فناوری آنتن MIMO فناوری MIMO: چیست و با چه چیزی خورده می شود

مختصری در مورد MIMO

فناوری مبتنی بر استاندارد IEEE 802.11n وای فای.

Wi - زندگی است بررسی کوتاهبر فناوری های وای فای IEEE 802.11n .
اطلاعات گسترده به ما انتشارات ویدئویی.

اولین نسل دستگاه های WiFi 802.11n چند سال پیش در بازار ظاهر شد. فناوری MIMO ( MIMO - ورودی چندگانه / خروجی چندگانه -multi-in/multi-out) هسته 802.11n است. این یک سیستم رادیویی با بسیاری از مسیرهای انتقال و دریافت مجزا است. سیستم های MIMO با استفاده از تعداد فرستنده و گیرنده توصیف می شوند. استاندارد WiFi 802.11n مجموعه ای از ترکیبات ممکن را از 1x1 تا 4x4 تعریف می کند.

در یک استقرار معمولی شبکه Wi-Fi در داخل خانه، به عنوان مثال، در یک دفتر، کارگاه، آشیانه، بیمارستان، سیگنال رادیویی به ندرت کوتاه ترین مسیر را بین فرستنده و گیرنده به دلیل دیوارها، درها و سایر موانع طی می کند. اکثر این محیط ها دارای تعداد زیادی هستند سطوح مختلف، که سیگنال رادیویی (موج الکترومغناطیسی) را مانند آینه بازتاب دهنده نور منعکس می کنند. پس از انعکاس، نسخه های متعددی از اصل تشکیل می شود. سیگنال وای فای. هنگامی که چندین نسخه از یک سیگنال WiFi مسیرهای مختلفی را از فرستنده به گیرنده طی می کند، کوتاه ترین مسیر اول می آید و نسخه های بعدی (یا پژواک ها) کمی دیرتر به دلیل مسیرهای طولانی تر می رسند. به آن انتشار سیگنال چند مسیری (چند مسیری) می گویند. شرایط برای توزیع چندگانه به طور مداوم در حال تغییر است دستگاه های Wi-Fi اغلب حرکت می کنند (یک گوشی هوشمند با Wi-Fi در دست کاربر)، حرکت در اطراف اشیاء مختلف ایجاد تداخل (افراد، اتومبیل و غیره). اگر سیگنال ها در زمان های مختلف و از زوایای مختلف وارد شوند، این می تواند باعث اعوجاج و کاهش احتمالی سیگنال شود.

مهم است که به یاد داشته باشید که WiFi 802.11n با MIMO پشتیبانی می کند و تعداد زیاد گیرنده ها می توانند اثر تداخل چند مسیره و مخرب را کاهش دهند، اما در هر صورت بهتر است شرایط چند مسیری را در هر کجا و در اسرع وقت کاهش دهیم. یکی از برجسته می کند- آنتن ها را تا حد امکان از اجسام فلزی دور نگه دارید (به ویژه آنتن های WiFi omni که دارای الگوی تابش دایره ای یا همه جهته هستند).

ضروری استبه وضوح درک کنید که همه مشتریان Wi-Fi و نقاط دسترسی WiFi از نظر MIMO یکسان نیستند.
مشتریان 1x1، 2x1، 3x3 و غیره وجود دارد. به عنوان مثال، دستگاه های تلفن همراه مانند تلفن های هوشمند اغلب از MIMO 1x 1، گاهی اوقات 1x 2 پشتیبانی می کنند. این به دلیل دو مشکل کلیدی است:
1. نیاز به اطمینان از مصرف انرژی کم و عمر باتری طولانی،
2. مشکل در چیدمان آنتن های متعدد با جداسازی کافی در یک محفظه کوچک.
همین امر در مورد سایر دستگاه های تلفن همراه نیز صدق می کند: تبلت، رایانه شخصی و غیره.

لپ تاپ های سطح بالا اغلب اکنون از MIMO تا 3x3 پشتیبانی می کنند ( مک بوک پروو غیره).

اجازه دهیدانواع اصلی را در نظر بگیرید MIMO در شبکه های WiFi.
در حال حاضر از جزئیات تعداد فرستنده و گیرنده صرف نظر می کنیم. درک اصل مهم است.

نوع اول: تنوع هنگام دریافت سیگنال در دستگاه WiFi

اگر حداقل دو گیرنده تنوع آنتن مرتبط در نقطه دریافت وجود داشته باشد،
سپس تجزیه و تحلیل تمام کپی ها در هر گیرنده برای انتخاب بهترین سیگنال ها کاملاً واقع بینانه است.
علاوه بر این، دستکاری های مختلفی را می توان با این سیگنال ها انجام داد، اما ما در درجه اول به آن علاقه مندیم
امکان ترکیب آنها با استفاده از فناوری MRC (Maximum Ratio Combined). فناوری MRC بعداً با جزئیات بیشتری مورد بحث قرار خواهد گرفت.

نوع دوم: تنوع هنگام ارسال سیگنال به دستگاه WiFi

اگر حداقل دو فرستنده وای فای متصل با تنوع آنتن در نقطه ارسال وجود داشته باشد، امکان ارسال گروهی از سیگنال های یکسان برای افزایش تعداد کپی اطلاعات، افزایش قابلیت اطمینان انتقال و کاهش نیاز به ارسال مجدد داده ها در رادیو وجود دارد. کانال در صورت از دست دادن اطلاعات

نوع سوم: مضاعف فضایی سیگنال ها در یک دستگاه WiFi
(ترکیب سیگنال)

اگر حداقل دو فرستنده WiFi متصل با تنوع آنتن در نقطه ارسال و در نقطه دریافت وجود داشته باشد، امکان ارسال مجموعه ای از اطلاعات مختلف وجود دارد. سیگنال های مختلفبه منظور ایجاد امکان ترکیب مجازی چنین جریان های اطلاعاتی در یک کانال انتقال داده، به طور کلی توان عملیاتیکه به مجموع جریان های فردی که از آن تشکیل شده است تمایل دارد. به این حالت Multiplexing فضایی می گویند. اما در اینجا بسیار مهم است که از امکان جداسازی کیفی همه سیگنال های اولیه اطمینان حاصل شود که به مقدار زیادی نیاز دارد. SNR - نسبت سیگنال به نویز.

فناوری MRC (حداکثر نسبت ترکیبی ) در بسیاری از نقاط دسترسی مدرن استفاده می شودوای فای کلاس شرکتی
MRC با هدف بالا بردن سطح سیگنال در جهت ازوای فای مشتری به هات اسپات دسترسی به وای فای 802.11.
الگوریتم کار MRC به معنای جمع آوری تمام سیگنال های مستقیم و بازتابیده شده در چندین آنتن و گیرنده در طول انتشار چند مسیری است. علاوه بر این، یک پردازنده ویژه ( DSP ) بهترین سیگنال را از هر گیرنده انتخاب می کند و ترکیب را انجام می دهد. در واقع، پردازش ریاضی یک تغییر فاز مجازی را برای ایجاد تداخل مثبت با افزودن سیگنال ها اجرا می کند. بنابراین، سیگنال حاصل از مجموع از نظر ویژگی ها بسیار بهتر از همه سیگنال های اصلی است.

MRC اجازه می دهد تا شرایط کار بسیار بهتری را برای دستگاه های تلفن همراه کم مصرف در شبکه استاندارد فراهم کندوای فای .

