olduğunu hatırlamalısınız. En iyilerinden biri etkili teknikler IEEE 802.1In standardından başlayarak veri hızını artırmak, MIMO teknolojisidir (Multiple Input Multiple Output: multi-channel input - multi-channel output). Veri akışlarının paralel iletimi için birkaç radyo anteninin kullanılmasını içerir. Örneğin, bir video dosyası bir WLAN üzerinden iletilirse ve üç antenli bir MIMO yönlendirici kullanılırsa, her verici ideal olarak (alıcının üç anteni varsa) dosyanın üçte birini gönderir.

Her antenle artan maliyetler

IEEE 802.11n standardında, her bir akış için maksimum veri hızı, ek yük ile birlikte 150 Mbps'ye ulaşır. Dört antenli cihazlar böylece 600 Mbps'ye kadar veri iletebilir. Mevcut IEEE 802.11ac standardı teorik olarak yaklaşık 6900 Mbps'de çıkıyor. Geniş radyo kanallarına ve iyileştirilmiş modülasyona ek olarak, yeni standart sekiz adede kadar MIMO akışının kullanılmasını sağlar.

Ancak sadece anten sayısını artırmak, veri iletiminin çoklu hızlanmasını garanti etmez. Tersine, dört antenle, ek yükün miktarı büyük ölçüde artar ve radyo çarpışmalarını tespit etme süreci de daha maliyetli hale gelir. Daha fazla anten kullanımını haklı çıkarmak için MIMO teknolojisi gelişmeye devam ediyor. Ayrım amacıyla, eski MIMO'ya tek kullanıcılı MIMO (Tek Kullanıcılı MIMO) demek daha doğrudur. Daha önce de belirtildiği gibi, birkaç uzamsal akışın eşzamanlı iletimini sağlamasına rağmen, ancak her zaman yalnızca bir adreste. Böyle bir dezavantaj, artık çok kullanıcılı MIMO'nun yardımıyla ortadan kaldırılmıştır. Bu teknoloji ile, WLAN yönlendiricileri aynı anda dört istemciye bir sinyal iletebilir. Örneğin, sekiz antenli bir cihaz, bir dizüstü bilgisayar sağlamak için dördünü kullanabilir ve paralel olarak diğer ikisinin yardımıyla - bir tablet ve bir akıllı telefon.

MIMO - doğru yön sinyali

Bir yönlendiricinin WLAN paketlerini aynı anda farklı istemcilere iletebilmesi için, istemcilerin nerede olduğunu bilmesi gerekir. Bunun için öncelikle her yöne test paketleri gönderilir. İstemciler bu paketlere yanıt verir ve baz istasyonu sinyal gücü verilerini depolar. Hüzmeleme teknolojisi, MU MIMO'nun en önemli yardımcılarından biridir. Halihazırda IEEE 802.11n standardı tarafından desteklenmesine rağmen, IEEE 802.11ac'de geliştirilmiştir. Özü, müşterilere bir radyo sinyali göndermek için en uygun yönü belirlemekte özetlenir. Baz istasyonu, her bir radyo sinyali için, verici antenin optimal yönlülüğünü özel olarak ayarlar. Çok kullanıcılı mod için en uygun sinyal yolunu bulmak özellikle önemlidir çünkü yalnızca bir istemcinin konumunu değiştirmek tüm iletim yollarını değiştirebilir ve tüm WLAN ağının verimini bozabilir. Bu nedenle her 10 ms'de bir kanal analizi yapılır.

Karşılaştırıldığında, tek kullanıcılı MIMO yalnızca her 100 ms'de bir analiz yapar. Çok kullanıcılı MIMO, dört istemciye aynı anda hizmet verebilir ve her istemci, toplam 16 akış için paralel olarak dört adede kadar veri akışı alır. Bu çok kullanıcılı MIMO, işlem gücü ihtiyacı arttıkça yeni WLAN yönlendiricileri gerektirir.

Çok kullanıcılı MIMO'daki en büyük sorunlardan biri, istemciden istemciye müdahaledir. Kanal tıkanıklığı sıklıkla ölçülse de bu yeterli değildir. Gerekirse, bazı çerçevelere öncelik verilirken, diğerlerine ise tam tersine uyulur. Bunu yapmak için 802.11ac, çeşitli kuyruklar kullanır. farklı hızörneğin video paketlerini tercih ederek, veri paketinin türüne bağlı olarak işleme gerçekleştirin.

MIMO(Multiple Input Multiple Output - multiple input multiple output), kablosuz iletişim sistemlerinde (WIFI, hücresel ağlar) kullanılan, sistemin spektral verimliliğini, maksimum veri aktarım hızını ve ağ kapasitesini önemli ölçüde artırabilen bir teknolojidir. Yukarıdaki avantajları elde etmenin ana yolu, teknolojinin adını aldığı birden çok radyo bağlantısı yoluyla kaynaktan hedefe veri iletmektir. Arka planı düşünün bu konu ve MIMO teknolojisinin yaygınlaşmasının ana nedenlerini belirlemektir.

