Technologie 2x2 mimo. La technologie MIMO: qu'est-ce que c'est et avec quoi on le mange

MIMO multi-utilisateurs fait partie intégrante de la norme 802.11 ac. Mais jusqu'à présent, aucun appareil ne prend en charge un nouveau type de technologie multi-antennes. Les routeurs WLAN de la génération 802.11 ac standard précédente ont été désignés comme équipements de la vague 1. Seule la vague 2 présente la technologie multi-utilisateur MIMO (MU-MIMO) et est dirigée par cette seconde vague de périphériques.

■ oui □ non

Étant donné que la technologie MIMO multi-utilisateurs transmet simultanément un signal à plusieurs périphériques, le protocole de transmission est étendu en termes de génération d'en-têtes de blocs de données: au lieu de transmettre plusieurs flux séparés dans l'espace pour un seul client, la technologie MIMO multi-utilisateurs distribue la transmission pour chaque utilisateur séparément . L'attribution de bande passante et le codage restent les mêmes.

Utilisateur unique Si quatre périphériques partagent un réseau WLAN entre eux, un routeur MIMO 4 × 4: 4 transmet quatre flux de données spatiales, mais toujours uniquement au même périphérique. Les appareils et les gadgets sont traités en alternance. Multi-utilisateurs Avec la prise en charge de plusieurs utilisateurs MIMO (Multi User MIMO), les files d'attente de périphériques en attente d'accès aux ressources d'un routeur WLAN ne sont pas formées. Un ordinateur portable, une tablette, un téléphone et une télévision sont fournis avec des données simultanément.

Le WLAN est comme une autoroute très fréquentée: en fonction de l'heure, des ordinateurs et des ordinateurs portables, des tablettes, des smartphones, des téléviseurs et des consoles de jeux sont également connectés à ce mouvement. Dans un ménage moyen, plus de cinq appareils sont connectés à Internet via un réseau WLAN et leur nombre ne cesse de croître. Avec une vitesse de 11 Mbit / s, prévue dans le cadre de la norme principale IEEE 802.11b, la navigation sur le Web et le téléchargement de données nécessitent beaucoup de patience, car un routeur ne peut être connecté qu'à un seul périphérique à la fois. Si la radio est utilisée par trois périphériques à la fois, chaque client ne reçoit qu'un tiers de la durée de la session de communication et les deux tiers du temps sont consacrés à l'attente. Bien que les WLAN IEEE 802.11ac les plus récents permettent la transmission de données à des vitesses pouvant atteindre 1 Gbps, ils posent également le problème des baisses de vitesse dues aux files d'attente. Mais la prochaine génération de périphériques (802.11ac Wave 2) promet de meilleures performances pour les réseaux radio comportant plusieurs périphériques actifs.

Pour une meilleure compréhension de l’essence des innovations, vous devez d’abord vous souvenir des changements survenus récemment avec les réseaux locaux sans fil. L'une des méthodes les plus efficaces pour augmenter le débit de transfert de données, à commencer par la norme IEEE 802.1In, est la technologie MIMO (Multiple Input Multiple Output: entrée multicanal - sortie multicanal). Il implique l’utilisation de plusieurs antennes radio pour la transmission parallèle de flux de données. Si, par exemple, un fichier vidéo est transmis via le réseau WLAN et qu'un routeur MIMO à trois antennes est utilisé, chaque émetteur, dans le cas idéal (s'il y a trois antennes au niveau du récepteur), envoie un troisième fichier.

Augmentation du coût avec chaque antenne

Dans la norme IEEE 802.11n, le débit de transfert de données maximal pour chaque flux individuel, ainsi que les informations de surcharge, atteint 150 Mbps. Les appareils à quatre antennes sont donc capables de transmettre des données à des vitesses allant jusqu'à 600 Mbps. La norme actuelle IEEE 802.11ac va théoriquement à environ 6900 Mbps. Outre des canaux radio étendus et une modulation améliorée, la norme prévoit l’utilisation de huit flux MIMO au maximum.

Mais la simple augmentation du nombre d'antennes ne garantit pas l'accélération multiple de la transmission de données. Au contraire, avec quatre antennes, la quantité de données de service augmente considérablement et le processus de détection de collisions de signaux radio devient également plus coûteux. Afin de justifier l'utilisation d'un plus grand nombre d'antennes, la technologie MIMO continue de s'améliorer. L'ancien MIMO utilisé pour distinguer est plus correct d'appeler MIMO pour utilisateur unique (MIMO pour utilisateur unique). Bien qu’il permette la transmission simultanée de plusieurs flux spatiaux, comme indiqué précédemment, il n’ya toujours qu’une adresse. Une telle faille est maintenant éliminée à l'aide de MIMO multi-utilisateurs. Avec cette technologie, les routeurs WLAN peuvent transmettre simultanément un signal à quatre clients. Un appareil avec huit antennes, par exemple, peut en utiliser quatre pour fournir un ordinateur portable et en parallèle avec l'aide de deux autres: une tablette et un smartphone.

