MIMO (Multiple Input Multiple Output) to metoda skoordynowanego wykorzystania kilku anten radiowych w sieciach bezprzewodowych rozproszonych w dzisiejszych domowych routerach szerokopasmowych oraz w sieciach komórkowych LTE i WiMAX.

Jak to działa?

Router Wi-Fi z technologią MIMO korzysta z tych samych protokołów sieciowych, co zwykły jednokanałowy. Zapewniają lepszą wydajność, poprawiając transmisję i odbiór danych przez połączenie bezprzewodowe. W szczególności ruch sieciowy między klientami a routerem jest podzielony na osobne strumienie, które są przesyłane równolegle, a następnie przywracane jest urządzenie.


Technologia MIMO może zwiększać przepustowość, przepustowość i niezawodność transmisji przy wysokim ryzyku zakłóceń od innych urządzeń bezprzewodowych.

Aplikacja w sieciach Wi-Fi

Technologia MIMO jest zawarta w standardzie od wersji 80211 n. Jego użycie poprawia wydajność i dostępność połączeń sieciowych w porównaniu do tradycyjnych routerów. Liczba anten może się różnić. Na przykład MIMO 2x2 zakłada obecność dwóch anten i dwóch nadajników zdolnych do odbioru i transmisji na dwóch kanałach. Aby skorzystać z tej technologii i zrealizować jej zalety, urządzenie klienta i router muszą ustanowić połączenie MIMO między sobą. Dokumentacja użytego sprzętu musi byćWskazano, czy popiera taką możliwość. Innym prostym sposobem sprawdzenia, czy ta technologia jest używana w połączeniu sieciowym, nie jest.

SU-MIMO i MU-MIMO

Pierwsza generacja technologii, przedstawiona w standardzie 80211 n, obsługiwała metodę pojedynczego użytkownika (SU). W porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami, gdy wszystkie anteny routera powinny być skoordynowane, aby komunikować się z jednym urządzeniem klienckim, SU-MIMO pozwala przypisać każdą z nich pomiędzy różnymi urządzeniami. Multi-User (MU) Technologia MIMO została stworzona do użytku w sieciach Wi-Fi 80211 ac przy częstotliwości 5 GHz. Jeśli poprzedni standard wymagał, aby routery zarządzały połączeniami klienckimi po kolei (pojedynczo), anteny MU-MIMO mogą zapewniać równoległą komunikację z wieloma klientami. Metoda wieloużytkownikowa poprawia wydajność związków. Jednakże, nawet jeśli router 80211 ac ma niezbędne wsparcie sprzętowe dla technologii MIMO, istnieją inne ograniczenia:

obsługiwana jest ograniczona liczba jednoczesnych połączeń klienckich (2-4), w zależności od konfiguracji anteny;

koordynacja anten jest zapewniona tylko w jednym kierunku - od routera do klienta.

MIMO i komunikacja komórkowa

Technologia jest wykorzystywana w różnych typach sieci bezprzewodowych. Coraz częściej znajduje zastosowanie w komunikacji komórkowej (4G i 5G) w kilku formach:

Network MIMO - skoordynowana transmisja sygnałów między stacjami bazowymi;

Massive MIMO - użycie dużej liczby (setek) anten;

milimetryfale - wykorzystanie pasm ultra-wysokiej częstotliwości, które mają szerokość pasma większą niż w zakresach licencjonowanych dla 3G i 4G.

Technologia sieciowa

Aby zrozumieć, jak działa MU-MIMO, należy wziąć pod uwagę sposób, w jaki pakiety danych obsługują tradycyjne routery bezprzewodowe. Dobrze radzi sobie z wysyłaniem i odbieraniem danych, ale tylko w jednym kierunku. Innymi słowy, może komunikować się tylko z jednym urządzeniem naraz. Na przykład, jeśli film zostanie pobrany, nie będzie można jednocześnie rozgłaszać konsoli do gier wideo online.
Użytkownik może uruchomić kilka urządzeń w sieci Wi-Fi, a router przesyła bity danych bardzo szybko jeden po drugim. Jednak jednocześnie może on uzyskać dostęp tylko do jednego urządzenia, co jest głównym powodem obniżenia jakości połączenia, jeśli przepustowość Wi-Fi jest zbyt niska. Ponieważ działa, nie zwraca na siebie uwagi. Jednak wydajność routera, który przesyła dane do wielu urządzeń w jednym i tym samym czasie, może zostać zwiększona. Jednocześnie będzie działać szybciej i zapewnia bardziej interesujące konfiguracje sieciowe. Dlatego pojawiły się takie zmiany, jak MU-MIMO, które ostatecznie znalazły się w obecnych standardach komunikacji bezprzewodowej. Dzięki tym rozwiązaniom zaawansowane routery mogą wchodzić w interakcje z wieloma urządzeniami naraz.