İhtiyaç için yüksek hızlı bağlantılar yüksek hata toleransı ile yüksek kalitede hizmet (QoS) sağlamak her geçen yıl büyümektedir. Bu, VoIP (), VoD (), vb. Gibi hizmetlerin ortaya çıkmasıyla büyük ölçüde kolaylaştırılmıştır. kablosuz teknolojiler kapsama alanının kenarında abonelere yüksek kalitede hizmet verilmesine izin vermeyin. Hücresel ve diğer kablosuz iletişim sistemlerinde, bağlantı kalitesi ve mevcut veri hızı, (BTS)'den uzaklaştıkça hızla düşer. Bununla birlikte hizmetlerin kalitesi de düşmekte, bu da sonuçta gerçek zamanlı hizmetlerin yüksek kalite ağın radyo kapsama alanı boyunca. Bu sorunu çözmek için, baz istasyonlarını mümkün olduğunca sıkı bir şekilde kurmaya çalışabilir ve her yerde dahili kapsama alanı düzenleyebilirsiniz. düşük seviye sinyal. Bununla birlikte, bu, sonuçta hizmet maliyetinde bir artışa ve rekabet gücünde bir azalmaya yol açacak olan önemli finansal maliyetler gerektirecektir. Bu nedenle, bu sorunu çözmek için mümkünse mevcut teknolojileri kullanarak özgün bir yenilik gereklidir. Frekans aralığı ve yeni ağ tesislerinin inşasını gerektirmez.

Radyo dalgalarının yayılmasının özellikleri

MIMO teknolojisinin çalışma prensiplerini anlamak için uzaydaki genel prensipleri göz önünde bulundurmak gerekir. 100 MHz'in üzerindeki aralıkta çeşitli kablosuz radyo sistemlerinin yaydığı dalgalar, birçok yönden ışık huzmeleri gibi davranır. Radyo dalgaları bir yüzey üzerinde yayıldığında, engelin malzemesine ve boyutuna bağlı olarak, enerjinin bir kısmı emilir, bir kısmı geçer ve geri kalanı yansıtılır. Emilen, yansıtılan ve içinden geçen enerjilerin paylarının oranı birçok faktörden etkilenir. dış etkenler, sinyalin frekansı dahil. Ayrıca, yansıyan ve sinyal yoluyla iletilen enerjiler yönlerini değiştirebilirler. daha fazla yayılma ve sinyalin kendisi birkaç dalgaya bölünmüştür.

Kaynaktan alıcıya yukarıdaki yasalara göre yayılan sinyal, çok sayıda engelle karşılaştıktan sonra birçok dalgaya bölünür ve bunların yalnızca bir kısmı alıcıya ulaşır. Alıcıya ulaşan dalgaların her biri sözde bir sinyal yayılma yolu oluşturur. Ayrıca, farklı sayıdaki engellerden farklı dalgaların yansıtılması ve geçmesi nedeniyle farklı mesafe, farklı yollar farklı var .

Yoğun şehir ortamında bina, ağaç, araba vb. çok sayıda engel nedeniyle (MS) ve baz istasyonu (BTS) antenleri arasında görüş hattının olmaması durumu oldukça sık görülür. Bu durumda alıcının sinyaline ulaşmanın tek yolu yansıyan dalgalardır. Ancak, yukarıda belirtildiği gibi, art arda yansıtılan sinyal artık başlangıç ​​enerjisine sahip değildir ve gecikmeli olarak gelebilir. Nesnelerin her zaman sabit kalmaması ve durumun zaman içinde önemli ölçüde değişebilmesi de özel bir zorluk yaratır. Bu bağlamda, kablosuz iletişim sistemlerindeki en önemli sorunlardan biri olan bir sorun ortaya çıkıyor.

Çok yollu yayılma - bir sorun mu yoksa bir avantaj mı?

Çok yollu sinyal yayılımıyla mücadele etmek için birkaç farklı çözüm kullanılır. En yaygın teknolojilerden biri Receive Diversity'dir -. Özü, birbirinden uzakta bulunan sinyali almak için bir değil, birkaç antenin (genellikle iki, daha az sıklıkla dört) kullanılması gerçeğinde yatmaktadır. Böylece alıcı, iletilen sinyalin farklı şekillerde gelen bir değil iki kopyasına sahip olur. Bu, orijinal sinyalden daha fazla enerji toplamayı mümkün kılar, çünkü Bir anten tarafından alınan dalgalar başka bir anten tarafından alınamayabilir ve bunun tersi de geçerlidir. Ayrıca bir antende faz dışı gelen sinyaller diğer antende fazlı olarak gelebilir. Bu radyo arayüzü organizasyon şeması, standart Tek Giriş Tek Çıkış (SISO) şemasının aksine Tek Giriş Çoklu Çıkış (SIMO) olarak adlandırılabilir. Tersine yaklaşım da uygulanabilir: iletim için birkaç anten ve alma için bir anten kullanıldığında. Bu aynı zamanda alıcı tarafından alınan orijinal sinyalin toplam enerjisini de arttırır. Bu şemaya Çoklu Giriş Tek Çıkış (MISO) denir. Her iki şemada da (SIMO ve MISO), baz istasyonunun yan tarafına birkaç anten yerleştirilmiştir, çünkü anten çeşitliliğini gerçekleştirmek mobil cihaz terminal ekipmanının kendisinin boyutlarını arttırmadan yeterince uzun bir mesafeden geçmek zordur.

Daha fazla akıl yürütmenin bir sonucu olarak, Çoklu Giriş Çoklu Çıkış (MIMO) şemasına ulaşıyoruz. Bu durumda, iletmek ve almak için birkaç anten kurulur. Bununla birlikte, yukarıdaki şemalardan farklı olarak, bu çeşitleme şeması, sadece çok yollu sinyal yayılımı ile ilgilenmekle kalmaz, aynı zamanda bazı ek avantajlar elde etmeyi de sağlar. Çoklu verici ve alıcı antenler kullanılarak, her bir verici/alıcı anten çiftine bilgi iletimi için ayrı bir yol atanabilir. Bu durumda, çeşitlilik alımı kalan antenler tarafından gerçekleştirilecek ve bu anten aynı zamanda diğer iletim yolları için ek bir anten görevi görecektir. Sonuç olarak, teorik olarak, veri aktarım hızını istediğiniz kadar artırmak mümkündür. ek antenler kullanılacak. Ancak, her bir radyo yolunun kalitesi önemli bir sınırlama getirir.

