So funktioniert Mimo. Was ist MIMO-Antenne? Über die MIMO-Technologie. Anwendung in Wi-Fi-Netzwerken

Vorhandene Mobilfunknetze werden nicht nur zum Telefonieren und Versenden von Nachrichten genutzt. Dank des digitalen Übertragungsverfahrens ist die Datenübertragung auch mit bestehenden Netzen möglich. Diese Technologien werden je nach Entwicklungsstand als 3G und 4G bezeichnet. Die 4G-Technologie wird vom LTE-Standard unterstützt. Die Datenübertragungsgeschwindigkeit hängt von einigen Merkmalen des Netzes ab (vom Betreiber festgelegt) und erreicht theoretisch bis zu 2 Mbit / s für das 3G-Netz und bis zu 1 Gbit / s für das 4G-Netz. Alle diese Technologien arbeiten effizienter, wenn ein starkes und stabiles Signal vorhanden ist. Zu diesem Zweck sehen die meisten Modems den Anschluss externer Antennen vor.

Panel-Antenne

Im Angebot finden Sie verschiedene Optionen für Antennen, um die Empfangsqualität zu verbessern. Die 3G-Panel-Antenne ist sehr beliebt. Der Gewinn einer solchen Antenne beträgt im Frequenzbereich 1900-2200 MHz etwa 12 dB. Dieser Gerätetyp kann auch die Qualität des 2G-Signals verbessern - GPRS und EDGE.

Wie die überwiegende Mehrheit anderer passiver Geräte verfügt es über eine Einweg-Direktionalität, die zusammen mit einer Erhöhung des empfangenen Signals den Störpegel aus den Seitenrichtungen und von hinten reduziert. So können Sie selbst bei instabilem Empfang den Signalpegel auf akzeptable Werte anheben, wodurch die Geschwindigkeit des Empfangs und der Übertragung von Informationen erhöht wird.

Anwendung von Panel-Antennen für die Arbeit in 4G-Netzen

Da die Reichweite von 4G-Netzen praktisch mit der Reichweite der vorherigen Generation übereinstimmt, ist der Einsatz dieser Antennen in 3G 4G LTE-Netzen problemlos möglich. Bei allen Technologien ermöglicht der Einsatz von Antennen, die Datenübertragungsraten näher an die Maximalwerte zu bringen.

Die neue Technologie, bei der getrennte Empfänger und Sender im gleichen Frequenzband verwendet werden, ermöglichte es, die Datenempfangs- und -übertragungsraten noch weiter zu steigern. Das vorhandene 4G-Modem ist für die Verwendung der MIMO-Technologie ausgelegt.

Der unbestrittene Vorteil von Panelantennen sind ihre geringen Kosten und ihre außergewöhnliche Zuverlässigkeit. Es gibt praktisch nichts im Design, das auch bei einem Sturz aus großer Höhe kaputt gehen kann. Einzige Schwachstelle ist das Hochfrequenzkabel, das an der Eintrittsstelle ins Gehäuse reißen kann. Um die Lebensdauer des Gerätes zu verlängern, muss das Kabel sicher befestigt werden.

MIMO-Technologie

Um den Durchsatz des Kommunikationskanals zwischen Empfänger und Datensender zu erhöhen, wurde ein Signalverarbeitungsverfahren entwickelt, bei dem Empfang und Senden auf unterschiedlichen Antennen durchgeführt werden.

Beachten Sie! Mit LTE-MIMO-Antennen können Sie den Durchsatz im Vergleich zum Arbeiten mit einer einfachen Antenne um 20-30% steigern.

Das Grundprinzip besteht darin, die Kopplung zwischen Antennen zu beseitigen.

