Конструкционные особенности и принцип действия mimo-антенн для 3g и 4g-модемов

MIMO и Beamforming

Ну и напоследок хотелось бы рассказать про несколько технологий, применяемых в беспроводных сетях.

Что такое MIMO в роутере. SU-MIMO и MU-MIMO

MIMO – одно из самых важных нововведений стандарта Wi-Fi 802.11n. Если просто, то MIMO – это технология, позволяющая в один момент времени передавать или принимать несколько потоков данных с использованием нескольких антенн устройства. Больше потоков – выше скорость соединения.

Согласно стандарту могут быть различные конфигурации принимающих и передающих антенн, начиная с 1×1, где одна принимающая и одна передающая и заканчивая 4×4 (для 802.11n, в новых стандартах их количество увеличили еще больше). Зачастую в первой (1х1) конфигурации можно передать один пространственный поток, а в 4×4 – до четырех одновременно. Главное тут, чтобы не только роутер, но и клиент обладал соответствующим количеством антенн, а с этим могут возникнуть проблемы, так как, например, большинство смартфонов имеет MIMO 1×1. Да и указывают эти параметры далеко не все производители смартфонов и роутеров.

Существует два варианта MIMO: однопользовательский (SU-MIMO) и многопользовательский (MU-MIMO, впервые появившейся в стандарте 802.11ac Wave 2). В первом случае роутер в один момент времени отправляет данные только одному устройству, во втором – может отправлять данные нескольким пользователям одновременно.

Beamforming

Beamforming – технология формирования направленного луча в сторону подключенного клиента. Обычно сигнал транслируется во все стороны, создавая равномерную зону покрытия. Технология Beamforming позволяет маршрутизатору определить нахождение клиента в пространстве и сформировать сигнал в данном направлении. Изначально данный функционал появился в стандарте 802.11n, но из-за отсутствия стандартного способа реализации каждый производитель реализовывал ее по-своему и нормально она не работала. Начиная с 802.11ac был введен стандартный способ формирования диаграммы направленности, что позволило любым устройствам с поддержкой данной технологии корректно работать с любыми другими устройствами, так же ее поддерживающими.

Формы

Пример антенны для LTE с 2-портовым разнесением антенн

Типы мультиантенн

Технология многоантенного MIMO (или однопользовательского MIMO) была разработана и реализована в некоторых стандартах, например, в продуктах 802.11n.

• SISO / SIMO / MISO — частные случаи MIMO.
  • Множественный вход и один выход (MISO) — это особый случай, когда приемник имеет одну антенну.
  • Один вход — несколько выходов (SIMO) — это особый случай, когда передатчик имеет одну антенну.
  • Один вход — один выход (SISO) — это обычная радиосистема, в которой ни передатчик, ни приемник не имеют нескольких антенн.
• Основные однопользовательские методы MIMO
  • Bell Laboratories Layered Space-Time (BLAST), Джерард. Дж. Фошини (1996)
  • Per Antenna Rate Control (PARC), Варанаси, Guess (1998), Чанг, Хуанг, Лозано (2001)
  • Селективное управление скоростью на каждую антенну (SPARC), Ericsson (2004)
• Некоторые ограничения

Многопользовательские типы

В последнее время появились результаты исследований многопользовательской технологии MIMO. Хотя полный многопользовательский MIMO (или сетевой MIMO) может иметь более высокий потенциал, на практике исследования технологии (частичного) многопользовательского MIMO (или многопользовательского и многоантенного MIMO) более активны.

• Многопользовательский MIMO (MU-MIMO)
  • В последних стандартах 3GPP и WiMAX MU-MIMO рассматривается как одна из технологий-кандидатов, которые могут быть приняты в спецификации рядом компаний, включая Samsung, Intel, Qualcomm, Ericsson, TI, Huawei, Philips, Nokia и Freescale. Для этих и других фирм, работающих на рынке мобильного оборудования, MU-MIMO более подходит для сотовых телефонов низкой сложности с небольшим количеством приемных антенн, тогда как более высокая пропускная способность однопользовательского SU-MIMO лучше подходит для более сложных пользовательские устройства с большим количеством антенн.
  • Улучшенный многопользовательский MIMO: 1) использует передовые методы декодирования, 2) использует передовые методы предварительного кодирования
  • SDMA представляет собой либо с пространственным разделением множественного доступа или супер множественного доступа с разделением , где супер подчеркивает , что ортогональное разделение таких как частота и время деление не используется , но не ортогональны подходов , таких как суперпозиция кодирования используются.
• Кооперативный MIMO

  Использует несколько соседних базовых станций для совместной передачи / приема данных пользователям / от пользователей. В результате соседние базовые станции не вызывают межсотовых помех, как в обычных системах MIMO.