Krótka historia: SU w porównaniu z MU

MIMO jednego i wielu użytkowników reprezentują różne sposoby komunikowania się routerów z wieloma urządzeniami. Ten pierwszy jest starszy. Standardowy SU dozwolone wysyłaniei odbierać dane jednocześnie dla kilku strumieni, w zależności od liczby dostępnych anten, z których każda może działać z różnymi urządzeniami. SU zostało włączone do aktualizacji 80211 n 2007 i zaczęło stopniowo wprowadzać nowe linie produktów. Jednak SU-MIMO zostało ograniczone do wymagań anteny. Mimo, że można podłączyć kilka urządzeń, wciąż muszą radzić sobie z routerem, który może pracować tylko z jednym na raz. Wzrosły wskaźniki danych, bariery stały się mniejszym problemem, ale istnieje wiele możliwości poprawy.
MU-MIMO to standard opracowany przy użyciu SU-MIMO i SDMA (wielokrotny dostęp z przestrzennym oddzieleniem kanałów). Technologia pozwala stacji bazowej na interakcję z wieloma urządzeniami, używając oddzielnego strumienia dla każdego z nich, tak jakby wszystkie miały swój własny router. Ostatecznie wsparcie dla MU dodano do aktualizacji 80211 ac w 2013 r. Po kilku latach rozwoju producenci zaczęli włączać tę funkcję do swoich produktów.

Zalety MU-MIMO

Jest to fascynująca technologia, ponieważ ma znaczący wpływ na codzienne korzystanie z Wi-Fi bez bezpośredniej zmiany przepustowości lub innych kluczowych parametrów bezprzewodowych. Sieci stają się znacznie bardziej skuteczne. Aby zapewnić stabilne połączenie z laptopem, telefonem, tabletem lub komputerem, standard nie wymaga obecności wielu anten w routerze. Każde takie urządzenie może nie udostępniać swojego kanału MIMO innym. Jest to szczególnie zauważalne podczas przesyłania strumieniowegotransmisja wideo lub inne złożone zadania. Szybkość Internetu subiektywnie rośnie, a połączenie jest bezpieczniejsze, chociaż w rzeczywistości staje się bardziej inteligentne w sieci. Zwiększa również liczbę jednocześnie obsługiwanych urządzeń.

Limit MU-MIMO

Technologia sieci wielodostępnych ma również wiele ograniczeń, które należy wymienić. Istniejące standardy obsługują 4 urządzenia, ale pozwalają dodać więcej i będą musiały współdzielić strumień, który powróci do problemów SU-MIMO. Technologia jest wykorzystywana głównie w kanałach komunikacyjnych niższego szczebla i jest ograniczona pod względem wydajności. Ponadto router MU-MIMO musi mieć więcej informacji o stanie urządzenia i kanału niż wymagane w poprzednich standardach. Utrudnia to zarządzanie i rozwiązywanie problemów z sieciami bezprzewodowymi. MU-MIMO jest również kierowane przez technologię. Oznacza to, że 2 urządzenia obok siebie nie mogą jednocześnie używać różnych kanałów. Na przykład, jeśli ktoś ogląda transmisję telewizyjną online, a jego żona wysyła grę PS4 do swojej Vita za pośrednictwem usługi Remote Play, nadal będzie musiała udostępnić przepustowość. Router może dostarczać dyskretne strumienie tylko dla urządzeń znajdujących się w różnych kierunkach.