MIMO Nasıl Çalışır?

Yukarıda belirtildiği gibi, MIMO teknolojisinin organizasyonu, verici ve alıcı taraflara birkaç antenin kurulmasını gerektirir. Genellikle sistemin girişine ve çıkışına eşit sayıda anten takılır, çünkü bu durumda maksimum veri aktarım hızına ulaşılır. MIMO teknolojisinin adıyla birlikte alım ve iletimdeki anten sayısını göstermek için genellikle "AxB" adı verilir; burada A, sistemin girişindeki anten sayısıdır ve B, çıkıştadır. . sistem altında bu durum bir radyo bağlantısını ifade eder.

MIMO teknolojisinin çalışması için, vericinin yapısındaki bazı değişiklikler gereklidir. geleneksel sistemler. MIMO teknolojisini düzenlemenin olası, en basit yollarından yalnızca birini ele alalım. Her şeyden önce, iletim tarafında, iletilmesi amaçlanan verileri, sayısı anten sayısına bağlı olan birkaç düşük hızlı alt akışa bölecek bir akış bölücüye ihtiyaç vardır. Örneğin, MIMO 4x4 ve 200 Mbps giriş veri hızı için bölücü, her biri 50 Mbps'lik 4 akış oluşturacaktır. Ayrıca, bu akışların her biri kendi anteni aracılığıyla iletilmelidir. Tipik olarak, verici antenler, çoklu yollardan kaynaklanan mümkün olduğu kadar çok sayıda sahte sinyale izin vermek için bir miktar uzamsal ayrımla kurulur. birinde olası yollar MIMO teknolojisinin organizasyonu, sinyal her antenden farklı bir polarizasyonla iletilir, bu da alım sırasında tanımlanmasını mümkün kılar. Bununla birlikte, en basit durumda, iletilen sinyallerin her biri, aktarım ortamının kendisi tarafından işaretlenir (zaman gecikmesi ve diğer bozulmalar).

Alıcı tarafta, birkaç anten radyodan bir sinyal alır. Ayrıca, alıcı taraftaki antenler de biraz uzamsal çeşitlilikle kurulur, bu nedenle daha önce tartışılan alım çeşitliliği sağlanır. Alınan sinyaller, sayısı anten sayısına ve iletim yollarına karşılık gelen alıcılara beslenir. Ayrıca, alıcıların her biri sistemin tüm antenlerinden sinyal alır. Bu toplayıcıların her biri, yalnızca sorumlu olduğu yolun sinyal enerjisini toplam akıştan çıkarır. Bunu ya sinyallerin her birinin donatıldığı önceden belirlenmiş bir işarete göre ya da gecikme, zayıflama, faz kayması, yani. dağıtım ortamının bir dizi bozulması veya "parmak izi". Sistemin nasıl çalıştığına bağlı olarak (Bell Laboratuvarları Katmanlı Uzay-Zaman - BLAST, Seçici Anten Başına Hız Kontrolü (SPARC), vb.), iletilen sinyal her seferinde tekrarlanabilir. kesin zaman veya diğer antenler aracılığıyla hafif bir gecikmeyle iletilir.

MIMO teknolojisine sahip bir sistemde, sinyal kaynağı ile alıcı arasında bir görüş hattı varsa, MIMO sistemindeki veri hızının düşebileceği olağan dışı bir olgu meydana gelebilir. Bunun nedeni, öncelikle, sinyallerin her birini işaretleyen çevredeki alanın bozulmalarının ciddiyetindeki azalmadır. Sonuç olarak, alıcı tarafta sinyalleri ayırmak sorunlu hale gelir ve birbirlerini etkilemeye başlarlar. Böylece, radyo bağlantısının kalitesi ne kadar yüksek olursa, MIMO'dan o kadar az fayda sağlanabilir.

Çok kullanıcılı MIMO (MU-MIMO)

Yukarıdaki radyo iletişimini düzenleme ilkesi, yalnızca bir bilgi vericisi ve alıcısının olduğu Tek kullanıcılı MIMO'ya (SU-MIMO) atıfta bulunur. Bu durumda, hem verici hem de alıcı eylemlerini net bir şekilde koordine edebilir ve aynı zamanda yayında yeni kullanıcılar göründüğünde sürpriz bir faktör yoktur. Böyle bir şema, örneğin bir ev ofisinde iki cihaz arasındaki iletişimi düzenlemek için küçük sistemler için oldukça uygundur. Buna karşılık, WI-FI, WIMAX, hücresel iletişim sistemleri gibi çoğu sistem çok kullanıcılıdır, yani. onlar var tek merkez ve her biri bir radyo bağlantısı kurmak için gerekli olan birkaç uzak nesne. Böylece, iki sorun ortaya çıkar: bir yandan, baz istasyonu aynı anten sistemi (MIMO yayını) aracılığıyla birçok aboneye bir sinyal iletmeli ve aynı zamanda birkaç aboneden aynı antenler aracılığıyla bir sinyal almalıdır (MIMO MAC - Çoklu Erişim kanalları).