  (CO-MIMO)

• Макроразнообразие MIMO
  • Форма схемы с пространственным разнесением, которая использует несколько передающих или принимающих базовых станций для когерентной связи с одним или несколькими пользователями, которые, возможно, распределены в зоне покрытия, в одном временном и частотном ресурсе.
  • Передатчики находятся далеко друг от друга в отличие от традиционных схем MIMO с микроразнесением, таких как однопользовательский MIMO. В многопользовательском сценарии MIMO с макроразнесением пользователи также могут быть далеко друг от друга. Следовательно, каждая составляющая ссылка в виртуальном канале MIMO имеет отдельный средний SNR канала . Это различие в основном связано с различными долговременными ухудшениями канала, такими как потери на трассе и затухание тени, которые испытывают разные линии связи.
  • Схемы MIMO макроразнообразия создают беспрецедентные теоретические и практические проблемы. Среди множества теоретических проблем, возможно, наиболее фундаментальной является понимание того, как различные средние отношения сигнал / шум канала влияют на общую пропускную способность системы и производительность отдельных пользователей в условиях замирания.
• MIMO- маршрутизация

  Маршрутизация кластера кластером в каждом прыжке, где количество узлов в каждом кластере больше или равно одному. Маршрутизация MIMO отличается от традиционной (SISO) маршрутизации, поскольку традиционные протоколы маршрутизации маршрутизируют узел за узлом в каждом переходе.

• Массивный MIMO

Откуда взялась технология MIMO?

Как мы знаем по практике использования WiFi, когда роутер излучает беспроводной сигнал, он становится слабее в зависимости от удаления от источника и наличия препятствий. Дело в том, что сталкиваясь с барьерами и проходя большое расстояние, пучок сигнала от маршрутизатора рассеивается на множество лучей и становится слабее. В результате это выражается в том, что падает качество приема и снижается скорость интернета.

MIMO позволяет отправлять один и тот же сигнал несколько раз одновременно. В результате в разы повышается вероятность его попадания на приемник на вашем устройстве. А значит улучшается прием и стабильность сети. Для работы используется сразу несколько ретранслирующих антенн на маршрутизаторе и также несколько принимающих антенн на устройстве, поддерживающем технологию MIMO. Сегодня таковыми являются абсолютно все смартфоны, ноутбуки, ТВ приставки, телевизоры и другие девайсы с беспроводным модулем.

Ручная настройка

Если пользователю присвоен статический IP или подключение производится по протоколам PPPoE , PPTP или L2TP , мастер QIS выдаст такое окно после тщетных попыток установить тип коннекта самостоятельно.

В зависимости от информации, найденной в договоре с провайдером, нужно выбрать тот протокол, который там указан. После этого пользователь будет перенаправлен на окно ввода учётных данных, с помощью которых можно настроить маршрутизатор.

Они тоже берутся из договора. Если пользователь всё правильно сделал, никаких других действий от него не требуется, подключение будет установлено сразу же. Если же этого недостаточно, настройку роутера Asus поможет закончить служба поддержки провайдера – возможно, некоторые данные уже изменились и нужна их коррекция с помощью оператора.

Применение панельных антенн для работы в сетях 4G

На сегодня рынок предлагает множество антенн, конструктивное исполнение которых значительно варьируется от таких параметров, как диаграмма направленности и рабочий частотный диапазон. Касательно первого: угол раскрытия основного лепестка варьируется в пределах от 30 до 90 градусов, для сотовых антенн — обычно от 60 до 75 градусов. Также вклад в направленность вносит угол наклона, который может быть как регулируемый как механическим путем (вертикальная плоскость), так и стационарным, установленный заводом-изготовителем (горизонтальная плоскость).