MIMO - Signal directionnel précis

Pour que le routeur transfère simultanément les paquets WLAN à différents clients, il a besoin d'informations sur l'emplacement des clients. Pour cela, tout d’abord, les paquets de test sont envoyés dans toutes les directions. Les clients répondent à ces paquets et la station de base stocke les données de force du signal. La technologie de formation des rayons est l’un des assistants les plus importants de MU MIMO. Bien que son support soit déjà fourni par la norme IEEE 802.11n, il a été amélioré dans IEEE 802.11ac. Son essence est d'établir la direction optimale pour envoyer un signal radio aux clients. La station de base définit spécifiquement pour chaque signal radio la directivité optimale de l'antenne d'émission. En mode multi-utilisateur, la recherche du chemin de signal optimal est particulièrement importante, car le fait de changer l'emplacement d'un seul client peut modifier tous les chemins de transmission et perturber le débit de l'ensemble du réseau WLAN. Par conséquent, une analyse de canal est effectuée toutes les 10 ms.

À titre de comparaison, un MIMO mono-utilisateur n’analyse que toutes les 100 ms. MIMO multi-utilisateurs peut servir simultanément quatre clients et chaque client peut recevoir simultanément jusqu'à quatre flux de données, ce qui donne au total 16 flux. Pour ce MIMO multi-utilisateur, de nouveaux routeurs WLAN sont nécessaires à mesure que le besoin de puissance de calcul augmente.

L'un des problèmes les plus graves de MIMO multi-utilisateurs est l'interférence entre les clients. Bien que la congestion des canaux soit souvent mesurée, cela ne suffit pas. Si nécessaire, un cadre est prioritaire, tandis que d'autres, au contraire, adhèrent. Pour ce faire, 802.11ac utilise différentes files d'attente, qui traitent à des vitesses différentes en fonction du type de paquet de données, préférant par exemple les paquets vidéo.

L'essence de la technologie MIMO et de l'antenne MIMO 2x2

Beaucoup d'entre vous ont probablement entendu parler d'une chose telle que la technologie MIMO.

Qu'est-ce que MIMO? Cette abréviation signifie "Multiple Input Multiple Output", qui signifie

translate signifie: "Entrée multiple Sortie multiple". L'essence de la technologie est la suivante: la méthode de codage spatial d'un signal augmente la largeur de bande du canal, dans laquelle le transfert de données s'effectue via un certain nombre d'antennes. En termes simples: le signal est étendu en augmentant le nombre d'antennes parallèles.

Le plus souvent, la technologie MIMO est utilisée en Wi-Fi. Avec cette technologie, le taux de transfert de données atteint plus de 300 mégabits par seconde. De plus, grâce au protocole MIMO, le réseau sans fil a commencé à transmettre des informations plus rapidement, même lorsque le niveau de réception du signal est minimal. Comme en Wi-Fi, en 4G, la vitesse dépasse le seuil des 300 mégabits par seconde.

Le principal avantage de MIMO est une connexion excellente et stable, même à une distance décente de la gare.

L'essence de la technologie MIMO. En d'autres termes: en parallélisant le flux sur plusieurs canaux, vous pouvez les démarrer de différentes manières via plusieurs antennes et les prendre avec les mêmes antennes indépendantes à la réception. Si nous transmettons la même information avec un léger retard sur deux canaux MIMO, après l'avoir codée à l'avance, nous pouvons récupérer les symboles perdus côté réception, ce qui équivaut à une amélioration du rapport signal sur bruit jusqu'à 10-12 dB. Cette technologie conduit à une augmentation de la vitesse.

Pour séparer les canaux appliqués polarisation. Dans les réseaux WI-FI, la technologie MIMO fonctionne selon les normes IEEE 802.11n et IEEE 802.11ac et est déjà prise en charge par de nombreux périphériques. Les assemblages de câbles sont le câble qui relie l’antenne et le périphérique émetteur (modem, routeur). Pour le bon choix   câble, vous devez connaître la distance exacte entre l’antenne et le périphérique. L'ensemble comprend un câble et deux connecteurs.

Il existe également un terme tel que polarisation. Polarisation des ondes. Les ondes dans lesquelles les directions des champs électriques et magnétiques restent inchangées dans l’espace ou changent en fonction d’une certaine loi sont appelées polarisées.

La polarisation est oblique, verticale et horizontale.

Il existe des antennes 3G et 4G.

Les antennes externes sont utilisées dans les cas suivants:

La vitesse de connexion est inférieure à celle indiquée par l'opérateur.