Yukarı bağlantı yönünde - MS'den BTS'ye, kullanıcılar bilgilerini aynı frekansta aynı anda iletirler. Bu durumda baz istasyonu için bir zorluk ortaya çıkıyor: farklı abonelerden gelen sinyalleri ayırmak gerekiyor. Bu problemle başa çıkmanın olası bir yolu da, önceden iletilen bir sinyal sağlayan doğrusal işleme yöntemidir. Bu yönteme göre orijinal sinyal, diğer abonelerden gelen girişimi yansıtan katsayılardan oluşan bir matris ile çarpılır. Matris, havadaki mevcut duruma göre derlenir: abone sayısı, iletim hızları vb. Böylece, iletimden önce, sinyal, radyo iletimi sırasında karşılaştığının tersine bir bozulmaya tabi tutulur.

Aşağı bağlantıda - BTS'den MS'ye yön, baz istasyonu sinyalleri aynı kanalda aynı anda birkaç aboneye aynı anda iletir. Bu, bir abone için iletilen sinyalin diğer tüm sinyallerin alımını etkilemesine yol açar, yani. girişim oluşur. Seçenekler Bu sorunla mücadele etmek için kirli kağıt kodlama teknolojisinin (“kirli kağıt”) kullanılması veya uygulanması gerekir. Kirli kağıt teknolojisine daha yakından bakalım. Çalışma prensibi, radyonun mevcut durumunun ve aktif abone sayısının analizine dayanmaktadır. Tek (ilk) abone, verilerini kodlamadan baz istasyonuna iletir, çünkü verilerini değiştirir. diğer abonelerden herhangi bir müdahale yoktur. İkinci abone kodlayacaktır, yani sinyalinin enerjisini birinciye müdahale etmeyecek ve sinyalini birinciden etkilenmeyecek şekilde değiştirin. Sisteme sonradan eklenen aboneler de aktif abone sayısına ve ilettikleri sinyallerin etkisine göre bu esasa göre hareket edeceklerdir.

MIMO uygulaması

Son on yılda MIMO teknolojisi, kablosuz iletişim sistemlerinin verimini ve kapasitesini artırmanın en uygun yollarından biridir. MIMO kullanmanın bazı örneklerini düşünün. çeşitli sistemler bağlantılar.

WiFi 802.11n standardı, MIMO teknolojisinin kullanımının en belirgin örneklerinden biridir. Ona göre, 300 Mbps'ye kadar hızları korumanıza izin veriyor. Ayrıca, önceki standart 802.11g'nin yalnızca 50 Mbps sağlamasına izin verildi. MIMO sayesinde yeni standart, veri hızını artırmanın yanı sıra en iyi performans sinyal gücünün düşük olduğu yerlerde hizmet kalitesi. 802.11n yalnızca nokta/çok noktalı sistemlerde (Point/Multipoint) kullanılmaz - LAN'ı (Yerel) düzenlemek için WiFi teknolojisini kullanmak için en yaygın niş Alan Ağı), aynı zamanda ana iletişim kanallarını birkaç yüz Mbps hızında düzenlemek için kullanılan ve verilerin onlarca kilometre boyunca (50 km'ye kadar) iletilmesine izin veren noktadan noktaya bağlantıları düzenlemek için.

WiMAX standardının ayrıca MIMO teknolojisinin yardımıyla kullanıcılara yeni olanaklar sunan iki sürümü vardır. İlki olan 802.16e, mobil geniş bant hizmetleri sağlar. Baz istasyonundan abone ekipmanına yönde 40 Mbps'ye kadar hızlarda bilgi aktarmanıza olanak tanır. Ancak, 802.16e'deki MIMO bir seçenek olarak kabul edilir ve en basit yapılandırma olan 2x2'de kullanılır. Bir sonraki sürümde, 802.16m MIMO, olası bir 4x4 yapılandırmasıyla zorunlu bir teknoloji olarak kabul edilir. Bu durumda, WiMAX halihazırda şunlarla ilişkilendirilebilir: hücresel sistemler iletişim, yani dördüncü nesil (nedeniyle yüksek hız veri iletimi), çünkü bir takım doğal özelliklere sahiptir hücresel ağlar işaretler: , sesli bağlantılar. Ne zaman mobil kullanım teorik olarak 100 Mbps elde edilebilir. Sabit sürümde hız 1 Gbps'ye ulaşabilir.

En büyük ilgi, MIMO teknolojisinin hücresel iletişim sistemlerinde kullanılmasıdır. Bu teknolojiüçüncü nesil hücresel iletişim sistemlerinden başlayarak uygulamasını bulur. Örneğin, standartta, Rel'de. 6, 20 Mbps'ye kadar hızları destekleyen HSPA teknolojisi ve Rel ile birlikte kullanılır. 7 - veri aktarım hızlarının 40 Mbps'ye ulaştığı HSPA+ ile. Ancak MIMO, 3G sistemlerinde geniş bir uygulama bulamamıştır.

Sistemler, yani LTE, MIMO'nun 8x8'e kadar konfigürasyonlarda kullanılmasını da sağlar. Bu, teorik olarak, baz istasyonundan aboneye 300 Mbps üzerinden veri iletilmesini mümkün kılabilir. Ayrıca önemli bir olumlu nokta, bağlantının kenarda bile istikrarlı kalitesidir. Bu durumda, baz istasyonundan oldukça uzakta olsanız veya uzak bir odada olsanız bile, veri aktarım hızında sadece hafif bir düşüş gözlemlenecektir.