Второй параметр как раз определяет частотную селективность антенны (о чем упоминалось ранее) и для сетей 4G диапазон может быть самым разным (от 800 МГц и выше), некоторые сотовые вышки работают сразу на нескольких значениях, например, для LTE это могут быть линии 700 МГц, 800 МГц, 2600 МГц. Если необходимо включение 3G, дополнительно используется полоса 2100 МГц. Естественно, что это требует разделения как в плоскостях поляризации, так и пространственное, а также разных направленностей. Это неизбежно приведет к огромному видовому разнообразию устройств, что и можно наблюдать на рынке.

Миллиметровые волны для 5G

Системы 5G, работающие на частотах 28 ГГц или в других диапазонах миллиметровых волн, обладают преимуществом в части более доступного спектра, что позволяет задействовать большее число каналов. Преимущество этого диапазона в том, что его спектр менее загружен, чем спектр на частотах ниже 6 ГГц. Но системы связи, использующие диапазон миллиметровых волн, будут сталкиваться с целым рядом разных эффектов, вызванных особенностями их распространения. Здесь имеют место и более высокие потери в свободном пространстве, и атмосферное затухание, и слабое проникновение в помещение, и недостаточная дифракция от окружающих объектов. Чтобы преодолеть эти нежелательные эффекты, антенные решетки миллиметрового диапазона фокусируют свои лучи и таким образом используют дополнительное усиление. К счастью, с увеличением частоты размер таких решеток уменьшается, что позволяет многоэлементным антеннам данного диапазона иметь примерно такой же размер, что и у одного элемента на частотах менее 6 ГГц (рис. 6).

Рис. 6. Антенная решетка из 64 элементов для частоты 30 ГГц имеет такую же апертуру, что и одиночная полосковая (патч-антенна) для частоты 3 ГГц

Как уже отмечалось, на частотах миллиметровых волн период когерентности канала значительно уменьшается, что накладывает жесткие ограничения на подвижные мобильные приложения. Поскольку специалисты продолжают исследовать новые способы улучшения мобильности в миллиметровом диапазоне, первые развертывания 5G на этих частотах, вероятнее всего, будут обслуживать приложения фиксированного беспроводного доступа, такие как домашний широкополосный доступ, транзитное соединение и прямое соединение между абонентскими устройствами, в обход маршрутизатора. Тем не менее, как указано в , качество и надежность непосредственно самой передачи в сети 5G на миллиметровых волнах были продемонстрированы в мобильной сети в тестовых системах во время Олимпийских игр в Сеуле и на скоростях выше 200 км/ч на гоночной трассе, поэтому структура кадра 5G признана пригодной для переключений в условиях даже экстремального доплеровского сдвига. Текущие усилия 3GPP связаны с требованиями к скорости передачи данных до 10–20 Гбит/с и поддержкой высокой мобильности до 500 км/ч (cегодня нумерология Release 15 поддерживает скорости до 100 км/ч, в то время как более высокие значения, соответствующие требованиям к использованию eMBB, будут указаны в Release 16) .

Математическое описание

Модель канала MIMO

В системах MIMO передатчик отправляет несколько потоков с помощью нескольких передающих антенн. Потоки передачи проходят через матричный канал, который состоит из всех путей между передающими антеннами в передатчике и приемными антеннами в приемнике. Затем приемник получает векторы принятого сигнала множеством приемных антенн и декодирует принятые векторы сигнала в исходную информацию. Узкополосная плоская выцветанию системы MIMO моделируются как:
NтNр{\ Displaystyle N_ {t} N_ {r}}Nт{\ displaystyle N_ {t}}Nр{\ displaystyle N_ {r}}

узнак равноЧАСИкс+п{\ Displaystyle \ mathbf {y} = \ mathbf {H} \ mathbf {x} + \ mathbf {n}}

где и — векторы приема и передачи, соответственно, и — матрица канала и вектор шума, соответственно.
у{\ displaystyle \ mathbf {y}}Икс{\ displaystyle \ mathbf {x}}ЧАС{\ displaystyle \ mathbf {H}}п{\ Displaystyle \ mathbf {п}}

Пропускная способность эргодического замкнутого контура (канал известен, идеальная CSI ) и эргодического разомкнутого контура (канал неизвестен, нет CSI). Количество передающих и приемных антенн — 4 ( ).Nрзнак равноNтзнак равно4{\ Displaystyle N_ {r} = N_ {t} = 4}

Ссылаясь на теорию информации , эргодическая пропускная способность канала MIMO-систем, в которых и передатчик, и приемник имеют идеальную мгновенную информацию о состоянии канала, равна