Connexion instable.

Signal faible ou absence de signal.

Les antennes sont de plusieurs types: panneau, stationnaire, circulaire, multistandard, universel, directionnel, omnidirectionnel, secteur et bien d’autres.

Lorsque vous choisissez une antenne, vous devez connaître les caractéristiques suivantes:

Plage de fréquences de fonctionnement (mHz).

Gain.

Impédance d'entrée.

Les antennes de radiateur actives sont correctement protégées des précipitations dans un boîtier en plastique protégé des rayons ultraviolets. Les entrées d’antenne présentent un court-circuit pour le courant continu entre les conducteurs externes et internes, ce qui réduit le risque d’accumulation d’électricité statique à l’entrée du modem et rend inutile l’utilisation d’un parafoudre (avec un petit connecteur de connexion entre le modem et l’antenne). Le montage vous permet de monter l’antenne sur un tuyau vertical,

fourni pour le réglage de l'angle de l'antenne. De plus, en raison de la conception du montage, un changement en douceur de la pente de la polarisation est possible.

2. Première antenne universelle à distance NITSA-5 MIMO 2x2 avec prise en charge de LTE-A (jusqu'à 300 Mb / s). Nitsa-5 MIMO 2x2 est également conçu pour être utilisé avec les téléphones portables, modems ou répéteurs conformes aux normes LTE800 / GSM900 / GSM1800 / UMTS900 / UMTS2100 / WIFI2400 / LTE2600. Les émetteurs d’antennes actives sont recouverts d’un boîtier en plastique. Mount vous permet de changer l’angle de l’antenne et la pente de la polarisation. Recommandé pour une utilisation à des distances allant jusqu'à 10 km de station de base. Grâce au support de la technologie MIMO, cette antenne constituera une solution universelle pour tous les standards de vitesse.

3. Antenne de panneau universelle 15-17 dBi (1,7-2,7 GHz)

L'antenne à panneau AGATA MIMO 2x2 BOX avec boîtier scellé pour modem USB 3G / 4G est une solution toute prête pour amplifier un signal 2G / 3G / LTE. Type d'antenne - matrice en mode commun. Son utilisation est recommandée aux limites des zones de service, avec un niveau de signal faible et instable. Grâce à l'utilisation d'un câble d'extension USB à partir d'un câble FTP CAT5, il est devenu possible d'éliminer la perte de signal dans la section antenne-modem.

Cette solution vous permet d’obtenir un gain d’amplification du signal jusqu’à 6 dB, ce qui peut être un facteur décisif pour améliorer la communication.

27.08.2015

Beaucoup ont sûrement déjà entendu parler de la technologie MIMOCes dernières années, les dépliants publicitaires et les affiches en sont souvent remplis, en particulier dans les magasins d'informatique et les magazines. Mais qu'est-ce que MIMO (PAST) et avec quoi se mange-t-il? Voyons plus en détail.

Technologie MIMO

MIMO (Multiple Input Multiple Output; Plusieurs entrées, plusieurs sorties) est une méthode de codage spatial pour un signal qui vous permet d’augmenter la bande passante du canal, qui utilise deux antennes ou plus et le même nombre d’antennes pour la transmission de données. Les antennes émettrice et réceptrice sont séparées de manière à obtenir le minimum d’influence réciproque entre antennes adjacentes. La technologie MIMO est utilisée dans les communications sans fil Wi-Fi, WiMAX, LTE pour augmenter la bande passante et une utilisation plus efficace de la bande de fréquence. En fait, MIMO permet de transmettre plus de données dans une bande de fréquences et une bande de fréquences données, c.-à-d. augmenter la vitesse. Ceci est réalisé grâce à l'utilisation de plusieurs antennes d'émission et de réception.

Histoire MIMO

La technologie MIMO peut être attribuée à un développement relativement jeune. Son histoire commence en 1984, lorsque le premier brevet d'utilisation de cette technologie a été enregistré. Le développement initial et la recherche ont eu lieu dans l'entreprise Laboratoires Bellet en 1996 l'entreprise Réseaux Airgo   a été publié le premier chipset MIMO appelé Vrai mimo. La technologie la plus développée que MIMO a reçue au début du XXIe siècle, lorsque le sans fil a commencé à se développer rapidement réseaux Wi-Fi   et les réseaux mobiles 3G. Et maintenant, la technologie MIMO est utilisée dans les réseaux 4G LTE et Wi-Fi 802.11b / g / ac.

Que fait la technologie MIMO?