Elektromagnetische Wellen können relativ zur Erdebene unterschiedliche Richtungen haben. Dies wird Polarisation genannt. Hauptsächlich werden vertikal und horizontal polarisierte Antennen verwendet. Um die gegenseitige Beeinflussung auszuschließen, unterscheiden sich die Antennen durch Polarisation im 90-Grad-Winkel. Damit der Einfluss der Erdoberfläche für beide Antennen gleich ist, sind die Polarisationsebenen jeweils um 45 Grad verschoben. relativ zum Boden. Wenn also eine der Antennen einen Polarisationswinkel von 45 Grad hat, dann die andere jeweils 45 Grad. Der Versatz zueinander beträgt die erforderlichen 90 g.

Die Abbildung zeigt deutlich, wie die Antennen relativ zueinander und relativ zum Boden aufgestellt sind.

Wichtig! Die Polarisation der Antennen sollte der der Basisstation entsprechen.

Wenn bei 4G LTE-Technologien die MIMO-Unterstützung standardmäßig an der Basisstation verfügbar ist, haben die Betreiber bei 3G aufgrund der großen Anzahl von Geräten ohne MIMO keine Eile, neue Technologien einzuführen. Tatsache ist, dass Geräte in einem MIMO 3G-Netzwerk viel langsamer arbeiten.

Selbstmontage der Antennen für das Modem

Die Regeln für die Installation von Antennen unterscheiden sich nicht von den üblichen. Die Hauptbedingung ist, dass sich zwischen dem Client und den Basisstationen keine Hindernisse befinden. Ein wachsender Baum, das Dach eines nahegelegenen Gebäudes oder noch schlimmer eine Stromleitung dienen als zuverlässige Abschirmung für elektromagnetische Wellen. Und je höher die Frequenz des Signals ist, desto größer wird die Dämpfung durch Hindernisse, die sich im Ausbreitungsweg der Funkwellen befinden.

Je nach Montageart kann die Antenne an einer Gebäudewand oder an einem Mast montiert werden. Es gibt zwei Arten von AntennenMIMO:

• Monoblock;
• distanziert.

Monoblock-Modelle enthalten im Inneren bereits zwei Strukturen, die mit der erforderlichen Polarisation installiert sind, und beabstandete bestehen aus zwei separat zu montierenden Antennen, die jeweils genau auf die Basisstation ausgerichtet werden müssen.

Alle Nuancen der Installation einer MIMO-Antenne mit Ihren eigenen Händen sind in der begleitenden Dokumentation klar und detailliert beschrieben eine gewisse Garantie für die geleistete Arbeit.

So bauen Sie eine Antenne selbst

Es gibt keine grundsätzlichen Schwierigkeiten bei der Eigenproduktion. Sie brauchen Fähigkeiten im Umgang mit Metall, die Fähigkeit, einen Lötkolben in den Händen zu halten, Lust und Genauigkeit.

Eine unabdingbare Voraussetzung ist die strikte Einhaltung der geometrischen Abmessungen aller ausnahmslos Einzelteile. Die geometrischen Abmessungen von Hochfrequenzgeräten müssen millimetergenau und genauer eingehalten werden. Jede Abweichung führt zu Leistungseinbußen. Der Gewinn sinkt, die Kopplung zwischen den MIMO-Antennen nimmt zu. Letztendlich wird anstelle einer Verstärkung des Signals eine Abschwächung beobachtet.

Leider sind genaue geometrische Abmessungen nicht weit verbreitet. Ausnahmsweise basieren die im Internet verfügbaren Materialien auf der Wiederholung einiger Fabrikdesigns, die nicht immer mit der angegebenen Genauigkeit kopiert werden. Daher sollte man keine großen Hoffnungen auf im Internet veröffentlichte Schemata, Beschreibungen und Methoden setzen.

Wenn andererseits kein extra starker Gewinn erforderlich ist, wird eine unabhängig hergestellte MIMO-Antenne unter Einhaltung der angegebenen Abmessungen immer noch einen zwar nicht großen, aber positiven Effekt erzielen.

Der Materialaufwand ist gering, der Zeitaufwand bei der Verfügbarkeit von Fähigkeiten ist auch nicht zu hoch. Darüber hinaus macht sich niemand die Mühe, mehrere Optionen zu testen und anhand der Testergebnisse eine akzeptable auszuwählen.