Böylece, MIMO teknolojisi neredeyse tüm sistemlerde uygulama bulmaktadır. kablosuz iletim veri. Ve potansiyeli tükenmedi. 64x64 MIMO'ya kadar yeni anten yapılandırma seçenekleri geliştirilmektedir. Bu, gelecekte daha da yüksek veri hızları, ağ kapasitesi ve spektral verimlilik elde etmeyi mümkün kılacaktır.

9 Nisan 2014

Bir keresinde, IR bağlantısı bir şekilde sessizce ve fark edilmeden ayrıldı, ardından veri alışverişi için Bluetooth kullanmayı bıraktılar. Ve şimdi sıra Wi-Fi'de...

Ağın aynı anda birden fazla bilgisayar ile haberleşebilmesini sağlayan, birden çok giriş ve çıkışa sahip çok kullanıcılı bir sistem geliştirilmiştir. İçerik oluşturucular, Wi-Fi için tahsis edilen aynı radyo dalgaları aralığını kullanırken döviz kurunun üç katına çıkabileceğini iddia ediyor.

Qualcomm Atheros, bir ağın aynı anda birden fazla bilgisayarla iletişim kurmasını sağlayan çok kullanıcılı, çoklu giriş/çıkış (MU-MIMO) sistemi geliştirdi. Şirket, önümüzdeki yılın başlarında müşterilere gönderilmeden önce teknolojiyi önümüzdeki birkaç ay içinde göstermeye başlamayı planlıyor.

Ancak bu yüksek hızı elde edebilmek için kullanıcıların hem bilgisayarlarını hem de ağ yönlendiricilerini yükseltmeleri gerekecek.

Wi-Fi protokolü ile istemcilere sırayla hizmet verilir - belirli bir süre boyunca yalnızca bir verici ve alıcı cihaz kullanılır - böylece ağ bant genişliğinin yalnızca küçük bir kısmı kullanılır.

Bu ardışık olayların birikmesi, ağa giderek daha fazla cihaz bağlandıkça döviz kurunda bir düşüş yaratır.

MU-MIMO protokolü (çok kullanıcılı, çoklu giriş, çoklu çıkış), mevcut bant genişliğinin daha verimli kullanılmasını sağlayan bir grup istemciye eşzamanlı bilgi iletimi sağlar. Wi-Fi ağları ve böylece iletimi hızlandırır.

Qualcomm, bu tür özelliklerin özellikle birden fazla kullanıcının aynı ağa bağlandığı konferans merkezleri ve İnternet kafeler için faydalı olacağına inanıyor.

Şirket ayrıca, artan sayıda bağlı cihazı, hizmeti ve uygulamayı desteklemek için yalnızca mutlak hızı artırmakla ilgili olmadığına, aynı zamanda ağ ve yayın süresinin daha verimli kullanılmasına da inanıyor.

Qualcomm, MU-Mimo yongalarını yönlendirici, erişim noktası, akıllı telefon, tablet ve diğer Wi-Fi özellikli cihaz üreticilerine satmayı planlıyor. İlk çipler, dört veri akışıyla aynı anda çalışabilecek; teknoloji desteği Atheros 802.11ac yongalarına ve mobil cihazlara dahil edilecek Aslanağzı işlemciler 805 ve 801. Teknolojinin gösterimi bu yıl yapılacak ve ilk çip sevkiyatlarının gelecek yılın 1. çeyreğinde yapılması planlanıyor.

Peki, şimdi kim bu teknolojiyi daha detaylı incelemek isterse, devam ediyoruz...

MIMO(Multiple Input Multiple Output - multiple input multiple output), kablosuz iletişim sistemlerinde (WIFI, WI-MAX, hücresel ağlar) kullanılan, sistemin spektral verimliliğini, maksimum veri aktarım hızını ve ağ kapasitesini önemli ölçüde artırabilen bir teknolojidir. Yukarıdaki avantajları elde etmenin ana yolu, teknolojinin adını aldığı birden çok radyo bağlantısı yoluyla kaynaktan hedefe veri iletmektir. Bu sorunun arka planını düşünün ve MIMO teknolojisinin yaygın olarak kullanılmasına hizmet eden ana nedenleri belirleyin.

Yüksek hata toleransı ile yüksek hizmet kalitesi (QoS) sağlayan yüksek hızlı bağlantılara olan ihtiyaç her geçen yıl artmaktadır. Bu, VoIP (İnternet Üzerinden Ses Protokolü), video konferans, VoD (Talep Üzerine Video) vb. gibi hizmetlerin ortaya çıkmasıyla büyük ölçüde kolaylaştırılmıştır. kapsama alanı. Hücresel ve diğer kablosuz iletişim sistemlerinde, bağlantı kalitesi ve mevcut veri hızı, baz istasyonundan (BTS) uzaklaştıkça hızla düşer. Aynı zamanda, hizmetlerin kalitesi de düşer, bu da sonuçta ağın radyo kapsama alanı boyunca yüksek kalitede gerçek zamanlı hizmetler sağlamanın imkansızlığına yol açar. Bu sorunu çözmek için, baz istasyonlarını mümkün olduğunca sıkı bir şekilde kurmaya çalışabilir ve sinyal seviyesinin düşük olduğu tüm yerlerde dahili kapsama alanı düzenleyebilirsiniz. Bununla birlikte, bu, sonuçta hizmet maliyetinde bir artışa ve rekabet gücünde bir azalmaya yol açacak olan önemli finansal maliyetler gerektirecektir. Bu nedenle, bu sorunu çözmek için, mümkünse mevcut frekans aralığını kullanan ve yeni ağ tesislerinin inşasını gerektirmeyen özgün bir yenilik gereklidir.