در سیستم های WiFi 802.11n از مزایای چند مسیری برای انتقال سیگنال های رادیویی متعدد به طور همزمان استفاده می شود. هر یک از این سیگنال ها به نام " جریان های فضایی” از یک آنتن جداگانه با استفاده از یک فرستنده جداگانه ارسال می شود. با توجه به فاصله بین آنتن ها، هر سیگنال مسیر کمی متفاوتی را به سمت گیرنده طی می کند. این اثر نامیده می شود تنوع فضایی". گیرنده همچنین به چندین آنتن با رادیوهای جداگانه خود مجهز است که به طور مستقل سیگنال های دریافتی را رمزگشایی می کند و هر سیگنال با سیگنال های دیگر رادیوهای دریافت کننده ترکیب می شود. در نتیجه، چندین جریان داده به طور همزمان دریافت می شود. این توان عملیاتی بسیار بالاتری نسبت به سیستم‌های WiFi قدیمی 802.11 ارائه می‌کند، اما به یک کلاینت با قابلیت 802.11n نیاز دارد.

حالا بیایید کمی عمیق تر به این موضوع بپردازیم:
در دستگاه های وای فای با MIMO این امکان وجود دارد که کل جریان اطلاعات ورودی را به چندین جریان داده مختلف با استفاده از مالتی پلکس فضایی برای ارسال بعدی تقسیم کرد. چندین فرستنده و آنتن برای ارسال جریان های مختلف در یک کانال فرکانس استفاده می شود. می توان این را به گونه ای تجسم کرد که برخی از عبارت های متنی را می توان منتقل کرد تا کلمه اول از طریق یک فرستنده، دوم از طریق فرستنده دیگر و غیره ارسال شود.
به طور طبیعی، سمت گیرنده باید از همان عملکرد (MIMO) برای انتخاب کامل سیگنال‌های مختلف، مونتاژ مجدد و ترکیب آنها با استفاده از مالتی پلکس فضایی پشتیبانی کند. بنابراین ما این فرصت را داریم که جریان اطلاعات اصلی را بازیابی کنیم. فناوری ارائه شده امکان تقسیم یک جریان داده بزرگ را به مجموعه ای از جریان های کوچکتر و انتقال آنها به طور جداگانه از یکدیگر فراهم می کند. به طور کلی، این امکان استفاده موثرتر از محیط رادیویی و به طور خاص فرکانس های اختصاص داده شده برای Wi-Fi را فراهم می کند.

فناوری WiFi 802.11n همچنین تعریف می کند که چگونه MIMO می تواند برای بهبود SNR در گیرنده با استفاده از شکل دهی پرتو انتقال استفاده شود. با این تکنیک می توان فرآیند ارسال سیگنال از هر آنتن را کنترل کرد تا پارامترهای سیگنال دریافتی در گیرنده بهبود یابد. به عبارت دیگر، علاوه بر ارسال جریان های داده متعدد، می توان از فرستنده های متعدد برای دستیابی به SNR بالاتر در نقطه دریافت و در نتیجه نرخ داده بالاتر در مشتری استفاده کرد.
موارد زیر باید مورد توجه قرار گیرد:
1. روش شکل دهی پرتو انتقال تعریف شده در استاندارد Wi-Fi 802.11n نیازمند کار مشترکبا گیرنده (در واقع با دستگاه مشتری) برای دریافت بازخورددر مورد وضعیت سیگنال در گیرنده در اینجا لازم است از این عملکرد در هر دو طرف کانال - هم در فرستنده و هم در گیرنده پشتیبانی شود.
2. به دلیل پیچیدگی این رویه، کنترل شکل دهی پرتو (تغییر پرتو) در نسل اول تراشه های 802.11n هم در کنار پایانه ها و هم در کنار نقاط دسترسی پشتیبانی نمی شد. در حال حاضر، بسیاری از تراشه های موجود برای دستگاه های مشتریهمچنین از این عملکرد پشتیبانی نمی کند.
3. راه حل های شبکه وجود داردوای فای ، که به شما امکان می دهد الگوی تشعشع را در نقاط دسترسی بدون نیاز به دریافت بازخورد از دستگاه های مشتری کاملاً کنترل کنید.

برای دریافت اعلان‌ها هنگام انتشار مقالات ویژه جدید یا ظاهر شدن مطالب جدید در سایت، ما پیشنهاد می‌کنیم.

به گروه ما بپیوندید

در مورد MIMO.

تصور کنید که اطلاعات افراد هستند و مودم و ایستگاه پایه اپراتور دو شهر هستند که بین آنها یک مسیر گذاشته شده است و آنتن ایستگاه است. ما مردم را با قطار جابه جا می کنیم که مثلاً بیش از صد نفر نمی توانند حمل کنند. بازده بین چنین شهرهایی محدود خواهد بود، زیرا. قطار فقط می تواند صد نفر را در یک زمان ببرد.

به طوری که 200 نفر می توانند همزمان به شهر دیگری برسند، مسیر دوم بین شهرها ساخته می شود و قطار دوم همزمان با قطار اول راه اندازی می شود و در نتیجه تردد مردم دو برابر می شود. فناوری MIMO به همین ترتیب کار می کند، در واقع، ما به سادگی تعداد استریم ها را دو برابر می کنیم. تعداد جریان ها توسط استاندارد MIMO تعیین می شود، دو جریان - MIMO 2x2، چهار جریان - MIMO 4x4 و غیره. برای انتقال داده ها از طریق اینترنت، خواه 4G LTE یا WiFi باشد، امروزه معمولاً از استاندارد MIMO 2x2 استفاده می شود. برای دریافت یک جریان دوگانه به طور همزمان، دو آنتن معمولی، یا به طور قیاس، دو ایستگاه، یا، برای صرفه جویی در هزینه، یک آنتن MIMO، مانند یک ایستگاه با دو سکو، مورد نیاز است. یعنی یک آنتن MIMO دو آنتن داخل یکی است.

یک آنتن MIMO پانل به معنای واقعی کلمه می تواند دو مجموعه از عناصر تابشی داشته باشد. "پچ") در یک مورد( به عنوان مثال، چهار تکه در قطبش عمودی، چهار قطعه دیگر در قطبش افقی، در مجموع هشت تکه عمل می کنند.). هر مجموعه به سوکت خود متصل است.

و می تواند یک مجموعه تکه داشته باشد اما دارای یک تغذیه دو پورت (متعامد) باشد، بنابراین عناصر آنتن با تغییر فاز 90 درجه تغذیه می شوند و سپس هر وصله همزمان در قطبش عمودی و افقی کار می کند.

در این صورت، یک مجموعه پچ به طور همزمان به دو سوکت متصل می شود، این آنتن های MIMO هستند که در فروشگاه آنلاین ما فروخته می شوند.

بیشتر

پخش موبایلی جریان دیجیتال LTE مستقیماً با پیشرفت های جدید 4G مرتبط است. با استفاده از یک شبکه 3G برای تجزیه و تحلیل، می توانید متوجه شوید که سرعت انتقال داده آن 11 برابر کمتر از 4G است. با این وجود، سرعت دریافت و انتقال داده های LTE اغلب از کیفیت پایینی برخوردار است. این به دلیل کمبود قدرت یا سطح سیگنالی است که مودم 4G LTE از ایستگاه دریافت می کند. برای بهبود قابل توجه کیفیت انتشار اطلاعات، آنتن های 4G MIMO معرفی می شوند.

آنتن های اصلاح شده در مقایسه با سیستم های معمولیتوزیع داده ها، طرح فرستنده متفاوتی دارند. به عنوان مثال، یک تقسیم کننده جریان دیجیتال برای توزیع اطلاعات در جریان های کم نرخ مورد نیاز است که تعداد آنها به تعداد آنتن ها مربوط می شود. اگر سرعت جریان ورودی تقریباً 200 مگابیت در ثانیه باشد، دو جریان ایجاد می شود - هر دو با سرعت 100 مگابیت در ثانیه. هر جریان باید از طریق یک آنتن جداگانه پخش شود. قطبش موج رادیویی ارسال شده از هر یک از دو آنتن به منظور رمزگشایی داده ها در زمان دریافت متفاوت خواهد بود. دستگاه گیرنده برای حفظ سرعت داده باید دارای دو آنتن گیرنده در پلاریزاسیون های مختلف نیز باشد.