Um mit eigenen Händen eine 4G LTE MIMO Antenne zu bauen, benötigt man zwei absolut ebene Bleche aus verzinktem Stahl mit einer Dicke von 0,2-0,5 mm, besser einseitig folienkaschiertes Fiberglas. Eine der Platten wird zur Herstellung eines Reflektors (Reflektor) und die andere zur Herstellung aktiver Elemente verwendet. Das Kabel zum Anschluss an das Modem muss einen Widerstand von 50 Ohm haben (dies ist der Standard für Modemgeräte).

Ein TV-Kabel kann aus zwei Gründen nicht verwendet werden:

• eine Impedanz von 75 Ohm führt zu einer Fehlanpassung mit den Modemeingängen;
• tolle Dicke.

Sie müssen auch Anschlüsse auswählen, die genau mit den Anschlüssen am Modem übereinstimmen.

Wichtig! Bei Verwendung von folienkaschiertem Material muss der angegebene Abstand zwischen den Aktivelementen und dem Reflektor ab der Folienlage gemessen werden.

Außerdem benötigen Sie ein kleines Stück Kupferdraht mit einer Dicke von 1-1,2 mm.

Die hergestellte Struktur muss in einem Kunststoffkoffer untergebracht werden. Metall kann nicht verwendet werden, da die Antenne auf diese Weise von einer elektromagnetischen Abschirmung umgeben wird und nicht funktioniert.

Beachten Sie! Die meisten Zeichnungen beziehen sich nicht auf MIMO-Antennen, sondern auf Panel-Antennen. Äußerlich unterscheiden sie sich darin, dass ein Kabel an eine einfache Panel-Antenne angeschlossen wird und zwei für MIMO benötigt werden.

Nachdem Sie zwei Panel-Antennen hergestellt haben, können Sie eine beabstandete Version der MIMO 4G-Antenne mit Ihren eigenen Händen herstellen.

Zusammenfassend können wir sagen, dass die Herstellung einer MIMO-Antenne mit eigenen Händen keine sehr schwierige Angelegenheit ist. Mit der richtigen Pflege ist es durchaus möglich, ein funktionsfähiges Gerät zu erhalten, das etwas Geld spart. Es ist etwas einfacher, eine 3G-Antenne mit eigenen Händen herzustellen. In abgelegenen Gebieten, in denen noch keine LTE-Abdeckung verfügbar ist, ist dies möglicherweise die einzige Möglichkeit, Ihre Verbindungsgeschwindigkeit zu erhöhen.

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WiFi ist eine Marke für drahtlose Netzwerke basierend auf dem IEEE 802.11-Standard. Im Alltag bezeichnen drahtlose Nutzer den Begriff „WiFi-Technologie“ nicht als Warenzeichen, sondern nach dem Standard IEEE 802.11.

Mit der WiFi-Technologie können Sie ein Netzwerk bereitstellen, ohne ein Kabel zu verlegen, wodurch die Kosten für die Netzwerkbereitstellung reduziert werden. Da Kabel nicht verlegt werden können, beispielsweise im Freien und in Gebäuden mit historischem Wert, können sie über Funknetze versorgt werden.
Entgegen der landläufigen Meinung, dass WLAN „schädlich“ sei, ist die Strahlung von WLAN-Geräten zum Zeitpunkt der Datenübertragung zwei Größenordnungen (100-mal) geringer als die eines Mobiltelefons.

MIMO - (englisch Multiple Input Multiple Output) ist eine Datenübertragungstechnologie, die auf der Verwendung von Spatial Multiplexing für die gleichzeitige Übertragung mehrerer Informationsströme über einen Kanal sowie Mehrwegereflexion basiert, die die Lieferung jedes Informationsbits an die geeigneten Empfänger mit geringer Wahrscheinlichkeit von Störungen und Datenverlust.