Pour l'utilisateur final, MIMO fournit une augmentation significative des vitesses de transfert de données. En fonction de la configuration de l'équipement et du nombre d'antennes utilisées, la vitesse peut être multipliée par deux, par trois et par huit. En règle générale, les réseaux sans fil utilisent le même nombre d'antennes d'émission et de réception et enregistrent ce nombre, par exemple, 2x2 ou 3x3. C'est à dire si nous voyons un enregistrement 2x2 MIMO, deux antennes transmettent un signal et deux reçoivent. Par exemple, dans le Wi-Fi standard un seul canal d'une largeur de 20 MHz donne une largeur de bande de 866 Mbit / s, alors que dans une configuration 8x8 MIMO, 8 canaux sont combinés, ce qui donne une vitesse maximale d'environ 7 Gbit / s. De même, dans LTE MIMO - l'augmentation potentielle de la vitesse de plusieurs fois. Pour utiliser pleinement MIMO dans les réseaux LTE sont nécessaires parce que En règle générale, les antennes intégrées ne sont pas suffisamment espacées et produisent un faible effet. Et bien entendu, la station de base doit prendre en charge MIMO.

Une antenne LTE avec support MIMO transmet et reçoit un signal dans les plans horizontal et vertical. Ceci s'appelle la polarisation. Une caractéristique distinctive des antennes MIMO est la présence de deux connecteurs d’antenne et, par conséquent, l’utilisation de deux fils pour la connexion à un modem / routeur.

Bien que beaucoup de gens disent, et il n’est pas déraisonnable que l’antenne MIMO pour réseaux 4G LTE soit en réalité deux antennes en une, vous ne devriez pas penser que l’utilisation d’une telle antenne multipliera par deux sa vitesse. Cela ne peut être qu'en théorie, mais dans la pratique, la différence entre une antenne standard et une antenne MIMO dans un réseau 4G LTE ne dépasse pas 20-25%. Cependant, dans ce cas, le signal stable fourni par l’antenne MIMO sera plus important.

Une approche pour augmenter les vitesses de transfert de données pour les normes 802.11 WiFi et 802.16 WiMAX consiste à utiliser des systèmes sans fil avec plusieurs antennes, à la fois pour l'émetteur et pour le récepteur. Cette approche s'appelle MIMO (traduction littérale - «entrée multiple sortie multiple») ou «systèmes d'antenne intelligents» (systèmes d'antenne intelligents). La technologie MIMO joue un rôle important dans la mise en œuvre du WiFi 802.11n.

La technologie MIMO utilise plusieurs antennes de différents types, accordées sur le même canal. Chaque antenne transmet un signal avec des caractéristiques spatiales différentes. Ainsi, la technologie MIMO utilise le spectre des ondes radio plus efficacement et sans compromettre la fiabilité. Chaque récepteur wi-fi «écoute» tous les signaux de chaque émetteur wifi, ce qui vous permet de diversifier les chemins de transfert de données. Ainsi, plusieurs chemins peuvent être recombinés, ce qui conduira à l'amplification des signaux requis dans les réseaux sans fil.

Un autre avantage de la technologie MIMO est que cette technologie offre un multiplexage par division spatiale (multiplexage par répartition spatiale (SDM)). SDM compresse spatialement plusieurs flux de données indépendants simultanément (principalement des canaux virtuels) dans une seule bande passante spectrale du canal. En fait, plusieurs antennes transmettent différents flux de données avec un codage individuel des signaux (flux spatiaux). Ces flux, se déplaçant en parallèle dans les airs, "transmettent" davantage de données sur un canal donné. Au niveau du récepteur, chaque antenne voit différentes combinaisons de flux de signalisation et le récepteur "démultiplexe" ces flux pour leur utilisation. MIMO SDM peut augmenter considérablement le débit de données en augmentant le nombre de flux de données spatiales. Chaque flux spatial nécessite ses propres paires d’antennes émission / réception (TX / RX) à chaque extrémité de la transmission. Le fonctionnement du système est illustré à la figure 1.

Vous devez également comprendre que la mise en œuvre de la technologie MIMO nécessite un circuit de fréquence radio séparé et un convertisseur analogique-numérique (CAN) pour chaque antenne. Les mises en œuvre nécessitant plus de deux antennes dans un circuit doivent être soigneusement conçues afin de ne pas augmenter les coûts tout en maintenant un niveau d'efficacité approprié.

L'élargissement de la bande passante des canaux spectraux est un outil important pour augmenter la vitesse physique de la transmission de données dans les réseaux sans fil. En raison de l'utilisation d'une largeur de bande de canal plus large avec multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM), les données sont transmises avec une performance maximale. OFDM est une modulation numérique qui s’est révélée être un outil de mise en œuvre du transfert de données sans fil bidirectionnel haut débit vers WiMAX /. Réseaux WiFi. La méthode d’extension de bande passante de canal est rentable et assez facile à mettre en œuvre avec une augmentation modérée du traitement du signal numérique (DSP). Lorsqu'il est utilisé correctement, vous pouvez doubler la fréquence du standard Wi-Fi 802.11 d'un canal de 20 MHz à 40 MHz. Vous pouvez également fournir plus de deux fois la bande passante des canaux actuellement utilisés. En combinant une architecture MIMO avec une largeur de bande de canal plus large, une approche très puissante et rentable est obtenue pour augmenter le débit de transmission physique.