مزایای MIMO

MIMO توزیع چندین جریان اطلاعات به طور همزمان در تنها یک کانال است و به دنبال آن عبور آنها از یک جفت یا مقدار زیادآنتن ها قبل از ورود به دستگاه های گیرنده مستقل برای پخش امواج رادیویی. این به شما این امکان را می دهد که بدون توسل به گسترش پهنای باند، توان سیگنال را به میزان قابل توجهی بهبود بخشید.

هنگامی که امواج رادیویی پخش می شود، جریان دیجیتال در کانال رادیویی به طور انتخابی منجمد می شود. این را می توان در صورتی مشاهده کرد که توسط ساختمان های مرتفع شهری احاطه شده باشید و در حال حرکت باشید سرعت بالایا از ناحیه ای که می تواند توسط امواج رادیویی پوشش داده شود دور شوید. برای رهایی از این مشکل، یک آنتن MIMO ساخته شد که قادر به انتقال اطلاعات از چندین کانال با کمی تاخیر است. اطلاعات از قبل کدگذاری شده و سپس در انتهای دریافت کننده بازسازی می شوند. در نتیجه نه تنها سرعت توزیع داده ها افزایش می یابد، بلکه کیفیت سیگنال نیز به میزان قابل توجهی بهبود می یابد.

با توجه به طراحی آن آنتن های LTEبه معمولی و متشکل از دو دستگاه فرستنده گیرنده (MIMO) تقسیم می شوند. یک سیستم انتشار سیگنال معمولی می تواند به سرعتی بیش از 50 مگابیت در ثانیه دست یابد. MIMO شانس بیش از دو برابر کردن سرعت انتقال سیگنال را می دهد. این امر از طریق نصب چندین آنتن به طور همزمان در جعبه به دست می آید که در فاصله کمی از یکدیگر قرار دارند.

دریافت همزمان و همچنین توزیع جریان دیجیتال توسط آنتن ها به گیرنده از طریق دو کابل مستقل انجام می شود. این به شما امکان می دهد تا پارامترهای سرعت را به میزان قابل توجهی افزایش دهید. MIMO با موفقیت در سیستم های بی سیم مانند WiFi و همچنین شبکه های سلولی و وایمکس استفاده شده است. استفاده از این فناوری که قاعدتاً دارای دو ورودی و دو خروجی است، امکان بهبود طیفی را فراهم می کند. کیفیت وای فای، وایمکس، 4G/LTE و سایر سیستم ها، نرخ انتقال و ظرفیت جریان داده را افزایش می دهند. مزایای ذکر شده به دلیل انتقال داده از آنتن 4G MIMO به گیرنده از طریق چندین مورد قابل دستیابی است. اتصالات بی سیم. از این رو نام این فناوری (Multiple Input Multiple Output - multiple input و multiple output) است.

. MIMO کجا اعمال می شود؟

MIMO با افزایش ظرفیت و توان عملیاتی پروتکل های انتقال داده مانند WiFi به سرعت محبوبیت پیدا کرد. می توان استاندارد WiFi 802.11n را به عنوان محبوب ترین مورد استفاده برای MIMO در نظر گرفت. به لطف فناوری ارتباطی MIMO، این پروتکل وای فای قادر است به سرعت بیش از 300 مگابیت در ثانیه برسد.

علاوه بر سرعت بخشیدن به انتقال جریان اطلاعات، شبکه بی سیم به لطف MIMO حتی در مکان هایی که سطح سیگنال دریافتی بسیار پایین است، عملکرد بهتری از نظر کیفیت انتقال داده دریافت کرده است. به لطف فناوری جدید، وایمکس قادر به انتقال اطلاعات با سرعت 40 مگابیت بر ثانیه بود.

در استاندارد 4G (LTE)، MIMO را می توان با پیکربندی تا 8x8 استفاده کرد. از نظر تئوری، این امکان پخش یک جریان دیجیتال از ایستگاه اصلی به گیرنده را با سرعت بیش از 300 مگابیت در ثانیه فراهم می کند. یکی دیگر از نکات جذاب از استفاده سیستم جدیدیک اتصال با کیفیت بالا و پایدار است که حتی در مرز سلول مشاهده می شود.

این بدان معنی است که حتی در فاصله قابل توجهی از ایستگاه و همچنین زمانی که در اتاقی با دیوارهای ضخیم قرار دارد، تنها کاهش جزئی در عملکرد سرعت مشاهده می شود. MIMO را می توان تقریباً برای هر سیستم ارتباطی بی سیم اعمال کرد. لازم به ذکر است که پتانسیل این سیستم تمام نشدنی است.

آنها دائماً به دنبال راه هایی برای توسعه پیکربندی های جدید آنتن MIMO هستند، به عنوان مثال تا 64x64. در آینده نزدیک، این امکان بهبود بیشتر کارایی شاخص های طیفی، افزایش ظرفیت شبکه ها و میزان سرعت انتقال اطلاعات را فراهم می کند.

ما در عصر انقلاب دیجیتال زندگی می کنیم، عزیز ناشناس. قبل از اینکه فرصتی برای عادت کردن به برخی از فناوری های جدید داشته باشیم، از همه طرف حتی جدیدتر و پیشرفته تر به ما ارائه می شود. و در حالی که ما در تعجب هستیم که آیا این فناوری واقعاً به ما کمک می کند تا بیشتر به دست آوریم اینترنت سریعیا فقط یک بار دیگر برای پول پرورش یافته ایم، طراحان در این زمان حتی بیشتر در حال توسعه هستند تکنولوژی جدید، که تنها 2 سال دیگر جایگزین فعلی به ما پیشنهاد می شود. این در مورد فناوری آنتن MIMO نیز صدق می کند.

این فناوری چیست - MIMO؟ چند ورودی چند خروجی - چند ورودی چند خروجی. اول از همه، فناوری MIMO است راه حل کاملو این فقط در مورد آنتن نیست. برای درک بهتر این واقعیت، ارزش آن را دارد که یک سیر کوتاه در تاریخ توسعه داشته باشیم. ارتباطات سیار. توسعه دهندگان با وظیفه انتقال حجم بیشتری از اطلاعات در واحد زمان مواجه هستند، یعنی. افزایش سرعت با قیاس با یک سیستم تامین آب - برای تحویل حجم بیشتری از آب به کاربر در واحد زمان. ما می توانیم این کار را با افزایش "قطر لوله" یا به طور قیاس با گسترش پهنای باند ارتباط انجام دهیم. در ابتدا استاندارد GSMبرای ترافیک صوتی تیز شده بود و دارای عرض کانال 0.2 مگاهرتز بود. همین کافی بود. علاوه بر این، مشکل ارائه دسترسی چند کاربره نیز وجود دارد. می توان آن را با تقسیم مشترکین بر فرکانس (FDMA) یا بر اساس زمان (TDMA) حل کرد. در GSM از هر دو روش به طور همزمان استفاده می شود. در نتیجه تعادلی بین حداکثر تعداد مشترکین ممکن در شبکه و حداقل داریم خط احتمالیبرای ترافیک صوتی با توسعه اینترنت تلفن همراهاین حداقل خط به یک خط مانع برای افزایش سرعت تبدیل شد. دو فناوری مبتنی بر پلت فرم GSM، GPRS و EDGE، به حداکثر سرعت 384 کیلوبیت بر ثانیه رسیده اند. برای افزایش بیشتر سرعت، لازم بود در صورت امکان با استفاده از زیرساخت GSM، پهنای باند ترافیک اینترنت را همزمان گسترش داد. در نتیجه استاندارد UMTS توسعه یافت. تفاوت اصلی در اینجا گسترش پهنای باند بلافاصله تا 5 مگاهرتز و برای ارائه دسترسی چند کاربره - استفاده از فناوری دسترسی به کد CDMA است که در آن چندین مشترک به طور همزمان در یک کانال فرکانس کار می کنند. این فناوری W-CDMA نام گرفت و تاکید کرد که در یک باند گسترده کار می کند. این سیستم را سیستم نسل سوم - 3G می نامیدند، اما در عین حال یک روبنا بر GSM است. بنابراین، ما یک "لوله" گسترده با فرکانس 5 مگاهرتز دریافت کردیم که به ما امکان داد در ابتدا سرعت را به 2 مگابیت در ثانیه افزایش دهیم.