Radyo dalgalarının yayılmasının özellikleri

MIMO teknolojisinin çalışma ilkelerini anlamak için, radyo dalgalarının uzayda yayılmasının genel ilkelerini dikkate almak gerekir. 100 MHz'in üzerindeki aralıkta çeşitli kablosuz radyo sistemlerinin yaydığı dalgalar, birçok yönden ışık huzmeleri gibi davranır. Radyo dalgaları bir yüzey üzerinde yayıldığında, engelin malzemesine ve boyutuna bağlı olarak, enerjinin bir kısmı emilir, bir kısmı geçer ve geri kalanı yansıtılır. Enerjinin emilen, yansıtılan ve iletilen kısımlarının paylarının oranı, sinyalin frekansı da dahil olmak üzere birçok dış faktörden etkilenir. Ayrıca, yansıyan ve geçen sinyal enerjileri, daha fazla yayılmalarının yönünü değiştirebilir ve sinyalin kendisi birkaç dalgaya bölünür.

Kaynaktan alıcıya yukarıdaki yasalara göre yayılan sinyal, çok sayıda engelle karşılaştıktan sonra birçok dalgaya bölünür ve bunların yalnızca bir kısmı alıcıya ulaşır. Alıcıya ulaşan dalgaların her biri sözde bir sinyal yayılma yolu oluşturur. Ayrıca, farklı dalgaların farklı sayıdaki engellerden yansıtılması ve farklı mesafeler kat etmesi nedeniyle, farklı yolların farklı zaman gecikmeleri vardır.

Yoğun bir kentsel ortamda, bina, ağaç, araba vb. gibi çok sayıda engel nedeniyle, çoğu zaman abone ekipmanı (MS) ile baz istasyonu antenleri (BTS) arasında görüş hattının olmadığı bir durum ortaya çıkar. . Bu durumda alıcının sinyaline ulaşmanın tek yolu yansıyan dalgalardır. Ancak, yukarıda belirtildiği gibi, art arda yansıtılan sinyal artık başlangıç ​​enerjisine sahip değildir ve gecikmeli olarak gelebilir. Nesnelerin her zaman sabit kalmaması ve durumun zaman içinde önemli ölçüde değişebilmesi de özel bir zorluk yaratır. Bu bağlamda, kablosuz iletişim sistemlerindeki en önemli sorunlardan biri olan çok yollu sinyal yayılımı sorunu ortaya çıkmaktadır.

Çok yollu yayılma - bir sorun mu yoksa bir avantaj mı?

Çok yollu sinyal yayılımıyla mücadele etmek için birkaç farklı çözüm kullanılır. En yaygın teknolojilerden biri, Alma Çeşitliliği - çeşitlilik alımıdır. Özü, birbirinden uzakta bulunan sinyali almak için bir değil, birkaç antenin (genellikle iki, daha az sıklıkla dört) kullanılması gerçeğinde yatmaktadır. Böylece alıcı, iletilen sinyalin farklı şekillerde gelen bir değil iki kopyasına sahip olur. Bu, orijinal sinyalden daha fazla enerji toplamayı mümkün kılar, çünkü Bir anten tarafından alınan dalgalar başka bir anten tarafından alınamayabilir ve bunun tersi de geçerlidir. Ayrıca bir antende faz dışı gelen sinyaller diğer antende fazlı olarak gelebilir. Bu radyo arayüzü organizasyon şeması, standart Tek Giriş Tek Çıkış (SISO) şemasının aksine Tek Giriş Çoklu Çıkış (SIMO) olarak adlandırılabilir. Tersine yaklaşım da uygulanabilir: iletim için birkaç anten ve alma için bir anten kullanıldığında. Bu aynı zamanda alıcı tarafından alınan orijinal sinyalin toplam enerjisini de arttırır. Bu şemaya Çoklu Giriş Tek Çıkış (MISO) denir. Her iki şemada da (SIMO ve MISO), baz istasyonunun yan tarafına birkaç anten yerleştirilmiştir, çünkü anten çeşitliliğini, terminal ekipmanının kendisinin boyutlarını arttırmadan, yeterince büyük bir mesafe boyunca bir mobil cihazda uygulamak zordur.

Daha fazla akıl yürütmenin bir sonucu olarak, Çoklu Giriş Çoklu Çıkış (MIMO) şemasına ulaşıyoruz. Bu durumda, iletmek ve almak için birkaç anten kurulur. Bununla birlikte, yukarıdaki şemalardan farklı olarak, bu çeşitleme şeması, sadece çok yollu sinyal yayılımı ile ilgilenmekle kalmaz, aynı zamanda bazı ek avantajlar elde etmeyi de sağlar. Çoklu verici ve alıcı antenler kullanılarak, her bir verici/alıcı anten çiftine bilgi iletimi için ayrı bir yol atanabilir. Bu durumda, çeşitlilik alımı kalan antenler tarafından gerçekleştirilecek ve bu anten aynı zamanda diğer iletim yolları için ek bir anten görevi görecektir. Sonuç olarak, teorik olarak, veri hızını, kullanılacak ek anten sayısı kadar artırmak mümkündür. Ancak, her bir radyo yolunun kalitesi önemli bir sınırlama getirir.

MIMO Nasıl Çalışır?