L’utilisation de la technologie MIMO avec des canaux de 20 MHz coûte cher pour répondre aux exigences IEEE de la norme WiFi 802.11n (bande passante de 100 Mbit / s par MAC SAP). En outre, pour répondre à ces exigences, si vous utilisez un canal de 20 MHz, vous aurez besoin d'au moins trois antennes, à la fois sur l'émetteur et sur le récepteur. Mais dans le même temps, le fonctionnement sur le canal 20 MHz garantit un fonctionnement fiable avec les applications nécessitant une bande passante élevée dans un environnement utilisateur réel.

L'utilisation combinée de la technologie MIMO et de l'extension du canal répond à toutes les exigences de l'utilisateur et constitue un tandem relativement fiable. Cela est également vrai lorsque vous utilisez simultanément plusieurs applications réseau gourmandes en ressources. La combinaison d'extensions de canaux MIMO et 40 MHz permettra également de répondre à des exigences plus complexes, telles que la loi de Moore et la mise en œuvre de la technologie CMOS DSP.

Lors de l'utilisation du canal amélioré à 40 MHz dans la bande des 2,4 GHz, des problèmes de compatibilité avec les équipements basés sur les normes WiFi 802.11a / b / g, ainsi qu'avec les équipements utilisant la technologie Bluetooth pour le transfert de données, ont été rencontrés.

Pour résoudre ce problème, la norme Wi-Fi 802.11n propose un certain nombre de solutions. L'un de ces mécanismes spécifiquement conçus pour protéger les réseaux est le mode de duplication dit à faible bande passante (non HT). Avant d'utiliser le protocole de transfert de données WiFi 802.11n, ce mécanisme envoie un paquet à chacune des moitiés de canal à 40 MHz pour la déclaration d'un réseau de distribution vectorielle (NAV). Après le message en mode NAV dupliqué non HT, le protocole de transfert de données 802.11n peut être utilisé pendant la durée indiquée dans le message, sans violer l’héritage (intégrité) du réseau.

L'autre mécanisme est une sorte d'alarme et ne donne pas réseaux sans fil   étendre le canal sur 40 MHz. Par exemple, des modules 802.11n et Bluetooth sont installés dans l'ordinateur portable. Ce mécanisme est conscient de la possibilité d'interférences potentielles avec le fonctionnement de ces deux modules en même temps et désactive la transmission de l'un des modules via le canal à 40 MHz.

Ces mécanismes garantissent que le WiFi 802.11n fonctionnera avec les réseaux des normes 802.11 antérieures sans avoir à convertir tout le réseau en équipement 802.11n.

Voir un exemple d'utilisation du système MIMO à la figure 2.

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MIMO (Entrées multiples à sorties multiples - Entrées multiples à sorties multiples) est une technologie utilisée dans les systèmes de communication sans fil (WIFI, réseaux cellulaires) qui peut améliorer considérablement l'efficacité spectrale du système, le débit de transfert de données maximal et la capacité du réseau. Le principal moyen d’obtenir les avantages ci-dessus consiste à transférer des données de la source au destinataire via plusieurs connexions radio, à partir desquelles cette technologie tire son nom. Examinez l’arrière-plan de cette question et déterminez les principales raisons de l’utilisation généralisée de la technologie MIMO.

Le besoin de connexions à haut débit offrant des niveaux élevés de qualité de service (QoS) avec une résilience élevée augmente d'année en année. Cela est dû en grande partie à l’émergence de services tels que la VoIP (), la VoD (), etc. Cependant, la plupart des technologies sans fil ne permettent pas aux abonnés de fournir un service de haute qualité à la limite de la zone de couverture. Dans les systèmes de communication cellulaires et autres sans fil, la qualité de la connexion, ainsi que le taux de transfert de données disponible, diminue rapidement avec la distance depuis (BTS). Dans le même temps, la qualité des services diminue également, ce qui aboutit à l'impossibilité de fournir des services en temps réel de haute qualité sur l'ensemble du réseau de couverture radio. Pour résoudre ce problème, vous pouvez essayer d’installer les stations de base aussi étroitement que possible et d’organiser la couverture interne dans tous les endroits avec un niveau de signal faible. Cependant, cela nécessitera des coûts financiers importants, ce qui conduira finalement à une augmentation du coût des services et à une compétitivité réduite. Ainsi, pour résoudre ce problème, une innovation originale est requise, en utilisant, si possible, la gamme de fréquences actuelle et ne nécessitant pas la construction de nouvelles installations de réseau.