اگر راهی برای افزایش بیشتر "قطر لوله" نداریم، چگونه می توانیم سرعت را افزایش دهیم؟ می‌توانیم جریان را به چند قسمت موازی کنیم، هر قسمت را از طریق یک لوله کوچک مجزا عبور دهیم و سپس این جریان‌های مجزا در سمت گیرنده را در یک جریان گسترده ترکیب کنیم. علاوه بر این، سرعت به احتمال خطا در کانال بستگی دارد. با کاهش این احتمال از طریق کدگذاری بیش از حد، تصحیح خطای جلو و تکنیک های مدولاسیون رادیویی بهتر، می توانیم نرخ را نیز افزایش دهیم. همه این پیشرفت ها (همراه با گسترش "لوله" با افزایش تعداد حامل ها در هر کانال) به طور مداوم در بهبود بیشتر استاندارد UMTS استفاده شد و نام HSPA را دریافت کرد. این جایگزینی برای W-CDMA نیست، بلکه یک ارتقاء نرم و سخت این پلت فرم اصلی است.

کنسرسیوم بین المللی 3GPP در حال توسعه استانداردهایی برای 3G است. جدول برخی از ویژگی های نسخه های مختلف این استاندارد را خلاصه می کند:

سرعت 3G HSPA و ویژگی های کلیدی فناوری
انتشار 3GPP	فن آوری ها	سرعت دانلود (MBPS)	سرعت آپلینک (MBPS)
رابطه 6	HSPA	14.4	5.7
رابطه 7	HSPA+ 5 مگاهرتز، 2x2 MIMO لینک پایین	28	11
رابطه 8	DC-HSPA+ 2x5 مگاهرتز، 2x2 MIMO downlink	42	11
رابطه 9	DC-HSPA+ 2x5 مگاهرتز، 2x2 MIMO downlink، آپلینک 2x5 مگاهرتز	84	23
رابطه 10	MC-HSPA+ 4x5 مگاهرتز، 2x2 MIMO downlink، آپلینک 2x5 مگاهرتز	168	23
رابطه 11	MC-HSPA+ 8x5 مگاهرتز 2x2/4x4 MIMO لینک پایین، 2x5 مگاهرتز 2x2 MIMO uplink	336 - 672	70

علاوه بر این، فناوری 4G LTE سازگاری به عقببا شبکه های 3G، که به آن اجازه می دهد بر وایمکس غلبه کند، می تواند سرعت های بالاتری را در آینده توسعه دهد، تا 1 گیگابیت بر ثانیه و بالاتر. در اینجا، حتی از فناوری های پیشرفته تری برای انتقال جریان دیجیتال به رابط هوا استفاده می شود، مانند مدولاسیون OFDM که به خوبی با فناوری MIMO ادغام می شود.

پس MIMO چیست؟ با موازی کردن جریان به چندین کانال، می توانید آنها را به روش های مختلف از طریق چندین آنتن "در هوا" ارسال کنید و آنها را با همان آنتن های مستقل در سمت گیرنده دریافت کنید. بنابراین، ما چندین "لوله" مستقل بر روی رابط هوا دریافت می کنیم بدون گسترش باندها. این ایده اصلی است MIMO. هنگامی که امواج رادیویی در کانال رادیویی منتشر می شوند، محو شدن انتخابی مشاهده می شود. این امر به ویژه در مناطق شهری متراکم قابل توجه است، اگر مشترک در حال حرکت یا در لبه منطقه خدمات تلفن همراه باشد. محو شدن در هر "لوله" فضایی به طور همزمان اتفاق نمی افتد. بنابراین، اگر اطلاعات یکسانی را با تاخیر کمی روی دو کانال MIMO ارسال کنیم و قبلاً کد خاصی را روی آن قرار داده باشیم (روش Alamuoti، روی هم قرار دادن کد به شکل مربع جادویی)، می‌توانیم نمادهای گمشده را بر روی آن بازیابی کنیم. سمت گیرنده، که معادل بهبود سیگنال / نویز تا 10-12 دسی بل است. در نتیجه این فناوری دوباره منجر به افزایش سرعت می شود. در واقع، این یک دریافت تنوع شناخته شده (Rx Diversity) است که به طور ارگانیک در فناوری MIMO ساخته شده است.

در نهایت، ما باید درک کنیم که MIMO باید هم در پایه و هم در مودم ما پشتیبانی شود. معمولاً در 4G تعداد کانال‌های MIMO مضربی از دو است - 2، 4، 8 (سیستم سه کاناله 3x3 در سیستم‌های Wi-Fi رایج شده است) و توصیه می‌شود که تعداد آنها هم در پایه و هم روی آن مطابقت داشته باشد. مودم بنابراین، برای رفع این واقعیت، MIMO با کانال های دریافت- ارسال تعریف می شود - MIMO 2x2، MIMO 4x4 و غیره. تاکنون عمدتاً با MIMO 2x2 سروکار داریم.

چه آنتن هایی در فناوری MIMO استفاده می شود؟ اینها آنتن های معمولی هستند، فقط باید دو عدد باشند (برای MIMO 2x2). برای جداسازی کانال ها از متعامد و به اصطلاح X-polarization استفاده می شود. در این حالت، قطبش هر آنتن نسبت به عمودی 45 درجه و نسبت به یکدیگر - 90 درجه تغییر می کند. چنین زاویه قطبش هر دو کانال را در یک موقعیت مساوی قرار می دهد، زیرا با جهت افقی / عمودی آنتن ها، یکی از کانال ها به دلیل تأثیر سطح زمین به ناچار میرایی بیشتری دریافت می کند. در همان زمان، تغییر قطبش 90 درجه بین آنتن ها به شما امکان می دهد کانال ها را حداقل 18-20 دسی بل از یکدیگر جدا کنید.

برای MIMO، من و شما به یک مودم با دو ورودی آنتن و دو آنتن روی سقف نیاز داریم. با این حال، باقی می ماند سوال بازآیا این فناوری پشتیبانی می شود؟ ایستگاه پایه. در استانداردهای 4G LTE و WiMAX، چنین پشتیبانی هم در کنار دستگاه های مشترک و هم در پایه موجود است. در شبکه 3G همه چیز به این سادگی نیست. هزاران دستگاه غیر MIMO در حال حاضر در شبکه کار می کنند که معرفی این فناوری برای آنها تأثیر معکوس دارد - پهنای باند شبکه کاهش می یابد. بنابراین، اپراتورها هنوز عجله ای برای پیاده سازی MIMO در همه جا در شبکه های 3G ندارند. برای اینکه پایگاه بتواند سرعت بالایی را در اختیار مشترکین قرار دهد باید خودش حمل و نقل خوبی داشته باشد یعنی. یک "لوله ضخیم" باید به آن وصل شود، ترجیحا یک فیبر نوری، که همیشه اینطور نیست. بنابراین، در شبکه های 3G، فناوری MIMO در حال حاضر در مراحل ابتدایی و توسعه است و هم توسط اپراتورها و هم توسط کاربران آزمایش می شود و دومی ها همیشه موفق نیستند. بنابراین، ارزش آن را دارد که به آنتن های MIMO فقط در شبکه های 4G امیدوار باشیم. در لبه ناحیه پوشش سلولی، می‌توانید از آنتن‌هایی با بهره بالا استفاده کنید، مانند بازتابنده‌ها، که فیدهای MIMO از قبل به صورت تجاری در دسترس هستند.