Yukarıda belirtildiği gibi, MIMO teknolojisinin organizasyonu, verici ve alıcı taraflara birkaç antenin kurulmasını gerektirir. Genellikle sistemin girişine ve çıkışına eşit sayıda anten takılır, çünkü bu durumda maksimum veri aktarım hızına ulaşılır. MIMO teknolojisinin adıyla birlikte alım ve iletimdeki anten sayısını göstermek için genellikle "AxB" adı verilir; burada A, sistemin girişindeki anten sayısıdır ve B, çıkıştadır. . Bu durumda sistem, radyo bağlantısını ifade eder.

MIMO teknolojisinin çalışabilmesi için verici yapısında konvansiyonel sistemlere göre bazı değişiklikler yapılması gerekmektedir. MIMO teknolojisini düzenlemenin olası, en basit yollarından yalnızca birini ele alalım. Her şeyden önce, iletim tarafında, iletilmesi amaçlanan verileri, sayısı anten sayısına bağlı olan birkaç düşük hızlı alt akışa bölecek bir akış bölücüye ihtiyaç vardır. Örneğin, MIMO 4x4 ve 200 Mbps giriş veri hızı için bölücü, her biri 50 Mbps'lik 4 akış oluşturacaktır. Ayrıca, bu akışların her biri kendi anteni aracılığıyla iletilmelidir. Tipik olarak, verici antenler, çoklu yollardan kaynaklanan mümkün olduğu kadar çok sayıda sahte sinyale izin vermek için bir miktar uzamsal ayrımla kurulur. MIMO teknolojisini düzenlemenin olası yollarından birinde, sinyal her bir antenden farklı bir polarizasyonla iletilir ve bu, alım sırasında onu tanımlamayı mümkün kılar. Bununla birlikte, en basit durumda, iletilen sinyallerin her biri, iletim ortamının kendisi tarafından işaretlenir (zaman gecikmesi, zayıflama ve diğer bozulmalar).

Alıcı tarafta, birkaç anten radyodan bir sinyal alır. Ayrıca, alıcı taraftaki antenler de biraz uzamsal çeşitlilikle kurulur, bu nedenle daha önce tartışılan alım çeşitliliği sağlanır. Alınan sinyaller, sayısı anten sayısına ve iletim yollarına karşılık gelen alıcılara beslenir. Ayrıca, alıcıların her biri sistemin tüm antenlerinden sinyal alır. Bu toplayıcıların her biri, yalnızca sorumlu olduğu yolun sinyal enerjisini toplam akıştan çıkarır. Bunu ya sinyallerin her birinin donatıldığı önceden belirlenmiş bir işarete göre ya da gecikme, zayıflama, faz kayması, yani. dağıtım ortamının bir dizi bozulması veya "parmak izi". Sistemin nasıl çalıştığına bağlı olarak (Bell Laboratuvarları Katmanlı Uzay-Zaman - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC), vb.), iletilen sinyal belirli bir süre sonra tekrar edilebileceği gibi, diğer antenler aracılığıyla da hafif bir gecikmeyle iletilebilir.

MIMO teknolojisine sahip bir sistemde, sinyal kaynağı ile alıcı arasında bir görüş hattı varsa, MIMO sistemindeki veri hızının düşebileceği olağan dışı bir olgu meydana gelebilir. Bunun nedeni, öncelikle, sinyallerin her birini işaretleyen çevredeki alanın bozulmalarının ciddiyetindeki azalmadır. Sonuç olarak, alıcı tarafta sinyalleri ayırmak sorunlu hale gelir ve birbirlerini etkilemeye başlarlar. Böylece, radyo bağlantısının kalitesi ne kadar yüksek olursa, MIMO'dan o kadar az fayda sağlanabilir.

Çok kullanıcılı MIMO (MU-MIMO)

Yukarıdaki radyo iletişimini düzenleme ilkesi, yalnızca bir bilgi vericisi ve alıcısının olduğu Tek kullanıcılı MIMO'ya (SU-MIMO) atıfta bulunur. Bu durumda, hem verici hem de alıcı eylemlerini net bir şekilde koordine edebilir ve aynı zamanda yayında yeni kullanıcılar göründüğünde sürpriz bir faktör yoktur. Böyle bir şema, örneğin bir ev ofisinde iki cihaz arasındaki iletişimi düzenlemek için küçük sistemler için oldukça uygundur. Buna karşılık, WI-FI, WIMAX, hücresel iletişim sistemleri gibi çoğu sistem çok kullanıcılıdır, yani. tek bir merkeze ve her biri bir radyo bağlantısı düzenlemenin gerekli olduğu birkaç uzak nesneye sahipler. Böylece, iki sorun ortaya çıkar: bir yandan, baz istasyonu aynı anten sistemi (MIMO yayını) aracılığıyla birçok aboneye bir sinyal iletmeli ve aynı zamanda birkaç aboneden aynı antenler aracılığıyla bir sinyal almalıdır (MIMO MAC - Çoklu Erişim kanalları).

Yukarı bağlantı yönünde - MS'den BTS'ye, kullanıcılar bilgilerini aynı frekansta aynı anda iletirler. Bu durumda baz istasyonu için bir zorluk ortaya çıkıyor: farklı abonelerden gelen sinyalleri ayırmak gerekiyor. Bu problemle başa çıkmanın olası bir yolu, iletilen sinyalin önceden kodlanmasını içeren doğrusal işleme yöntemidir. Bu yönteme göre orijinal sinyal, diğer abonelerden gelen girişimi yansıtan katsayılardan oluşan bir matris ile çarpılır. Matris, havadaki mevcut duruma göre derlenir: abone sayısı, iletim hızları vb. Böylece, iletimden önce, sinyal, radyo iletimi sırasında karşılaştığının tersine bir bozulmaya tabi tutulur.