Caractéristiques de la propagation des ondes radio

Afin de comprendre les principes de fonctionnement de la technologie MIMO, il est nécessaire de prendre en compte les principes communs dans l’espace. Les ondes émises par divers systèmes radio sans fil dans la gamme supérieure à 100 MHz se comportent, à bien des égards, comme des rayons lumineux. Lorsque les ondes radioélectriques rencontrent une surface pendant la propagation, en fonction du matériau et de la taille de l'obstacle, une partie de l'énergie est absorbée, une autre partie est traversée et le reste est réfléchi. Le rapport entre l'énergie absorbée, réfléchie et transmise à travers des parties de l'énergie est influencé par de nombreux facteurs externes, notamment la fréquence du signal. De plus, le signal réfléchi et transmis par l’énergie du signal peut modifier la direction de sa propagation, et le signal lui-même est divisé en plusieurs ondes.

Le signal se propageant selon les lois ci-dessus de la source au destinataire, après avoir rencontré de nombreux obstacles, se brise en de nombreuses vagues, dont certaines seulement atteignent le récepteur. Chacune des ondes qui atteignent le récepteur forme un chemin de propagation. De plus, étant donné que différentes vagues sont réfléchies par différents nombres d'obstacles et parcourent une distance différente, différents chemins ont des chemins différents.

Dans des conditions de construction urbaine dense, en raison du grand nombre d'obstacles, tels que des bâtiments, des arbres, des voitures, etc., une situation se produit souvent lorsqu'il n'y a pas de visibilité directe entre (MS) et les antennes de station de base (BTS). Dans ce cas, les ondes réfléchies sont le seul moyen d’atteindre le signal du récepteur. Cependant, comme indiqué ci-dessus, le signal à réflexion multiple ne possède plus l'énergie d'origine et peut arriver en retard. Le fait que les objets ne restent pas toujours immobiles et que la situation peut changer considérablement au fil du temps est particulièrement complexe. À cet égard, un problème se pose - l'un des problèmes les plus importants des systèmes de communication sans fil.

Le multipathing est-il un problème ou un avantage?

Plusieurs solutions différentes sont utilisées pour lutter contre la propagation de signaux par trajets multiples. Une des technologies les plus courantes est la diversité de réception -. Son essence réside dans le fait que pour recevoir un signal, non pas une, mais plusieurs antennes sont utilisées en même temps (généralement deux, moins souvent quatre) situées à distance les unes des autres. Ainsi, le destinataire n'a pas une, mais deux copies du signal transmis à la fois, qui sont entrées de différentes manières. Cela permet de collecter plus d'énergie à partir du signal d'origine, car les ondes reçues par une antenne peuvent ne pas être reçues par une autre et inversement. De plus, les signaux déphasés d'une antenne peuvent être transmis à l'autre en phase. Ce schéma d'organisation d'interface radioélectrique peut être appelé SIMO (Single Input Multiple Output), par opposition au schéma SISO (Single Input Single Output) standard. L'approche inverse peut également être appliquée: lorsque plusieurs antennes sont utilisées pour l'émission et une pour la réception. Cela augmente également l’énergie totale du signal original reçu par le récepteur. Ce circuit est appelé Multiple Input Single Output (MISO). Dans les deux schémas (SIMO et MISO), plusieurs antennes sont installées du côté de la station de base, car réaliser la diversité d'antenne dans appareil mobile   à une distance suffisamment grande est difficile sans augmenter la taille de l'équipement terminal lui-même.

Suite à un raisonnement plus poussé, nous arrivons au schéma MIMO (Multiple Input Multiple Output). Dans ce cas, plusieurs antennes sont installées pour la transmission et la réception. Cependant, contrairement aux schémas ci-dessus, ce schéma de diversité permet non seulement de lutter contre la propagation de signaux par trajets multiples, mais également d'obtenir certains avantages supplémentaires. Grâce à l'utilisation de plusieurs antennes lors de l'émission et de la réception de chaque paire d'antennes émettrices / réceptrices, vous pouvez mapper un chemin distinct pour la transmission d'informations. Dans ce cas, la diversité de réception sera effectuée par les antennes restantes, et cette antenne servira également d’antenne supplémentaire pour d’autres trajets de transmission. En conséquence, il est théoriquement possible d'augmenter le débit de transfert de données autant de fois que d'antennes supplémentaires seront utilisées. Cependant, la qualité de chaque trajet radioélectrique impose une limite significative.