در شبکه ها فناوری وای فای MIMO در استانداردهای IEEE 802.11n و IEEE 802.11ac ثابت شده است و در حال حاضر توسط بسیاری از دستگاه ها پشتیبانی می شود. در حالی که ما شاهد ورود فناوری 2x2 MIMO در شبکه 3G-4G هستیم، توسعه دهندگان ساکت نمی نشینند. در حال حاضر، فناوری‌های 64x64 MIMO با آنتن‌های هوشمند دارای الگوی تشعشع تطبیقی ​​در حال توسعه هستند. آن ها اگر از مبل به سمت صندلی راحتی حرکت کنیم یا به آشپزخانه برویم، تبلت ما متوجه این موضوع می شود و الگوی آنتن داخلی را در جهت درست می چرخاند. آیا کسی در آن زمان به این سایت نیاز خواهد داشت؟

در یک زمان، اتصال IR به نوعی بی سر و صدا و نامحسوس خارج شد، سپس آنها از بلوتوث برای تبادل داده استفاده نکردند. و حالا نوبت وای فای است...

یک سیستم چند کاربره با چندین ورودی و خروجی توسعه یافته است که به شبکه اجازه می دهد با بیش از یک کامپیوتر به طور همزمان ارتباط برقرار کند. سازندگان ادعا می کنند که هنگام استفاده از همان محدوده امواج رادیویی اختصاص داده شده برای Wi-Fi، نرخ ارز می تواند سه برابر شود.

Qualcomm Atheros یک سیستم چند کاربره، چند ورودی/خروجی (MU-MIMO) توسعه داده است که به شبکه اجازه می دهد با بیش از یک کامپیوتر به طور همزمان ارتباط برقرار کند. این شرکت قصد دارد در چند ماه آینده قبل از ارسال به مشتریان در اوایل سال آینده، نمایش این فناوری را آغاز کند.

با این حال، برای به دست آوردن این سرعت بالا، کاربران باید هم رایانه و هم روترهای شبکه خود را ارتقا دهند.

با پروتکل Wi-Fi، سرویس گیرندگان به صورت متوالی انجام می شود - فقط یک دستگاه فرستنده و گیرنده برای مدت زمان مشخصی استفاده می شود - به طوری که تنها بخش کوچکی از پهنای باند شبکه استفاده می شود.

تجمع این رویدادهای متوالی باعث کاهش نرخ ارز می شود زیرا دستگاه های بیشتری به شبکه متصل می شوند.

پروتکل MU-MIMO (چند کاربر، ورودی چندگانه، چند خروجی) انتقال همزمان اطلاعات به گروهی از مشتریان را فراهم می کند که باعث استفاده کارآمدتر از پهنای باند موجود می شود. شبکه های وای فایو در نتیجه سرعت انتقال را افزایش می دهد.

کوالکام معتقد است که چنین قابلیت هایی به ویژه برای مراکز کنفرانس و کافی نت ها زمانی که چندین کاربر به یک شبکه متصل می شوند مفید خواهد بود.

این شرکت همچنین بر این باور است که تنها افزایش سرعت مطلق نیست، بلکه استفاده کارآمدتر از شبکه و زمان پخش برای پشتیبانی از تعداد فزاینده‌ای از دستگاه‌ها، خدمات و برنامه‌های متصل است.

کوالکام قصد دارد تراشه‌های MU-Mimo را به تولیدکنندگان روتر، نقاط دسترسی، گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و سایر دستگاه‌های دارای Wi-Fi بفروشد. اولین تراشه ها می توانند به طور همزمان با چهار جریان داده کار کنند. پشتیبانی از فناوری در تراشه های Atheros 802.11ac و پردازنده های موبایل Snapdragon 805 و 801. نمایش این فناوری در سال جاری انجام خواهد شد و اولین محموله تراشه ها برای سه ماهه اول سال آینده برنامه ریزی شده است.

خوب، اکنون که می خواهد با جزئیات بیشتری به این فناوری بپردازد، ادامه می دهیم ...

MIMO(Multiple Input Multiple Output - multiple input multiple output) فناوری مورد استفاده در سیستم های ارتباطی بی سیم (WIFI، WI-MAX، شبکه های سلولی) است که می تواند کارایی طیفی سیستم، حداکثر سرعت انتقال داده و ظرفیت شبکه را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد. راه اصلی برای دستیابی به مزایای فوق، انتقال داده ها از منبع به مقصد از طریق چندین پیوند رادیویی است که نام این فناوری از آنجا گرفته شده است. پیشینه این موضوع را در نظر بگیرید و دلایل اصلی استفاده گسترده از فناوری MIMO را مشخص کنید.

نیاز به اتصالات پرسرعت که خدمات با کیفیت بالا (QoS) با تحمل خطا بالا را ارائه می دهند، سال به سال در حال افزایش است. این امر تا حد زیادی با ظهور خدماتی مانند VoIP (صدا از طریق پروتکل اینترنت)، کنفرانس ویدئویی، VoD (ویدئو بر حسب تقاضا) و غیره تسهیل می شود. فناوری های بی سیمبه مشترکین اجازه ندهید خدمات با کیفیت بالا در لبه منطقه تحت پوشش ارائه شود. در سیستم‌های ارتباطی سلولی و سایر سیستم‌های ارتباطی بی‌سیم، کیفیت اتصال و همچنین نرخ داده‌های موجود با فاصله از ایستگاه پایه (BTS) به سرعت کاهش می‌یابد. در عین حال کیفیت خدمات نیز کاهش می یابد که در نهایت منجر به عدم امکان ارائه سرویس های بلادرنگ با کیفیت بالا در سراسر پوشش رادیویی شبکه می شود. برای حل این مشکل، می توانید سعی کنید ایستگاه های پایه را تا حد امکان محکم نصب کنید و پوشش داخلی را در همه مکان هایی با سطح سیگنال پایین سازماندهی کنید. اما این امر مستلزم هزینه های مالی قابل توجهی است که در نهایت منجر به افزایش هزینه خدمات و کاهش رقابت پذیری می شود. بنابراین، برای حل این مشکل، نیاز به یک نوآوری اصلی است که در صورت امکان از محدوده فرکانس فعلی استفاده می کند و نیازی به ساخت تاسیسات شبکه جدید ندارد.

ویژگی های انتشار امواج رادیویی

برای درک اصول عملکرد فناوری MIMO، لازم است اصول کلی انتشار امواج رادیویی در فضا را در نظر گرفت. امواجی که توسط سیستم‌های رادیویی بی‌سیم مختلف در محدوده بالای 100 مگاهرتز ساطع می‌شوند، از بسیاری جهات مانند پرتوهای نور رفتار می‌کنند. هنگامی که امواج رادیویی بر روی سطحی منتشر می شوند، بسته به مواد و اندازه مانع، مقداری از انرژی جذب می شود، بخشی از آن عبور می کند و بقیه منعکس می شود. نسبت سهم بخش‌های جذب‌شده، منعکس‌شده و منتقل‌شده انرژی تحت‌تاثیر بسیاری از عوامل خارجی از جمله فرکانس سیگنال قرار دارد. علاوه بر این، انرژی های سیگنال منعکس شده و عبور داده شده می توانند جهت انتشار بیشتر خود را تغییر دهند و خود سیگنال به چندین موج تقسیم می شود.

سیگنالی که طبق قوانین فوق از منبع به گیرنده منتشر می شود، پس از برخورد با موانع متعدد، به امواج زیادی تقسیم می شود که تنها بخشی از آنها به گیرنده می رسد. هر یک از امواجی که به گیرنده می رسد یک مسیر به اصطلاح انتشار سیگنال را تشکیل می دهد. علاوه بر این، با توجه به این واقعیت است که امواج مختلف از تعداد متفاوتی از موانع منعکس شده و عبور می کنند فاصله متفاوت، مسیرهای مختلف تاخیر زمانی متفاوتی دارند.