Aşağı bağlantıda - BTS'den MS'ye yön, baz istasyonu sinyalleri aynı kanalda aynı anda birkaç aboneye aynı anda iletir. Bu, bir abone için iletilen sinyalin diğer tüm sinyallerin alımını etkilemesine yol açar, yani. girişim oluşur. Bu sorunla başa çıkmak için olası seçenekler, Smart Antena'nın kullanılması veya kirli kağıt kodlama teknolojisinin (“kirli kağıt”) kullanılmasıdır. Kirli kağıt teknolojisine daha yakından bakalım. Çalışma prensibi, radyonun mevcut durumunun ve aktif abone sayısının analizine dayanmaktadır. Tek (ilk) abone, verilerini kodlamadan baz istasyonuna iletir, çünkü verilerini değiştirir. diğer abonelerden herhangi bir müdahale yoktur. İkinci abone kodlayacaktır, yani sinyalinin enerjisini birinciye müdahale etmeyecek ve sinyalini birinciden etkilenmeyecek şekilde değiştirin. Sisteme sonradan eklenen aboneler de aktif abone sayısına ve ilettikleri sinyallerin etkisine göre bu esasa göre hareket edeceklerdir.

MIMO uygulaması

Son on yılda MIMO teknolojisi, kablosuz iletişim sistemlerinin verimini ve kapasitesini artırmanın en uygun yollarından biridir. Çeşitli iletişim sistemlerinde MIMO kullanımının bazı örneklerini ele alalım.

WiFi 802.11n standardı, MIMO teknolojisinin kullanımının en belirgin örneklerinden biridir. Ona göre, 300 Mbps'ye kadar hızları korumanıza izin veriyor. Ayrıca, önceki standart 802.11g'nin yalnızca 50 Mbps sağlamasına izin verildi. Yeni standart, veri hızını artırmanın yanı sıra, MIMO sayesinde sinyal gücünün düşük olduğu yerlerde daha kaliteli hizmet performansına da olanak sağlıyor. 802.11n, yalnızca bir LAN (Yerel Alan Ağı) düzenlemek için WiFi teknolojisini kullanmak için en yaygın niş olan nokta / çok noktalı sistemlerde (Point / Multipoint) değil, aynı zamanda ana hat iletişimini düzenlemek için kullanılan nokta / nokta bağlantılarını düzenlemek için de kullanılır. birkaç yüz Mbps hızında ve verilerin onlarca kilometre boyunca (50 km'ye kadar) iletilmesine izin veren kanallar.

WiMAX standardının ayrıca MIMO teknolojisinin yardımıyla kullanıcılara yeni olanaklar sunan iki sürümü vardır. İlki olan 802.16e, mobil geniş bant hizmetleri sağlar. Baz istasyonundan abone ekipmanına yönde 40 Mbps'ye kadar hızlarda bilgi aktarmanıza olanak tanır. Ancak, 802.16e'deki MIMO bir seçenek olarak kabul edilir ve en basit yapılandırma olan 2x2'de kullanılır. Bir sonraki sürümde, 802.16m MIMO, olası bir 4x4 yapılandırmasıyla zorunlu bir teknoloji olarak kabul edilir. Bu durumda, WiMAX zaten hücresel iletişim sistemlerine, yani bunların dördüncü nesline (yüksek veri aktarım hızı nedeniyle) atfedilebilir, çünkü hücresel ağların doğasında bulunan bir dizi özelliğe sahiptir: dolaşım, aktarma, sesli bağlantılar. Mobil kullanım durumunda teorik olarak 100 Mbps'ye ulaşılabilir. Sabit sürümde hız 1 Gbps'ye ulaşabilir.

En büyük ilgi, MIMO teknolojisinin hücresel iletişim sistemlerinde kullanılmasıdır. Bu teknoloji, uygulamasını üçüncü nesil hücresel iletişim sistemlerinden beri bulmuştur. Örneğin, UMTS standardında, Rel'de. 6, 20 Mbps'ye kadar hızları destekleyen HSPA teknolojisi ve Rel ile birlikte kullanılır. 7 - veri aktarım hızlarının 40 Mbps'ye ulaştığı HSPA+ ile. Ancak MIMO, 3G sistemlerinde geniş bir uygulama bulamamıştır.

Sistemler, yani LTE, MIMO'nun 8x8'e kadar konfigürasyonlarda kullanılmasını da sağlar. Bu, teorik olarak, baz istasyonundan aboneye 300 Mbps üzerinden veri iletilmesini mümkün kılabilir. Ayrıca önemli bir olumlu nokta, bal peteğinin kenarında bile bağlantının istikrarlı kalitesidir. Bu durumda, baz istasyonundan oldukça uzakta olsanız veya uzak bir odada olsanız bile, veri aktarım hızında sadece hafif bir düşüş gözlemlenecektir.

Böylece, MIMO teknolojisi neredeyse tüm kablosuz veri iletim sistemlerinde uygulama bulmaktadır. Ve potansiyeli tükenmedi. 64x64 MIMO'ya kadar yeni anten yapılandırma seçenekleri geliştirilmektedir. Bu, gelecekte daha da yüksek veri hızları, ağ kapasitesi ve spektral verimlilik elde etmeyi mümkün kılacaktır.