Cпержеcт-CSязнак равноEМаксимумQ;tr(Q)≤1бревно2⁡Det(я+ρЧАСQЧАСЧАС)знак равноEбревно2⁡Det(я+ρDSD){\ displaystyle C _ {\ mathrm {perfect-CSI}} = E \ left = E \ left }

где обозначает эрмитовское транспонирование и является отношением между мощностью передачи и мощностью шума (т. е. SNR передачи ). Оптимальная ковариация сигнала достигается посредством разложения по сингулярным значениям матрицы канала и оптимальной диагональной матрицы распределения мощности . Оптимальное распределение мощности достигается за счет заполнения водой , то есть
()ЧАС{\ displaystyle () ^ {H}}ρ{\ displaystyle \ rho}Qзнак равноVSVЧАС{\ Displaystyle \ mathbf {Q} = \ mathbf {VSV} ^ {H}}UDVЧАСзнак равноЧАС{\ Displaystyle \ mathbf {UDV} ^ {H} \, = \, \ mathbf {H}}Sзнак равнодиагональ(s1,…,sмин(Nт,Nр),,…,){\ displaystyle \ mathbf {S} = {\ textrm {diag}} (s_ {1}, \ ldots, s _ {\ min (N_ {t}, N_ {r})}, 0, \ ldots, 0)}

sязнак равно(μ-1ρdя2)+,дляязнак равно1,…,мин(Nт,Nр),{\ displaystyle s_ {i} = \ left (\ mu — {\ frac {1} {\ rho d_ {i} ^ {2}}} \ right) ^ {+}, \ quad {\ textrm {for}} \, \, i = 1, \ ldots, \ min (N_ {t}, N_ {r}),}

где — диагональные элементы , равно нулю, если его аргумент отрицательный, и выбирается таким образом, что .
d1,…,dмин(Nт,Nр){\ displaystyle d_ {1}, \ ldots, d _ {\ min (N_ {t}, N_ {r})}}D{\ displaystyle \ mathbf {D}}(⋅)+{\ Displaystyle (\ cdot) ^ {+}}μ{\ displaystyle \ mu}s1+…+sмин(Nт,Nр)знак равноNт{\ displaystyle s_ {1} + \ ldots + s _ {\ min (N_ {t}, N_ {r})} = N_ {t}}

Если передатчик имеет только статистическую информацию о состоянии канала , то эргодическая пропускная способность канала будет уменьшаться, поскольку ковариация сигнала может быть оптимизирована только с точки зрения средней взаимной информации как
Q{\ displaystyle \ mathbf {Q}}

Csтатяsтяcал-CSязнак равноМаксимумQEбревно2⁡Det(я+ρЧАСQЧАСЧАС).{\ Displaystyle C _ {\ mathrm {статистический-CSI}} = \ max _ {\ mathbf {Q}} E \ left .}

Пространственная корреляция канала имеет сильное влияние на эргодическую пропускной способности канала со статистической информацией.

Если передатчик не имеет информации о состоянии канала, он может выбрать ковариацию сигнала, чтобы максимизировать пропускную способность канала при статистике наихудшего случая, что означает и, соответственно,
Q{\ displaystyle \ mathbf {Q}}Qзнак равно1Nтя{\ Displaystyle \ mathbf {Q} = 1 / N_ {t} \ mathbf {I}}

Cпо-CSязнак равноEбревно2⁡Det(я+ρNтЧАСЧАСЧАС).{\ displaystyle C _ {\ mathrm {no-CSI}} = E \ left .}

В зависимости от статистических свойств канала эргодическая пропускная способность не более чем в раз больше, чем у системы SISO.
мин(Nт,Nр){\ displaystyle \ min (N_ {t}, N_ {r})}

Структура сигналов 5G NR

CP-OFDM как решение для нисходящего и восходящего канала связи

Для начала расставим все точки над «i»: восходящим каналом называется канал или линия передачи от пользователя к базовой станции, а нисходящим — от базовой станции к пользователю. Эти каналы, а именно используемые для них виды или подвиды модуляции, могут быть одинаковыми или различными, что направлено в первую очередь на повышение плотности каналов и на эффективность связи. Под последним определением мы понимаем и энергоэффективность, и уменьшение числа битовых ошибок.