در یک محیط شهری متراکم، به دلیل وجود تعداد زیادی از موانع مانند ساختمان‌ها، درختان، اتومبیل‌ها و غیره، اغلب موقعیتی پیش می‌آید که بین تجهیزات مشترک (MS) و آنتن‌های ایستگاه پایه (BTS) خط دید وجود نداشته باشد. . در این حالت تنها راه رسیدن به سیگنال گیرنده امواج منعکس شده است. با این حال، همانطور که در بالا ذکر شد، سیگنال منعکس شده مکرر دیگر انرژی اولیه را ندارد و ممکن است با تاخیر وارد شود. مشکل خاصی نیز با این واقعیت ایجاد می شود که اشیاء همیشه ثابت نمی مانند و وضعیت می تواند به طور قابل توجهی در طول زمان تغییر کند. در این راستا، مشکل انتشار سیگنال چند مسیری به وجود می آید - یکی از مهم ترین مشکلات در سیستم های ارتباطی بی سیم.

انتشار چند مسیری - مشکل یا مزیت؟

برای مبارزه با انتشار سیگنال چند مسیره، چندین راه حل مختلف استفاده می شود. یکی از متداول ترین فناوری ها Receive Diversity - Diversity Reception است. ماهیت آن در این واقعیت است که نه یک، بلکه چندین آنتن (معمولاً دو، کمتر چهار) برای دریافت سیگنال استفاده می شود که در فاصله ای از یکدیگر قرار دارند. بنابراین، گیرنده نه یک، بلکه دو نسخه از سیگنال ارسالی دارد که به روش های مختلف آمده است. این امکان جمع آوری انرژی بیشتر از سیگنال اصلی را فراهم می کند، زیرا امواج دریافتی توسط یک آنتن ممکن است توسط دیگری دریافت نشوند و بالعکس. همچنین سیگنال هایی که از فاز یک آنتن خارج می شوند ممکن است به صورت فاز به دیگری برسد. این طرح سازماندهی رابط رادیویی را می توان خروجی چندگانه ورودی (SIMO) نامید، برخلاف طرح استاندارد خروجی تک ورودی (SISO). رویکرد معکوس نیز می تواند اعمال شود: زمانی که چندین آنتن برای ارسال و یکی برای دریافت استفاده می شود. این همچنین انرژی کل سیگنال اصلی دریافت شده توسط گیرنده را افزایش می دهد. این طرح را چند ورودی تک خروجی (MISO) می نامند. در هر دو طرح (SIMO و MISO)، چندین آنتن در کنار ایستگاه پایه نصب شده است، زیرا درک تنوع آنتن در دستگاه موبایلبدون افزایش ابعاد خود تجهیزات ترمینال در یک مسافت به اندازه کافی طولانی دشوار است.

در نتیجه استدلال بیشتر، به طرح خروجی چندگانه ورودی چندگانه (MIMO) می رسیم. در این حالت چندین آنتن برای ارسال و دریافت نصب می شود. با این حال، بر خلاف طرح‌های فوق، این طرح تنوع نه تنها امکان مقابله با انتشار سیگنال چند مسیری را فراهم می‌کند، بلکه برخی از مزایای اضافی را نیز به دست می‌آورد. با استفاده از چندین آنتن ارسال و دریافت می توان به هر جفت آنتن گیرنده و فرستنده مسیر جداگانه ای برای انتقال اطلاعات اختصاص داد. در این صورت دریافت تنوع توسط آنتن های باقی مانده انجام می شود و این آنتن به عنوان یک آنتن اضافی برای سایر مسیرهای انتقال نیز عمل خواهد کرد. در نتیجه، از نظر تئوری، امکان افزایش نرخ انتقال داده به چند برابر وجود دارد آنتن های اضافیاستفاده خواهد شد. با این حال، یک محدودیت قابل توجه توسط کیفیت هر مسیر رادیویی تحمیل شده است.

MIMO چگونه کار می کند

همانطور که در بالا ذکر شد، سازماندهی فناوری MIMO مستلزم نصب چندین آنتن در طرف های فرستنده و گیرنده است. معمولاً تعداد مساوی آنتن در ورودی و خروجی سیستم نصب می شود در این حالت به حداکثر سرعت انتقال داده می رسد. برای نشان دادن تعداد آنتن ها در دریافت و ارسال به همراه نام فناوری MIMO معمولاً نام "AxB" ذکر می شود که A تعداد آنتن های ورودی سیستم و B در خروجی است. . سیستم در این مورد به اتصال رادیویی اشاره دارد.

برای کارکرد فناوری MIMO، تغییراتی در ساختار فرستنده در مقایسه با سیستم های معمولی لازم است. اجازه دهید تنها یکی از ساده ترین و ممکن ترین راه های سازماندهی فناوری MIMO را در نظر بگیریم. اول از همه، در سمت فرستنده، یک تقسیم کننده جریان مورد نیاز است که داده های در نظر گرفته شده برای انتقال را به چندین زیر جریان کم سرعت تقسیم می کند که تعداد آنها به تعداد آنتن ها بستگی دارد. به عنوان مثال، برای MIMO 4x4 و نرخ داده ورودی 200 مگابیت در ثانیه، تقسیم کننده 4 جریان هر کدام 50 مگابیت در ثانیه ایجاد می کند. علاوه بر این، هر یک از این جریان ها باید از طریق آنتن خود منتقل شوند. به طور معمول، آنتن‌های فرستنده با مقداری جداسازی فضایی تنظیم می‌شوند تا حداکثر سیگنال‌های جعلی را که از مسیرهای چندگانه به دست می‌آیند، ارائه دهند. در یکی از راه های ممکنسازماندهی فناوری MIMO، سیگنال از هر آنتن با قطبش متفاوت منتقل می شود، که شناسایی آن را در هنگام دریافت امکان پذیر می کند. با این حال، در ساده ترین حالت، هر یک از سیگنال های ارسالی مشخص می شود که توسط خود رسانه انتقال (تاخیر زمانی، تضعیف و سایر اعوجاج) مشخص می شود.

در سمت گیرنده، چندین آنتن سیگنال را از رادیو دریافت می کنند. علاوه بر این، آنتن‌های سمت گیرنده نیز با کمی تنوع فضایی نصب می‌شوند که به همین دلیل دریافت تنوعی که قبلاً مورد بحث قرار گرفت، ارائه می‌شود. سیگنال های دریافتی به گیرنده هایی تغذیه می شوند که تعداد آنها با تعداد آنتن ها و مسیرهای انتقال مطابقت دارد. علاوه بر این، هر یک از گیرنده ها سیگنال هایی را از تمام آنتن های سیستم دریافت می کنند. هر یک از این جمع کننده ها تنها انرژی سیگنال مسیری را که مسئول آن است از جریان کل استخراج می کند. او این کار را یا با توجه به علائم از پیش تعیین شده ای که هر یک از سیگنال ها مجهز شده بودند انجام می دهد یا به دلیل تجزیه و تحلیل تاخیر، تضعیف، تغییر فاز، یعنی. مجموعه ای از اعوجاج یا "اثر انگشت" از رسانه توزیع. بسته به نحوه عملکرد سیستم (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST، Selective Per Antenna Rate Control (SPARC) و غیره)، سیگنال ارسالی می تواند پس از مدت زمان معینی تکرار شود، یا با کمی تاخیر از طریق آنتن های دیگر ارسال شود.

در یک سیستم با فناوری MIMO، ممکن است یک پدیده غیرعادی رخ دهد که در صورت وجود خط دید بین منبع سیگنال و گیرنده، نرخ داده در سیستم MIMO ممکن است کاهش یابد. این در درجه اول به دلیل کاهش شدت اعوجاج فضای اطراف است که هر یک از سیگنال ها را مشخص می کند. در نتیجه، جداسازی سیگنال ها در سمت گیرنده مشکل ساز می شود و آنها شروع به تأثیرگذاری روی یکدیگر می کنند. بنابراین، هر چه کیفیت اتصال رادیویی بالاتر باشد، سود کمتری از MIMO به دست می آید.

