MIMO (Multiple Input Multiple Output) е метод за координирано използване на няколко радиоантени в безжични мрежови комуникации, разпределени в днешните домашни широколентови рутери и в LTE и WiMAX клетъчни мрежи.
Как работи?
Wi-Fi рутерът с MIMO технология използва същите мрежови протоколи като обикновен едноканален. Те осигуряват по-добра производителност чрез подобряване на предаването и приемането на данни чрез безжична връзка. По-специално, мрежовият трафик между клиентите и маршрутизатора е организиран в отделни потоци, които се предават паралелно, с последващо възстановяване на устройството.
Технологията MIMO може да увеличи пропускателната способност, пропускателната способност и надеждността на предаването при висок риск от смущения от друго безжично оборудване.
Приложение в Wi-Fi мрежи
Технологията MIMO е включена в стандарта от версия 80211 n. Използването му подобрява производителността и достъпността на мрежовите връзки в сравнение с конвенционалните маршрутизатори. Броят на антените може да варира. Например, MIMO 2x2 предполага наличието на две антени и два предавателя, които могат да приемат и предават по два канала. За да се възползват от тази технология и да реализират своите предимства, клиентското устройство и рутерът трябва да установят MIMO връзка помежду си. Документацията за използваното оборудване трябва да бъдеПосочва се дали тя подкрепя такава възможност. Друг прост начин да проверите дали тази технология се използва в мрежова връзка не е.
SU-MIMO и MU-MIMO
Първото поколение технологии, представено в стандарта 80211 n, поддържа метода за единичен потребител (SU). В сравнение с традиционните решения, когато всички антени на маршрутизатора трябва да бъдат координирани, за да комуникират с едно клиентско устройство, SU-MIMO ви позволява да разпределите всеки от тях между различно оборудване. Мулти-потребителска (MU) MIMO технология е създадена за използване на Wi-Fi 80211 ac мрежи на честота от 5 GHz. Ако предишният стандарт изискваше маршрутизаторите да управляват своите клиентски връзки на свой ред (един по един), MU-MIMO антените могат да осигурят комуникация с множество клиенти паралелно. Многопотребителският метод подобрява работата на съединенията. Въпреки това, дори ако 80211 ac маршрутизаторът притежава необходимата хардуерна поддръжка за MIMO технология, има и други ограничения:
ограничен брой едновременни клиентски връзки (2-4) се поддържа, в зависимост от конфигурацията на антената;
координацията на антените се осигурява само в една посока - от рутера до клиента.
MIMO и клетъчни комуникации
Технологията се използва в различни видове безжични мрежи. Все по-често намира приложение в клетъчната комуникация (4G и 5G) в няколко форми:
MIMO мрежа - координирано предаване на сигнали между базовите станции;
Масивна MIMO - използване на голям брой (стотици) антени;
милиметравълни - използването на свръхвисоки честотни ленти, които имат честотна лента повече, отколкото в диапазоните, лицензирани за 3G и 4G.
Мрежови технологии
За да се разбере как работи MU-MIMO, трябва да се обмисли как пакетите с данни се справят с традиционните безжични маршрутизатори. Той се справя добре с изпращането и получаването на данни, но само в една посока. С други думи, тя може да комуникира само с едно устройство в даден момент. Например, ако се изтегли видеоклип, не можете да излъчвате онлайн конзолата за видеоигри едновременно. Потребителят може да изпълнява няколко устройства в Wi-Fi мрежа и рутерът предава битове данни много бързо един по един. Въпреки това, в едно и също време, той може да има достъп само до едно устройство, което е основната причина за намаляване на качеството на връзката, ако честотната лента на Wi-Fi е твърде ниска.
Тъй като тя работи, тя не обръща много внимание на себе си. Въпреки това, производителността на маршрутизатор, който предава данни на няколко устройства едновременно, може да бъде подобрена. В същото време тя ще работи по-бързо и ще осигури по-интересни мрежови конфигурации. Ето защо имаше разработки като MU-MIMO, които в крайна сметка бяха включени в настоящите стандарти за безжична комуникация. Тези разработки позволяват на напредналите маршрутизатори да взаимодействат с множество устройства едновременно.
Кратка история: SU срещу MU
Едно- и многопотребителските MIMO представляват различни начини за комуникиране на маршрутизатори с множество устройства. Първият е по-стар. SU стандартно разрешено изпращанеи получават данни едновременно за няколко потока, в зависимост от броя на наличните антени, всеки от които може да работи с различни устройства. SU беше включена в надстройката 80211 n 2007 и започна постепенно да въвежда нови продуктови линии. Въпреки това, SU-MIMO е ограничено в допълнение към изискванията за антената. Въпреки че няколко устройства могат да бъдат свързани, те все още трябва да се справят с маршрутизатор, който може да работи само с един по един. Скоростта на данните се увеличи, бариерите станаха по-малко проблем, но има много възможности за подобрение. MU-MIMO е стандарт, разработен с SU-MIMO и SDMA (многостранен достъп с пространствено разделяне на каналите). Технологията позволява на базовата станция да взаимодейства с множество устройства, като използва отделен поток за всеки от тях, като че ли всички те имат свой собствен рутер. В края на краищата, поддръжката на MU беше добавена към актуализацията 80211 ac през 2013 г. След няколко години на развитие, производителите започнаха да включват тази функция в своите продукти.