В последние годы исследователи, работающие в области беспроводной связи, изучали различные формы сигналов с несколькими несущими, предлагая множество вариантов для радиодоступа 5G. Так, сигналы, которые используют мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (orthogonal frequency division multiplexing, OFDM), хорошо подходят для дуплексной работы с временным разделением. Они поддерживают приложения, чувствительные к задержкам, и уже продемонстрировали успешную коммерческую реализацию с эффективной обработкой сигналов со все более широкой полосой пропускания. Кроме того, высокая спектральная эффективность и совместимость сигналов OFDM с MIMO (Multiple Input Multiple Output — множественные входы, множественные выходы) помогают удовлетворить потребности этого нового глобального стандарта сотовой связи в части экстремальных скоростей передачи данных и плотности каналов.

Благодаря методам оценки и выравнивания сигнальных каналов сигналы OFDM демонстрируют высокую устойчивость в частотно-избирательных радиоканалах. Однако, как правило, в канале присутствует временная дисперсия: части передаваемого сигнала принимаются с различными задержками из-за многолучевости распространения и отражений. В итоге ортогональность выборочно теряется, появляется интерференция как между битами внутри символа, так и между символами. Для предотвращения перекрытия в начало OFDM-символа вставляется циклический префикс, содержащий конечные биты предыдущего символа. Прикрепив копию конца символа OFDM к началу символа (это и есть циклический префикс), приемник может лучше обрабатывать ошибки синхронизации и предотвращать межсимвольные помехи (рис. 1). Более подробно об этом написано в .

Рис. 1. Символ CP-OFDM содержит циклический префикс на каждой стороне данных. Примечание. БПФ — быстрое преобразование Фурье.

Таким образом, в качестве структуры сигнала для нисходящего и восходящего канала связи 5G в схемах квадратурной модуляции до 256-QAM консорциум 3GPP использует именно OFDM с циклическим префиксом — CP-OFDM.

DFT-S-OFDM как решение с более высокой эффективностью для восходящего канала связи

Сигналы OFDM обладают одной отрицательной чертой — высоким значением отношения пикового уровня мощности сигнала к среднему уровню (peak-to-average power ratios, PAPR). Поскольку усилитель мощности высокой частоты (УМ) в мобильном устройстве потребляет наибольшее количество энергии, разработчики системы хотели бы получить структуру сигнала, поддерживающую высокоэффективный режим работы УМ-передатчика при одновременном удовлетворении спектральных требований 5G. Для восходящего канала связи (а это линия от пользователя к базовой станции) технология 5G NR предлагает пользовательскому оборудованию (User Equipment, UE — буквально «пользовательское оборудование», подразумевает не только мобильные, но и стационарные устройства) возможность использования CP-OFDM-модуляции или формы сигнала гибридного формата, называемого OFDM с дискретным преобразованием Фурье (Fourier transform spread OFDM, DFT-S-OFDM). Используя технологию DFT-S-OFDM, передатчик модулирует все поднесущие одинаковыми данными (рис. 2). Это снижает отношение пикового значения к среднему, сохраняя устойчивость к эффектам многолучевости, и обеспечивает гибкое распределение частот поднесущей OFDM. В тех случаях, когда PAPR с CP-OFDM может составлять 11–13 дБ, для решения на основе DFT-S-OFDM потребление варьируется в пределах 6–9 дБ.

Рис. 2. Сравнение временной и частотной диаграмм технологий:
а) OFDM;
б) DFT-S-OFDM

Что такое MU-MIMO и для чего он нужен?

Технология MU-MIMO означает » Многопользовательский MIMO «, Или также известный как» Многопользовательский, множественный ввод и множественный вывод «. Эта функция была включена в стандарт Wi-Fi 5 или также известный как Wi-Fi AC, однако она была необязательной, и многие маршрутизаторы с Wi-Fi 5 не имеют этой технологии, которая использовала бы только полосу частот 5 ГГц. , поскольку в диапазоне 2.4 ГГц мы все еще использовали Wi-Fi 4.