MIMO چند کاربره (MU-MIMO)

اصل فوق سازماندهی ارتباطات رادیویی به اصطلاح MIMO تک کاربر (SU-MIMO) اشاره دارد که در آن تنها یک فرستنده و گیرنده اطلاعات وجود دارد. در این حالت، فرستنده و گیرنده می توانند به وضوح اقدامات خود را هماهنگ کنند و در عین حال هیچ عامل شگفت انگیزی وجود ندارد که کاربران جدید بتوانند روی آنتن ظاهر شوند. چنین طرحی برای سیستم های کوچک کاملاً مناسب است، به عنوان مثال، برای سازماندهی ارتباطات در یک دفتر خانه بین دو دستگاه. به نوبه خود، اکثر سیستم ها مانند WI-FI، WIMAX، سیستم های ارتباط سلولی چند کاربره هستند، یعنی. آنها یک مرکز واحد و چندین شی از راه دور دارند که با هر یک از آنها لازم است یک اتصال رادیویی سازماندهی شود. بنابراین، دو مشکل پیش می‌آید: از یک طرف، ایستگاه پایه باید سیگنالی را از طریق همان سیستم آنتن (پخش MIMO) به بسیاری از مشترکین ارسال کند و در همان زمان سیگنالی را از طریق همان آنتن‌ها از چندین مشترک دریافت کند (MIMO MAC - کانال های دسترسی چندگانه).

در جهت uplink - از MS به BTS، کاربران اطلاعات خود را به طور همزمان در همان فرکانس ارسال می کنند. در این مورد، یک مشکل برای ایستگاه پایه ایجاد می شود: لازم است سیگنال ها را از مشترکین مختلف جدا کنید. یکی از راه های ممکن برای مقابله با این مشکل نیز روش پردازش خطی است که شامل کدگذاری از قبل سیگنال ارسالی است. سیگنال اصلی، طبق این روش، با یک ماتریس که از ضرایبی تشکیل شده است که تداخل سایر مشترکین را منعکس می کند، ضرب می شود. ماتریس بر اساس وضعیت موجود در هوا جمع آوری شده است: تعداد مشترکین، سرعت انتقال و غیره. بنابراین، قبل از ارسال، سیگنال در معرض اعوجاج معکوس نسبت به آنچه در طول انتقال رادیویی با آن مواجه می شود، قرار می گیرد.

در downlink - جهت از BTS به MS، ایستگاه پایه سیگنال ها را به طور همزمان در همان کانال به چندین مشترک به طور همزمان ارسال می کند. این منجر به این واقعیت می شود که سیگنال ارسال شده برای یک مشترک بر دریافت همه سیگنال های دیگر تأثیر می گذارد، یعنی. تداخل رخ می دهد. گزینه هابرای مبارزه با این مشکل استفاده از آنتن هوشمند یا استفاده از فناوری کدگذاری کاغذ کثیف ("کاغذ کثیف") است. بیایید نگاهی دقیق تر به فناوری کاغذ کثیف بیندازیم. اصل عملکرد آن بر اساس تجزیه و تحلیل است وضعیت فعلیزمان پخش و تعداد مشترکین فعال تنها (اولین) مشترک داده های خود را بدون رمزگذاری به ایستگاه پایه ارسال می کند و داده های خود را تغییر می دهد، زیرا. هیچ تداخلی از سوی سایر مشترکین وجود ندارد. مشترک دوم رمزگذاری می کند، یعنی. انرژی سیگنال خود را تغییر دهید تا با سیگنال اول تداخل نداشته باشید و سیگنال خود را تحت تأثیر سیگنال اول قرار ندهید. مشترکین بعدی که به سیستم اضافه می شوند نیز بر اساس تعداد مشترکین فعال و تأثیر سیگنال هایی که ارسال می کنند از این اصل پیروی می کنند.

کاربرد MIMO

فناوری MIMO در دهه گذشته یکی از مرتبط ترین راه ها برای افزایش توان و ظرفیت سیستم های ارتباطی بی سیم است. چند نمونه از استفاده از MIMO را در نظر بگیرید سیستم های مختلفاتصالات

استاندارد WiFi 802.11n یکی از بارزترین نمونه های استفاده از فناوری MIMO است. به گفته وی، به شما اجازه می دهد تا سرعت 300 مگابیت بر ثانیه را حفظ کنید. علاوه بر این، استاندارد قبلی 802.11g اجازه ارائه تنها 50 مگابیت بر ثانیه را می داد. علاوه بر افزایش سرعت انتقال اطلاعات، استاندارد جدیدبه لطف MIMO، عملکرد خدمات با کیفیت بهتر را در مناطقی با قدرت سیگنال پایین نیز امکان پذیر می کند. 802.11n نه تنها در سیستم های نقطه / چند نقطه (نقطه / چند نقطه) - رایج ترین طاقچه برای استفاده از فناوری WiFi برای سازماندهی یک LAN (شبکه محلی) بلکه برای سازماندهی اتصالات نقطه / نقطه استفاده می شود که برای سازماندهی ارتباطات ترانک استفاده می شود. کانال هایی با سرعت چند صد مگابیت در ثانیه و امکان انتقال داده ها در طول ده ها کیلومتر (تا 50 کیلومتر).

استاندارد وایمکس همچنین دارای دو نسخه است که با کمک فناوری MIMO امکانات جدیدی را برای کاربران به ارمغان می آورد. اولی، 802.16e، موبایل را فراهم می کند دسترسی به پهنای باند. این امکان را به شما می دهد تا اطلاعات را با سرعت 40 مگابیت در ثانیه در جهت ایستگاه پایه به انتقال انتقال دهید تجهیزات مشترک. با این حال، MIMO در 802.16e یک گزینه در نظر گرفته می شود و در ساده ترین پیکربندی - 2x2 استفاده می شود. در نسخه بعدی، 802.16m MIMO یک فناوری اجباری در نظر گرفته می شود، با پیکربندی احتمالی 4x4. در این مورد، وایمکس را می‌توان به سیستم‌های ارتباط سلولی، یعنی نسل چهارم آن‌ها (به دلیل سرعت بالاانتقال داده)، زیرا دارای تعدادی ذاتی است شبکه های سلولیعلائم: رومینگ، تحویل، اتصالات صوتی. در مورد استفاده از تلفن همراه، از نظر تئوری می توان به 100 مگابیت در ثانیه دست یافت. در نسخه ثابت، سرعت می تواند به 1 گیگابیت در ثانیه برسد.

بیشترین علاقه استفاده از فناوری MIMO در سیستم ها است ارتباط سلولی. این فناوری از نسل سوم سیستم های ارتباط سلولی کاربرد خود را پیدا کرده است. به عنوان مثال، در استاندارد UMTS، در Rel. 6، در ارتباط با فناوری HSPA با پشتیبانی از سرعت تا 20 مگابیت بر ثانیه و در Rel. 7 - با HSPA+ که سرعت انتقال داده به 40 مگابیت در ثانیه می رسد. با این حال، MIMO کاربرد گسترده ای در سیستم های 3G پیدا نکرده است.

سیستم‌ها، یعنی LTE، همچنین امکان استفاده از MIMO را در پیکربندی‌هایی تا 8x8 فراهم می‌کنند. این، در تئوری، می تواند انتقال داده ها را از ایستگاه پایه به مشترک با سرعت 300 مگابیت در ثانیه ممکن کند. همچنین یک نکته مثبت مهم کیفیت پایدار اتصال حتی در لبه لانه زنبوری است. در این حالت، حتی در فاصله قابل توجهی از ایستگاه پایه، یا زمانی که در یک اتاق از راه دور هستید، تنها کاهش جزئی در سرعت انتقال داده مشاهده خواهد شد.