Principe de fonctionnement MIMO

Comme indiqué ci-dessus, pour l'organisation de la technologie MIMO, il est nécessaire d'installer plusieurs antennes sur les côtés émission et réception. Généralement réglé sur un nombre égal d'antennes à l'entrée et à la sortie du système, car dans ce cas, le taux de transfert de données maximal est atteint. Pour indiquer le nombre d'antennes en réception et en émission, ainsi que le nom de la technologie MIMO, la désignation «AxB» est généralement mentionnée, où A est le nombre d'antennes à l'entrée du système et B à la sortie. Sous le système, dans ce cas, se réfère à la connexion radio.

La technologie MIMO nécessite quelques modifications dans la structure de l'émetteur par rapport aux systèmes conventionnels. N'envisagez qu'un des moyens les plus simples possibles pour organiser la technologie MIMO. Tout d'abord, un diviseur de flux est nécessaire du côté émetteur, ce qui divisera les données destinées à être émises en plusieurs sous-flux à faible vitesse, dont le nombre dépend du nombre d'antennes. Par exemple, pour MIMO 4x4 et des débits de données d'entrée de 200 Mbit / s, le diviseur créera 4 flux de 50 Mbit / s chacun. Ensuite, chacun de leurs flux de données doit être transmis via sa propre antenne. Habituellement, les antennes de transmission sont installées avec une certaine séparation spatiale afin de fournir le plus grand nombre possible de signaux latéraux résultant de réflexions multiples. Dans l'un des façons possibles   l'organisation de la technologie MIMO Le signal est émis depuis chaque antenne avec une polarisation différente, ce qui permet son identification en réception. Cependant, dans le cas le plus simple, chacun des signaux transmis est marqué par le support de transmission lui-même (délai et autres distorsions).

Du côté de la réception, plusieurs antennes reçoivent un signal de la radio. De plus, les antennes côté réception sont également installées avec une certaine séparation spatiale, grâce à laquelle la réception en diversité décrite ci-dessus est fournie. Les signaux reçus arrivent aux récepteurs, dont le nombre correspond au nombre d'antennes et de chemins de transmission. Et à chacun des récepteurs, les signaux de toutes les antennes du système. Chacun de ces additionneurs attribue à partir du flux total l'énergie du signal du seul chemin dont il est responsable. Il le fait soit en utilisant une caractéristique préalablement prévue à l'origine de chacun des signaux, soit en analysant le retard, l'atténuation, le déphasage, c'est-à-dire un ensemble de distorsions ou une "empreinte" du support de propagation. Selon le mode de fonctionnement du système (espace-temps superposé - BLAST, SPARC, etc.), le signal transmis peut être répété après un certain temps ou transmis avec un léger retard par le biais d'autres antennes.

Dans un système doté de la technologie MIMO, il peut exister un phénomène inhabituel, à savoir que le débit de transmission de données dans le système MIMO peut diminuer s'il existe une ligne de visée directe entre la source et le récepteur du signal. Ceci est principalement dû à la diminution de l’intensité de la distorsion de l’espace environnant, ce qui marque chacun des signaux. En conséquence, il devient problématique pour le récepteur de séparer les signaux, qui commencent à s’influencer. Ainsi, plus la qualité de la connexion radio est élevée, moins MIMO peut en tirer parti.

MIMO multi-utilisateur (MU-MIMO)

Le principe d'organisation des radiocommunications décrit ci-dessus fait référence à ce que l'on appelle le MIMO mono-utilisateur (SU-MIMO), où il n'y a qu'un émetteur et un récepteur d'informations. Dans ce cas, l’émetteur et le récepteur peuvent clairement coordonner leurs actions et, en même temps, il n’ya pas de facteur surprise lorsque de nouveaux utilisateurs peuvent apparaître sur les ondes. Ce système convient parfaitement aux petits systèmes, par exemple pour organiser la communication au bureau à domicile entre deux périphériques. À leur tour, la plupart des systèmes, tels que WI-FI, WIMAX, les systèmes de communication cellulaires sont multi-utilisateurs, c.-à-d. ils ont un seul centre et plusieurs objets distants, avec chacun desquels il est nécessaire d'organiser une connexion radio. Deux problèmes se posent donc: d’une part, la station de base doit transmettre un signal à plusieurs abonnés via le même système d’antenne (diffusion MIMO) et, simultanément, recevoir un signal de plusieurs abonnés via les mêmes antennes (MIMO MAC - Multiple Access Canaux).

Dans la direction de liaison montante - de MS à BTS, les utilisateurs transmettent leurs informations simultanément sur la même fréquence. Dans ce cas, il y a une difficulté pour la station de base: il est nécessaire de séparer les signaux de différents abonnés. L'un des moyens possibles de traiter ce problème est également un procédé de traitement linéaire, qui fournit un signal transmis préliminaire. Selon cette méthode, le signal d'origine est multiplié par la matrice, composée des coefficients reflétant l'effet d'interférence d'autres abonnés. La matrice est basée sur la situation actuelle de la radio: nombre d'abonnés, vitesses de transmission, etc. Ainsi, avant de transmettre, le signal est soumis à la distorsion de l'opposé avec celui qu'il rencontrera lors de la diffusion.