Lösung des Problems der Erhöhung der Bandbreite

Mit der intensiven Entwicklung einiger Hochtechnologien steigen die Anforderungen an andere. Dieses Prinzip wirkt sich auch direkt auf Kommunikationssysteme aus. Eines der dringendsten Probleme in modernen Kommunikationssystemen ist die Notwendigkeit, die Bandbreite und Datenübertragungsrate zu erhöhen. Es gibt zwei traditionelle Möglichkeiten, die Bandbreite durch Erweitern der Bandbreite und Erhöhen der abgestrahlten Leistung zu erhöhen.
Aufgrund der Anforderungen an die biologische und elektromagnetische Verträglichkeit sind jedoch der Erhöhung der Strahlungsleistung und der Erweiterung des Frequenzbandes Beschränkungen auferlegt. Bei solchen Einschränkungen zwingt uns das Problem der fehlenden Bandbreite und Datenübertragungsrate, nach neuen effektiven Methoden zu suchen, um es zu lösen. Eine der effektivsten Methoden ist die Verwendung adaptiver Antennenarrays mit schwach korrelierten Antennenelementen. Die MIMO-Technologie basiert auf diesem Prinzip. Kommunikationssysteme, die diese Technologie verwenden, werden MIMO-Systeme (Multiple Input Multiple Output) genannt.

Der WiFi 802.11n-Standard ist eines der markantesten Beispiele für den Einsatz der MIMO-Technologie. Ihm zufolge können Sie damit Geschwindigkeiten von bis zu 300 Mbit / s beibehalten. Zudem erlaubte der bisherige Standard 802.11g nur die Bereitstellung von 50 Mbit/s. Neben der Erhöhung der Datenübertragungsrate ermöglicht der neue Standard dank MIMO auch eine bessere Servicequalität an Orten mit geringen Signalpegeln. 802.11n wird nicht nur in Point / Multipoint-Systemen verwendet - der bekanntesten Nische für die Verwendung der WiFi-Technologie zum Organisieren eines LAN (Local Area Network), sondern auch zum Organisieren von Punkt / Punkt-Verbindungen, die verwendet werden, um Trunk-Kommunikationskanäle mit einer Geschwindigkeit von . zu organisieren mehrere Hundert Mbit/s und ermöglicht eine Datenübertragung über Dutzende von Kilometern (bis zu 50 km).

Der WiMAX-Standard hat auch zwei Releases, die Benutzern, die die MIMO-Technologie verwenden, neue Möglichkeiten eröffnen. Der erste, 802.16e, bietet mobile Breitbanddienste. Es ermöglicht Ihnen, Informationen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 40 Mbit / s in Richtung von der Basisstation zum Teilnehmergerät zu übertragen. MIMO in 802.16e gilt jedoch als Option und wird in der einfachsten Konfiguration verwendet - 2x2. In der nächsten Version gilt 802,16 m MIMO als obligatorische Technologie mit einer möglichen 4x4-Konfiguration. In diesem Fall ist WiMAX bereits den zellularen Kommunikationssystemen zuzuordnen, nämlich deren vierten Generation (aufgrund der hohen Datenübertragungsrate), da hat eine Reihe von Funktionen, die Mobilfunknetzen inhärent sind: Roaming, Handover, Sprachverbindungen. Bei mobiler Nutzung kann theoretisch eine Geschwindigkeit von 100 Mbit/s erreicht werden. In einer festen Version kann die Geschwindigkeit 1 Gbit / s erreichen.

Von größtem Interesse ist die Verwendung der MIMO-Technologie in zellularen Kommunikationssystemen. Diese Technologie wird seit der dritten Generation von zellularen Kommunikationssystemen verwendet. Beispielsweise im UMTS-Standard, in rel. 6, wird es in Verbindung mit der HSPA-Technologie verwendet, die Geschwindigkeiten von bis zu 20 Mbit/s unterstützt, und in rel. 7 - mit HSPA +, wo die Datenübertragungsraten 40 Mbit/s erreichen. In 3G-Systemen hat MIMO jedoch keine weit verbreitete Verwendung gefunden.