С запуском Wi-Fi 6 MU-MIMO доступен в обоих частотных диапазонах, как в популярном диапазоне 2.4 ГГц, так и в диапазоне 5 ГГц, поскольку у нас есть Wi-Fi 6 во всех диапазонах частот

Очень важной особенностью является то, что в дополнение к MU-MIMO технология формирования луча необходима для достижения хорошего покрытия. Обе технологии связаны, потому что они работают вместе в домашних и профессиональных маршрутизаторах

Краткое объяснение технологии Beamforming

С приходом Wi-Fi 5, который соответствует 802.11ac стандарт, как мы обсуждали ранее, Технология формирования луча тоже прибыл. Благодаря этому мы можем сфокусировать сигнал на подключенном приемнике. Таким образом, цель состоит в том, чтобы клиент получил лучшее покрытие, а также более высокую скорость беспроводной связи. На практике, используя технологию Beamforming, помимо обеспечения большего покрытия против маршрутизатора или точки доступа, не имеющей этой технологии, мы также добьемся немного большего диапазона Wi-Fi. Чтобы закончить этот раздел в отношении расстояния, вот что мы можем внести:

• Когда мы рядом с роутером или точкой доступа если нет стены или большого препятствия, мы не заметим никаких улучшений.
• В случае, если мы находимся на среднем расстоянии от роутера или точки доступа , именно здесь мы получим максимальную отдачу от технологии Beamforming. Таким образом, мы добьемся большего покрытия, а также большей скорости.
• Если мы находимся на очень большом расстоянии от роутера или точки доступа , мы не заметим большого улучшения, но возможно, что мы получим немного больше покрытия, с которым мы получим некоторую стабильность, но разница в скорости будет небольшой. Он способен одновременные передачи клиентам , в «восходящем» направлении, то есть от точки доступа к клиентам. Однако с Wi-Fi 6 MU-MIMO является двунаправленным, как для загрузки, так и для загрузки, и уже доступен на некоторых маршрутизаторах ASUS.

Очень распространенный пример значительного улучшения, которое приносит нам технология MU-MIMO, — это когда у нас есть маршрутизатор с тремя потоками данных, но мы подключаем клиентов из одного потока. Беспроводная сеть вместо того, чтобы работать с максимальной скоростью, которую обеспечивают эти три потока данных, будет работать с максимальной скоростью, которую обеспечивает один поток. Следовательно, мы не сможем в полной мере использовать реальный потенциал приобретенного нами беспроводного маршрутизатора.

С другой стороны, если мы используем технологию MU-MIMO, маршрутизатор может отправлять (и получать, если у нас есть двунаправленный MU-MIMO) поток данных каждому из клиентов. Таким образом, данные будут отправляться одновременно, и мы максимально используем доступную пропускную способность. Таким образом, три клиента будут отправлять и получать данные одновременно, параллельно, а не последовательно, как это происходит при использовании технологии SU-MIMO (однопользовательский MIMO). Вот вам пример того, как работают обе технологии.

На изображении выше мы можем ясно видеть, что производительность (общая сеть) утроилась при использовании технологии MU-MIMO. Кроме того, это не только позволит нам максимизировать пропускную способность, мы также сможем привлечь больше клиентов WiFi для передачи своих данных и сэкономить дополнительное время, отправляя данные клиентам одновременно. Мы должны помнить, что с Wi-Fi 6 MU-MIMO является двунаправленным, поэтому мы можем отправлять и получать данные одновременно.

Что нам нужно, чтобы технология MU-MIMO работала

Первое, что нужно прокомментировать, это то, что эта технология может присутствовать в Стандарт Wi-Fi 5 (Wi-Fi AC), в котором он будет работать только в диапазоне 5 ГГц. Он также доступен в новом Стандарт Wi-Fi 6 (Wi-Fi AX), но, в отличие от предыдущего Wi-Fi 5, в этом новом стандарте он позволяет нам работать как в диапазонах 2.4 ГГц, так и 5 ГГц.

Освободи Себя MU-MIMO Теоретически технология допускает, чтобы до 4 устройств использовали одно и то же время соединения Wi-Fi, в течение которого данные будут отправляться одновременно. Вот пример отличия, которое он делает для работы с предыдущей технологией SU-MIMO, которая позволяет работать только с одним устройством за раз.

Следует иметь в виду, что оба маршрутизатор и беспроводные клиентские устройства должны быть совместимы с этой технологией. . Это означает, что даже если вы купите недавний высокопроизводительный маршрутизатор, поддерживающий эту технологию, если ваши устройства не поддерживают ее, вы не получите никакой выгоды. Кроме того, чтобы воспользоваться преимуществами технологии MU-MIMO, нам потребуется как минимум два устройства, поддерживающих ее в нашем доме. В противном случае мы не заметим никаких улучшений, потому что формируется группа из одной команды, что аналогично работе с технологией SU-MIMO.