Предимства на MU-MIMO
Това е завладяваща технология, тъй като има значително влияние върху ежедневното използване на Wi-Fi без никаква пряка промяна в честотната лента или други ключови безжични параметри. Мрежите стават много по-ефективни. За да се осигури стабилна връзка с лаптоп, телефон, таблет или компютър, стандартът не изисква наличието на множество антени в маршрутизатора. Всяко такова устройство не може да споделя своя MIMO канал с други. Това е особено забележимо при стриймингпредаване на видео или други сложни задачи. Скоростта на интернет нараства субективно и връзката се изгражда по-сигурно, въпреки че в действителност тя става по-интелигентна в мрежата. Също така увеличава броя на едновременно обслужваните устройства.
Лимит MU-MIMO
Мрежовата технология с множество достъп също има редица ограничения, които следва да бъдат споменати. Съществуващите стандарти поддържат 4 устройства, но ви позволяват да добавите повече, и те ще трябва да споделят поток, който се връща към SU-MIMO проблеми. Технологията се използва главно в комуникационните канали надолу по веригата и е ограничена, когато става въпрос за продукция. В допълнение MU-MIMO рутерът трябва да има повече информация за състоянието на устройството и канала, отколкото се изисква от предишните стандарти. Това затруднява управлението и отстраняването на проблеми с безжичните мрежи. MU-MIMO също е насочена от технологията. Това означава, че 2 устройства едно до друго не могат да използват различни канали едновременно. Например, ако човек гледа телевизионно предаване онлайн и съпругата му изпраща PS4 игра до неговата Vita чрез Remote Play, те все пак ще трябва да споделят честотната лента. Маршрутизаторът може да осигури дискретни потоци само за устройства, които са разположени в различни посоки.
Massive MIMO
С появата на пето поколение (5G) безжични мрежи, увеличаването на броя на смартфоните и новите приложения доведе до 100-кратно увеличение на необходимата им честотна лента в сравнение с LTE. Новата технология Massive MIMO, която беше дадена през последните годинимного внимание е насочено към значително увеличаване на производителността на телекомуникационните мрежи до безпрецедентни нива. С недостига и високата цена на наличните ресурси, операторите са привлечени да увеличават честотната лента в честотната лента под 6 GHz. Въпреки значителния напредък, Massive MIMO е далеч от съвършенство. Технологиите продължават активно да се изучават както в академичните среди, така и в промишлеността, където инженерите се стремят да постигнат теоретични резултати с приемливи от търговска гледна точка решения. Massive MIMO може да помогне за разрешаването на два ключови въпроса - пропускателна способност и покритие. За мобилните оператори честотната лента остава оскъдна и относително скъпа, но е ключово условие за увеличаване на скоростта на предаване на сигнала. В градовете интервалът между базовите станции се дължи на честотната лента, а не на покритие, което изисква разполагането на голям брой от тях и води до допълнителни разходи. Massive MIMO ви позволява да увеличите капацитета на съществуващата мрежа. В областите, където разполагането на базови станции се дължи на покритие, технологиите могат да увеличат обхвата на техните дейности.
Концепция
Масивната MIMO драстично променя текущата практика, използвайки много голям брой кохерентни и адаптивни 4G сервизни антени (стотици или хиляди). Той помага да се фокусира предаването и приемането на енергията на сигнала в по-малки области на пространството, като значително подобрява производителността и енергийната ефективност, особено във връзка с едновременното широкомащабно планиранепотребителски терминали (десетки или стотици). Методът първоначално е за TDD, но потенциално може да се използва и в режим на дуплексно (PDD) честотно разделяне.
MIMO технология: предимства и недостатъци
Предимствата на метода са широкото използване на евтини ниско енергийни компоненти, намалена латентност, опростен контрол на достъпа (MAC) и устойчивост на случайни и умишлени смущения. Очакваната широчина на честотната лента зависи от средата за разпространение, която осигурява асимптотично ортогонални канали към терминалите, а експериментите все още не са разкрили никакви ограничения в това отношение. Въпреки това, заедно с премахването на много проблеми, има нови, взискателни спешни решения. Например, в MIMO системите е необходимо да се осигури ефикасното сътрудничество на много евтини компоненти с ниска точност, да се съберат данни за състоянието на канала и да се разпределят ресурси за повторно свързани терминали. Необходимо е също така да се използват допълнителни степени на свобода, да се осигурят прекомерни антени за обслужване, да се намали вътрешното потребление на енергия, за да се постигне цялостна енергийна ефективност и да се намерят нови сценарии за разполагане.
Увеличаването на броя на 4G антените, участващи в MIMO изпълнението, обикновено изисква посещение на всяка базова станция, за да се модифицира конфигурацията и публикуването. Първоначалното разполагане на LTE мрежи изисква инсталирането на ново оборудване. Това направи възможно конфигурирането на MIMO 2x2 стандарт за изход LTE. Допълнителни промени в базовите станциисе произвеждат само в изключителни случаи, а изпълнението на по-висок ред зависи от работната среда. Друг проблем е, че операцията MIMO води до напълно различно поведение в мрежата от предишната система, което създава известна несигурност в планирането. Следователно операторите са склонни да използват други разработки на първо място, особено ако могат да бъдат върнати чрез актуализиране на софтуера.