Sur la liaison descendante - la direction allant de BTS à MS, la station de base transmet des signaux simultanément sur le même canal à plusieurs abonnés à la fois. Ceci conduit au fait que le signal transmis pour un abonné affecte la réception de tous les autres signaux, c'est-à-dire des interférences se produisent. Des variantes La lutte contre ce problème consiste à utiliser ou à appliquer une technologie de codage sur papier sale. Examinons plus en détail la technologie du papier sale. Le principe de son fonctionnement repose sur une analyse de l'état actuel de la radio et du nombre d'abonnés actifs. Le seul (premier) abonné transmet ses données à la station de base sans codage ni modification de ses données, car il n'y a pas d'interférence d'autres abonnés. Le deuxième abonné encodera, c'est-à-dire changez l'énergie de votre signal pour ne pas interférer avec le premier et ne pas soumettre votre signal à l'influence du premier. Les abonnés suivants ajoutés au système suivront également ce principe et s'appuieront sur le nombre d'abonnés actifs et l'effet des signaux qu'ils émettent.

Application MIMO

La technologie MIMO de la dernière décennie est l’un des moyens les plus pertinents d’accroître la capacité des systèmes de communication sans fil. Prenons quelques exemples d'utilisation de MIMO dans divers systèmes de communication.

La norme WiFi 802.11n est l’un des exemples les plus frappants d’utilisation de la technologie MIMO. Selon lui, il vous permet de maintenir des vitesses allant jusqu'à 300 Mbps. Et la précédente norme 802.11g ne permettait de fournir que 50 Mbit / s. Outre l’augmentation du débit de données, le nouveau standard, grâce à MIMO, permet également top performance   qualité de service dans les zones à faible signal. Le 802.11n est utilisé non seulement dans les systèmes point / multipoint (Point / Multipoint) - le créneau le plus connu pour l’utilisation de la technologie Wi-Fi pour l’organisation de réseaux locaux (LAN), mais également pour l’organisation de connexions point à point utilisées pour des centaines de Mbps et permettant la transmission de données sur des dizaines de kilomètres (jusqu’à 50 km).

Le standard WiMAX comporte également deux versions qui révèlent de nouvelles fonctionnalités aux utilisateurs utilisant la technologie MIMO. Le premier, 802.16e, fournit des services haut débit mobiles. Il vous permet de transmettre des informations jusqu'à 40 Mbps dans la direction allant de la station de base à l'équipement d'abonné. Cependant, MIMO dans 802.16e est considéré comme une option et est utilisé dans la configuration la plus simple - 2x2. Dans la prochaine version, le MIMO 802,16 m est considéré comme une technologie indispensable, avec une configuration 4x4 possible. Dans ce cas, WiMAX peut déjà être attribué aux systèmes de communication cellulaires, à savoir leur quatrième génération (en raison du taux de transfert de données élevé), car possède un certain nombre de caractéristiques inhérentes aux réseaux cellulaires :, connexions vocales. Dans le cas d'une utilisation mobile, une vitesse de 100 Mbit / s peut en principe être atteinte. Dans une version fixe, la vitesse peut atteindre 1 Gbit / s.

L’utilisation de la technologie MIMO dans les systèmes est particulièrement intéressante. communication cellulaire. Cette technologie est appliquée depuis la troisième génération de systèmes de communication cellulaires. Par exemple, dans la norme, dans Rel. 6, il est utilisé conjointement avec la technologie HSPA avec prise en charge de vitesses pouvant atteindre 20 Mbit / s, et en Rel. 7 - avec HSPA +, où les vitesses de transfert de données atteignent 40 Mbps. Cependant, dans les systèmes 3G, MIMO n'a pas trouvé d'application large.

Les systèmes, à savoir LTE, prévoient également l’utilisation de MIMO dans des configurations jusqu’à 8x8. En théorie, cela peut permettre de transférer des données d’une station de base à un abonné supérieur à 300 Mbit / s. Un autre point positif important est la qualité stable de la connexion, même au bord. Dans le même temps, même à une distance considérable de la station de base ou lorsque vous restez dans une salle pour sourds, le taux de transfert de données ne diminue que légèrement.

Ainsi, la technologie MIMO est utilisée dans presque tous les systèmes de transmission de données sans fil. Et son potentiel n'est pas épuisé. Déjà, de nouvelles options de configuration d'antenne sont en cours de développement, allant jusqu'à 64 x 64 MIMO. À l'avenir, cela permettra des débits de données, une capacité de réseau et une efficacité spectrale encore plus élevés.