В настоящее время MU-MIMO технологии работает только для нисходящих данных по технологии Wi-Fi 5 , то есть с роутера на наши устройства. Однако с приходом Технология 802.11ax, также известный как WIFI 6, теперь он сможет работать как в нисходящем, так и в восходящем направлении. В настоящее время производители еще не включили двунаправленную функциональность в MU-MIMO, или, по крайней мере, они имеют ее на этапе тестирования, и она еще не стала общедоступной.

Эта технология нисколько не увеличивает дальность действия нашего беспроводного маршрутизатора . Однако благодаря диаграммообразующая технология, о которой мы говорили ранее, и которая уже включена в стандарт Wi-Fi 5, мы сможем заметить некоторые улучшения.

Настройка через мобильное приложение

Asus Router – очень полезная программа для телефона. Она позволяет подключиться к роутеру Asus и настроить его даже в тех случаях, когда под рукой нет компьютера или ноутбука. Установить её можно как на Android , так и на iOS. Стоит заметить, что далеко не все роутеры с ней совместимы, лучше перед установкой свериться с официальным сайтом и проверить свою конкретную модель.

После запуска приложение сообщит, что оно нашло совместимое устройство и предложит сразу его настроить.

Оно определит точную модель и IP-адрес для входа в программу настроек.

После этого можно вводить логин и пароль и нажимать кнопку «Войти» — устройство будет настроено автоматически.

Кроме того, в приложении есть ещё несколько довольно полезных функций:

• Резервное копирование настроек роутера для быстрого переноса их в случае непреднамеренной смены или программного сбоя. «Слепок» системы сохраняется в память смартфона.
• Обновление прошивки через телефон.
• Слежение за распределением аппаратных ресурсов – загрузкой процессора и оперативной памяти.
• Тест на уязвимость сети – проверяются самые типовые уязвимости и даются рекомендации по их устранению.
• Управление FTP-сервером. Только для поддерживающих эту функцию устройств – в основном с USB-портом в комплекте.
• Samba – клиент общего доступа к файлам, которые находятся на внешнем диске, подключенном к USB.
• Пункт «Поделиться подключением» — быстрая отправка логина и пароля точки доступа через социальную сеть или мессенджер доверенному лицу.
• График расхода входящего и исходящего трафика – контроль за потреблением, не распознаёт зашифрованное содержимое, а потому полезен лишь в числовом выражении.
• Экспериментальная функция WI-Fi ECO – снижение мощности сигнала антенн для экономии потребления электроэнергии. Эффективность сомнительна, так как дополнительно обещается более низкий уровень влияния излучения на организм.

Также здесь можно задавать лимиты скорости для каждого из подсоединённых клиентов, изменять адреса DNS для умного блокирования нежелательных сайтов и опасной рекламы, а также менять параметры входа в админку.

Приложение можно защитить паролем или настроить вход по отпечатку пальца для тех устройств, которые поддерживают такой метод аутентификации пользователя.

Что это за технология и каковы её особенности?

Аббревиатура предполагает собой следующее словосочетание — несколько входов/выходов (multiple input). Иными словами, это передача данных, при которой участвует множество потоков. Так, сигнал осуществляет трансляцию, используя сразу неоднозначное количество приёмников.

Для того чтобы человек понимал, сколько именно задействовано передатчиков, рядом с обозначением в характеристиках производители располагают цифру. Она же должна соответствовать числу оборудований, которые включены в работу.

Роутер с данной возможностью гарантирует обладателю расширение радиуса, в котором будет действовать сеть. Для любителей игр технология окажется особенно значимой, поскольку с ней воспроизведение любой игры или программы будет осуществляться не только с отсутствием торможения, но и с высоким разрешением.