بنابراین، فناوری MIMO تقریباً در همه سیستم ها کاربرد پیدا می کند. انتقال بی سیمداده ها. و پتانسیل آن تمام نشده است. گزینه های جدید پیکربندی آنتن در حال حاضر در حال توسعه هستند، تا MIMO 64x64. این امکان دستیابی به نرخ داده، ظرفیت شبکه و کارایی طیفی حتی بالاتر را در آینده فراهم می کند.

یکی از روش‌های افزایش نرخ داده برای WiFi 802.11 و WiMAX 802.16 استفاده از سیستم‌های بی‌سیم با آنتن‌های متعدد برای فرستنده و گیرنده است. این رویکرد MIMO (ترجمه تحت اللفظی - "خروجی چند ورودی چندگانه") یا "سیستم های آنتن هوشمند" (سیستم های آنتن هوشمند) نامیده می شود. فناوری MIMO نقش مهمی در اجرای استاندارد وای فای 802.11n ایفا می کند.

فناوری MIMO از انواع مختلفی از آنتن ها استفاده می کند که روی یک کانال تنظیم شده اند. هر آنتن سیگنالی با ویژگی های فضایی متفاوت ارسال می کند. بنابراین، فناوری MIMO از طیف رادیویی کارآمدتر و بدون به خطر انداختن قابلیت اطمینان عملیاتی استفاده می کند. هر گیرنده وای فای به تمام سیگنال های هر فرستنده وای فای گوش می دهد، که به شما امکان می دهد مسیرهای انتقال داده را متنوع تر کنید. به این ترتیب می توان مسیرهای متعددی را با هم ترکیب کرد و در نتیجه سیگنال های مورد نظر را در شبکه های بی سیم تقویت کرد.

مزیت دیگر فناوری MIMO این است که این فناوری قابلیت تقسیم فضایی Multiplexing (SDM) را فراهم می کند. SDM به صورت فضایی چندین جریان داده مستقل را به طور همزمان (کانال های مجازی، عمدتا) در یک پهنای باند طیفی یک کانال تکثیر می کند. در اصل، آنتن‌های متعدد، جریان‌های داده‌ای مختلف با کدگذاری جداگانه (جریان‌های فضایی) را انتقال می‌دهند. این جریان‌ها که به صورت موازی در هوا حرکت می‌کنند، داده‌های بیشتری را از طریق یک کانال معین «هل» می‌کنند. در گیرنده، هر آنتن ترکیب‌های مختلفی از جریان‌های سیگنال را می‌بیند و گیرنده این جریان‌ها را برای استفاده از آن‌ها «دی مولتی پلکس» می‌کند. MIMO SDM می تواند به طور قابل توجهی توان انتقال داده را افزایش دهد اگر تعداد جریان داده های مکانی افزایش یابد. هر جریان فضایی به جفت آنتن های ارسال/دریافت (TX/RX) خود در هر انتهای انتقال نیاز دارد. عملکرد سیستم در شکل 1 نشان داده شده است

همچنین باید درک کرد که فناوری MIMO به یک مدار RF مجزا و مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) برای هر آنتن نیاز دارد. پیاده سازی هایی که به بیش از دو آنتن در یک مدار نیاز دارند باید با دقت طراحی شوند تا هزینه ها را پایین نگه دارند و در عین حال سطح کارایی کافی را حفظ کنند.

یک ابزار مهم برای افزایش سرعت فیزیکی انتقال داده در شبکه های بی سیم، گسترش پهنای باند کانال های طیفی است. با استفاده از پهنای باند وسیع تر کانال مولتی پلکسینگ تقسیم فرکانس متعامد (OFDM)، انتقال داده با حداکثر کارایی انجام می شود. OFDM یک مدولاسیون دیجیتال است که خود را به عنوان ابزاری برای پیاده سازی انتقال داده های بی سیم با سرعت بالا در وایمکس ثابت کرده است / شبکه های وای فای. روش گسترش ظرفیت کانال مقرون به صرفه است و با رشد متوسط ​​پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) پیاده سازی آن نسبتاً آسان است. هنگامی که به درستی اعمال شود، می توان پهنای باند 802.11 Wi-Fi را از یک کانال 20 مگاهرتز به یک کانال 40 مگاهرتز دو برابر کرد و پهنای باند کانال های در حال استفاده را بیش از دو برابر کرد. با ترکیب معماری MIMO با پهنای باند کانال بالاتر، یک رویکرد بسیار قدرتمند و مقرون به صرفه برای افزایش نرخ انتقال فیزیکی به دست می آید.

استفاده از فناوری MIMO با کانال های 20 مگاهرتز برای مطابقت با استاندارد IEEE 802.11n وای فای (سرعت 100 مگابیت بر ثانیه در MAC SAP) گران است. همچنین برای برآورده ساختن این الزامات هنگام استفاده از یک کانال 20 مگاهرتز، به حداقل سه آنتن، هم روی فرستنده و هم روی گیرنده نیاز دارید. اما در عین حال، عملکرد در 20 مگاهرتز عملکرد قابل اعتمادی را برای برنامه هایی که به پهنای باند بالا در یک محیط کاربر واقعی نیاز دارند، ارائه می دهد.

استفاده ترکیبی از فناوری‌های MIMO و گسترش کانال تمام نیازهای کاربر را برآورده می‌کند و یک پشت سر هم نسبتاً قابل اعتماد است. این همچنین در هنگام استفاده همزمان از چندین برنامه شبکه با منابع فشرده نیز صادق است. ترکیب MIMO و پسوند کانال 40 مگاهرتز همچنین الزامات پیچیده تری مانند قانون مور و اجرای فناوری CMOS برای بهبود فناوری DSP را برآورده می کند.

هنگام استفاده از یک کانال توسعه یافته 40 مگاهرتز در باند 2.4 گیگاهرتز، در ابتدا مشکلاتی در سازگاری با تجهیزات مبتنی بر استانداردهای WiFi 802.11a / b / g و همچنین با تجهیزات استفاده شده وجود داشت. فناوری بلوتوثبرای انتقال داده

برای حل این مشکل در استاندارد وای فای 802.11n طیف وسیعی از راه حل ها را ارائه می دهد. یکی از این مکانیسم ها که به طور خاص برای محافظت از شبکه ها طراحی شده است، حالت دوگانه به اصطلاح غیر با توان بالا (غیر HT) است. قبل از استفاده از پروتکل انتقال داده های وای فایاستاندارد 802.11n، این مکانیزم یک بسته را به هر یک از نیمه های کانال 40 مگاهرتز ارسال می کند تا یک بردار توزیع شبکه (NAV) را تبلیغ کند. با پیروی از پیام NAV حالت تکراری غیر HT، پروتکل انتقال داده 802.11n را می توان برای مدت زمان مشخص شده در پیام، بدون نقض میراث (یکپارچگی) شبکه استفاده کرد.

مکانیسم دیگر نوعی سیگنال دهی است و نمی کند شبکه های بی سیمکانال را بیش از 40 مگاهرتز گسترش دهید. به عنوان مثال، یک لپ تاپ دارای ماژول های 802.11n و بلوتوث نصب شده است، این مکانیزم از احتمال تداخل احتمالی زمانی که این دو ماژول به طور همزمان کار می کنند آگاه است و انتقال از طریق کانال 40 مگاهرتز یکی از ماژول ها را غیرفعال می کند.

این مکانیسم‌ها تضمین می‌کنند که وای‌فای 802.11n با شبکه‌هایی با استانداردهای قبلی 802.11 بدون نیاز به انتقال کل شبکه به تجهیزات 802.11n کار می‌کند.

نمونه ای از استفاده از سیستم MIMO را در شکل 2 مشاهده می کنید

اگر بعد از مطالعه سوالی داشتید می توانید از طریق فرم ارسال پیام در قسمت بپرسید