MIMO

Один из подходов к увеличению скорости передачи данных для WiFi стандарта 802.11 и для WiMAX стандарта 802.16 – это использование беспроводных систем с применением нескольких антенн, как для передатчика, так и для приемника. Такой подход называется MIMO (англ. Multiple Input Multiple Output, дословный перевод — «множественный вход множественный выход»), или «умная антенная системы» (smart antenna systems). И хотя существующие воплощения MIMO-идеи пока не всегда заметно ускоряют трафик на небольших расстояниях от точки доступа, уже доказано, что на больших удалениях они весьма эффективны. MIMO-принцип позволяет уменьшить число ошибок при радиообмене данными (BER) без снижения скорости передачи в условиях множественных переотражений сигналов. При этом многоэлементные антенные устройства обеспечивают:

  • расширение зоны покрытия радиосигналами и сглаживание в ней мертвых зон;
  • использование нескольких путей распространения сигнала, что повышает вероятность работы по трассам, на которых меньше проблем с замираниями, переотражениями и т.п.;
  • увеличение пропускной способности линий связи за счет формирования физически различных каналов (разделенных пространственно, с помощью ортогональных кодов, частот, поляризационных мод).

Еще один плюс технологии MIMO в том, что данная технология обеспечивает пространственное деление мультиплексирования (Spatial Division Multiplexing (SDM)). SDM пространственно уплотняет несколько независимых потоков данных одновременно (в основном, виртуальных каналов) внутри одной спектральной полосы пропускания канала. В сущности, несколько антенн передают различные потоки данных с индивидуальной кодировкой сигналов (пространственные потоки). Эти потоки, двигаясь параллельно по воздуху «пропихивают» больше данных по заданному каналу. На приемнике каждая антенна видит разные сочетания сигнальных потоков и приемник «демультиплексирует» эти потоки для их использования. MIMO SDM может значительно увеличить пропускную способность для передачи данных, если увеличить число пространственных потоков данных. Каждому пространственному потоку необходимы свои собственные передающие / принимающие (TX / RX) антенные пары на каждом конце передачи. Работа системы представлена на рисунке:

Схема работы системы MIMO Простейшая антенна MIMO – это система из двух несимметричных вибраторов (монополей), ориентированных, например, под углом ±45° относительно вертикальной оси . Такой угол поляризации ставит оба канала в равные условия, поскольку при горизонтально-вертикальной ориентации излучателей одна из поляризационных составляющих неизбежно получила бы большее затухание при распространении вдоль земной поверхности. Сигналы, излучаемые независимо каждым монополем, поляризованы взаимно ортогонально с достаточно высокой взаимной развязкой по кросс-поляризационной составляющей (не менее 20 дБ). Аналогичная антенна используется и на приемной стороне. Такой подход позволяет одновременно передавать сигналы с одинаковыми несущими, модулированными различным образом. Принцип поляризационного разделения обеспечивает удвоение пропускной способности линии радиосвязи по сравнению со случаем одиночного монополя (в идеальных условиях прямой видимости при идентичной ориентации приемных и передающих антенн). Таким образом, по сути любую систему с двойной поляризацией можно считать системой MIMO.

MIMO-направление развивается весьма многопланово и включает в себя разнородное семейство методов, которые можно условно классифицировать в соответствии с принципом разделения сигналов в приемном устройстве. При этом в MIMO-системах используются как уже зарекомендовавшие себя подходы к разделению сигналов, так и новые. К ним относятся, в частности, пространственно-временное, пространственно-частотное, пространственно-поляризационное кодирование, а также сверхразрешение по направлению прихода сигнала в приемник. Именно обилие подходов к разделению сигналов обусловило столь долгую разработку стандартов на использование систем MIMO в средствах связи.

Поскольку для потоков данных используется одна и та же частота в одном географическом регионе, потоки необходимо декоррелировать. Декорреляция обеспечивается в таких системах за счет организации параллельных некоррелированных подканалов. Некоррелированность достигается за счет пространственного разнесения элементов передающей и приемной антенных решеток на расстояния порядка нескольких длин волн несущей частоты, что предопределяет громоздкость традиционных MIMO-систем. Для того, чтобы минимизировать данный недостаток, наряду с пространственным разнесением, в MIMO-системах используется также поляризационное разнесение.Соответственно, требуется наличие более одного (обычно двух) приемо-передающих трактов в составе абонентского оборудования. Декодирование MIMO увеличивает сложность оборудование и его цену. Пространственное разнесение передающей и приемной антенных решеток

Преимущества от использования MIMO:

  • Данные кодируются пространственно-временным методом (пространственное мультиплексирование) для увеличения надежности передачи

Преимущества использования MIMO

  • Данные передаются сигналами горизонтальной и вертикальной поляризаций, для увеличения пропускной способности

Пространственное мультиплексирование

Наши партнеры