Massive MIMO

Wraz z nadejściem sieci bezprzewodowych piątej generacji (5G), wzrost liczby smartfonów i nowych aplikacji spowodował 100-krotny wzrost ich wymaganej przepustowości w porównaniu do LTE. Nowa technologia Massive MIMO, która została podana w ostatnich latachwiele uwagi, ma na celu znaczne zwiększenie wydajności sieci telekomunikacyjnych do niespotykanego wcześniej poziomu. W związku z niedoborami i wysokimi kosztami dostępnych zasobów operatorzy są zainteresowani zwiększeniem przepustowości w zakresie przepustowości poniżej 6 GHz. Pomimo znacznego postępu, Massive MIMO jest daleki od doskonałości. Technologia jest nadal aktywnie badana zarówno w kręgach akademickich, jak iw przemyśle, gdzie inżynierowie starają się osiągnąć teoretyczne wyniki za pomocą akceptowanych komercyjnie rozwiązań. Massive MIMO może pomóc rozwiązać dwa kluczowe problemy - przepustowość i zasięg. W przypadku operatorów telefonii komórkowej pasmo częstotliwości pozostaje ograniczone i stosunkowo kosztowne, ale jest to kluczowy warunek zwiększania prędkości transmisji sygnału. W miastach interwał między stacjami bazowymi wynika z przepustowości, a nie z zasięgu, co wymaga wdrożenia dużej liczby takich urządzeń i prowadzi do dodatkowych kosztów. Massive MIMO pozwala zwiększyć pojemność istniejącej sieci. W obszarach, w których rozmieszczenie stacji bazowych jest spowodowane zasięgiem, technologia może zwiększyć zasięg ich działalności.

Koncepcja

Masywne MIMO radykalnie zmienia obecną praktykę za pomocą bardzo dużej liczby spójnych i adaptacyjnych anten serwisowych 4G (setki lub tysiące). Pomaga skoncentrować transmisję i odbiór energii sygnału w mniejszych obszarach przestrzeni, znacznie poprawiając wydajność i efektywność energetyczną, szczególnie w połączeniu z jednoczesnym planowaniem na dużą skalęterminale użytkowników (dziesiątki lub setki). Metoda ta została pierwotnie przeznaczone dla transmisji dupleks z podziałem czasowym (TDD), ale może również potencjalnie być wykorzystywane w trybie dupleks (PDD) rozkład częstotliwości.

, technologia MIMO: zalety i wady

Zaletą tego sposobu jest to powszechne stosowanie tanich komponentów o niskiej mocy, zmniejszenie opóźnienia ułatwienia Access Control (MAC), odporność na przypadkowe i zamierzony zakłóceń. Oczekuje przepustowość zależy od medium dystrybucji, który zapewnia asymptotycznie ortogonalnych kanałów do terminali, a eksperymenty nie zostały jeszcze wykryte jakiekolwiek ograniczenia w tym zakresie. Jednak wraz z eliminacją wielu problemów pojawia się nowe, wymagające pilne rozwiązanie. Na przykład, w systemach MIMO jest konieczne, aby zapewnić efektywną współpracę z wielu małych precyzją tanich komponentów, zbieranie danych na kanale i przydzielać zasoby dla nowo podłączonych terminali. Należy również wykorzystać dodatkowe stopnie swobody, dostarczonych przez nadmiar serwisu antenowego, zmniejszenie wewnętrznego zużycia energii, aby osiągnąć ogólną wydajność i znaleźć nowe scenariusze wdrażania. Wzrastająca liczba 4G anten, które są zaangażowane w realizacji MIMO, zazwyczaj wymaga wizyty w każdej stacji bazowej w celu zmiany konfiguracji i okablowanie. Początkowe wdrożenie sieci LTE wymagało instalacji nowego sprzętu. Umożliwiło to skonfigurowanie standardowego wyjścia LTE MIMO 2x2. Dalsze zmiany w stacjach bazowychsą produkowane tylko w skrajnych przypadkach, a wdrożenie wyższego rzędu zależy od środowiska operacyjnego. Innym problemem jest to, że operacja MIMO prowadzi do zupełnie innego zachowania w sieci niż poprzedni system, co powoduje pewną niepewność w planowaniu. Dlatego operatorzy zwykle najpierw wykorzystują inne rozwiązania, zwłaszcza jeśli mogą zostać zwrócone przez aktualizację oprogramowania.