Практические ограничения MU-MIMO

1. Работа возможна только с клиентами поддерживающими 802.11ac и ax. Клиент должен принять информацию, предназначенную сразу нескольким клиентам, вычленить оттуда то, что предназначено только ему, обработать данные и отправить в матричном виде обратно роутеру. А для этого он должен уметь обрабатывать сигнальные кадры в дейтограммах, иначе он не сможет принять информацию.
2. Клиенты должны находиться на значительном друг от друга расстоянии, что бы роутер мог сформировать потоки с разнесением во времени и пространстве. Если на столе будет лежать ноутбук, планшет и телефон, роутер не сможет вычислить пространственное положение каждого устройства и сформировать для него пространственно-временной сдвиг фаз. В этом случае он переключится на обычный МИМО-режим.
3. Скорость передачи всегда будет выравниваться по самому медленному клиенту! ВСЕГДА!

Видео — увеличение емкости сети с помощью Massive MIMO и 3D Beamforming

MIMO (англ. Multiple Input Multiple Output ) — метод пространственного кодирования сигнала, позволяющий увеличить полосу пропускания канала, в котором передача данных и прием данных осуществляются системами из нескольких антенн. Передающие и приёмные антенны разносят так, чтобы корреляция между соседними антеннами была слабой.

Что такое MIMO и massive-MIMO и с чем их едят?

• SISO — Single Input Single Output

• SIMO — Single Input Multiple Output

• MISO — Multiple Input Single Output

• MIMO — Multiple Input Multiple Output

Очевидно, что SIMO – самая странная схема реализации общения, так как в этом случае базовая станция состоит из одной антенны, но зато на приемниках стоят много антенн. Представьте, что сотовый оператор ставит себе одну станцию за 1000 руб, а в каждый смартфон ставят по 5000 руб. Очевидно, что такая схема не прижилась в трех измерениях из-за экономической нецелесообразности. Реализации же других схем активно применяются, а MIMO системы в тот момент, когда вы читаете эту статью, совершенно точно собирают на каком-нибудь заводе в Китае и совершенствуют в какой-нибудь лаборатории.

MIMO использует физическое явление, называемое многолучевым распространением. Его эффект заключается в том, что сигналы поступают на приемное устройство с разными задержками и под разными углами. Это позволяет снизить требования к каналу передачи данных (среде распространения). Например, вы можете поставить у себя дома больше устройств, создающих помехи, и при этом вы не ухудшите качество сигнала. Также MIMO увеличивает радиус действия, улучшает пропускную способность беспроводной сети и скорость передачи данных без увеличения диапазона частот.

Более формально можно описать это добавлением нового ресурса:

• Время (time diversity) – сигнал может передаваться на протяжении фиксированного отрезка времени.

• Частота (frequency diversity) – невозможно использовать частоты, вне выданного вам диапазона.

• Пространство (spatial diversity) – одинаковые сигналы могут быть переданы по разным путям (различными антеннами) и, следовательно, на приемнике возможна более точная оценка сигнала с использованием наиболее правдоподобных копий.

Пусть Y – принятый сигнал, H – матрица канала, X – отправленный сигнал, N – шумы в канале(AWGN-аддитивный белый гауссовский шум).Тогда принятый сигнал представим в виде:

Один из возможных методов решения – минимизация среднеквадратичной ошибки – дает аналитическое решение:

Кстати, на практике иногда не так уж и просто найти обратную матрицу.

Massive-MIMO – это схема, при которой количество антенн на базовой станции много больше их числа на мобильной. На базовой станции ставят 128, 256… антенн, а на приемнике 2-3 штуки. MIMO активно применяется в WiFi, LTE. Massive-MIMO будет основой для построения сетей 5G и, судя по темпам развития, и 6G.

Вместе с ростом числа антенн возникают и новые и проблемы. В случае MIMO нужно было антенны на одном устройстве разнести друг от друга, дабы уменьшить корреляцию между соседними элементами, теперь же это требование еще более актуально. Также, при увеличении числа антенн увеличиваются и взаимные помехи (часть из этих проблем может быть решена посредством применения технологии автоматического формирования луча в направлении абонента).

Заключение

Как видно, в элементарной теории антенн нет ничего сложного и разобравшись с основными понятиями можно с легкостью как выбрать необходимую антенну из числа предлагаемых на рынке, так и сконструировать или собрать ее самому. При этом следует помнить, что главная работа заключается не только в том, чтобы сделать антенну, ее еще необходимо правильно настроить. Для этого дополнительно рекомендуется ознакомиться с материалом по теме цифровой обработки сигналов, где обычно в самом начале разбирается теоретический минимум по существующим типам каналов связи и методам передачи информации в них.