Systeme, nämlich LTE, sehen auch die Verwendung von MIMO in Konfigurationen bis zu 8x8 vor. Theoretisch kann dies es ermöglichen, Daten von einer Basisstation zu einem Teilnehmer mit mehr als 300 Mbit/s zu übertragen. Ebenfalls ein wichtiger positiver Punkt ist die gleichbleibende Qualität der Verbindung auch am Wabenrand. In diesem Fall ist selbst bei großer Entfernung von der Basisstation oder in einem abgelegenen Raum nur eine geringfügige Abnahme der Datenübertragungsrate zu beobachten.

An den Fingern über MIMO.

Stellen wir uns vor, Informationen sind Menschen, und das Modem und die Basisstation des Betreibers sind zwei Städte, zwischen denen ein Pfad verlegt ist, und die Antenne ist eine Station. Wir werden Menschen mit der Bahn befördern, die zum Beispiel nicht mehr als hundert Personen befördern kann. Die Kapazität zwischen diesen Städten wird begrenzt sein, weil der Zug kann nur hundert Personen gleichzeitig befördern.

Damit 200 Menschen gleichzeitig in einer anderen Stadt ankommen können, wird zwischen den Städten ein zweites Gleis gebaut und gleichzeitig mit dem ersten ein zweiter Zug in Betrieb genommen, wodurch sich der Personenstrom verdoppelt. Die MIMO-Technologie funktioniert genau so, wir verdoppeln lediglich die Anzahl der Threads. Die Anzahl der Streams wird durch den MIMO-Standard bestimmt, zwei Streams - MIMO 2x2, vier Streams - MIMO 4x4 usw. Für die Datenübertragung über das Internet, sei es 4G LTE oder WiFi, wird heute in der Regel der MIMO 2x2-Standard verwendet. Um einen Dualstream gleichzeitig zu empfangen, benötigen Sie zwei konventionelle Antennen oder analog zwei Stationen oder, um Geld zu sparen, eine MIMO-Antenne, als wäre es eine Station mit zwei Bahnsteigen. Das heißt, eine MIMO-Antenne besteht aus zwei Antennen in einer.

Eine Panel-MIMO-Antenne kann buchstäblich zwei Sätze von Strahlungselementen haben ( "Flecken") in einem Fall ( zum Beispiel arbeiten vier Patches in vertikaler Polarisation, die anderen vier in horizontaler Polarisation, insgesamt also acht Patches). Jedes Set ist mit einer anderen Buchse verbunden.

Und es kann einen Satz von Patches haben, aber eine Stromversorgung mit zwei Anschlüssen (orthogonal), so dass die Antennenelemente mit einer Phasenverschiebung von 90 Grad gespeist werden und dann jedes Patch gleichzeitig in vertikaler und horizontaler Polarisation arbeitet.

In diesem Fall wird ein Satz Patches gleichzeitig an zwei Buchsen angeschlossen, dies sind die MIMO-Antennen, die in unserem Online-Shop verkauft werden.

Mehr Details

Die mobile Übertragung von LTE-Digitalstreams steht in direktem Zusammenhang mit neuen 4G-Entwicklungen. Wenn Sie ein 3G-Netzwerk zur Analyse nehmen, können Sie feststellen, dass seine Datenübertragungsrate 11-mal geringer ist als die von 4G. Trotzdem ist die Geschwindigkeit sowohl beim Empfangen als auch beim Senden von LTE-Daten oft von schlechter Qualität. Dies liegt an einem Mangel an Leistung oder Signalpegel, den das 4G LTE-Modem von der Station empfängt. Um die Qualität der Informationsverbreitung deutlich zu verbessern, werden 4G MIMO-Antennen eingeführt.

Die modifizierten Antennen haben im Vergleich zu herkömmlichen Datenverteilungssystemen eine andere Senderschaltung. Zum Beispiel wird ein digitaler Stromteiler benötigt, um Informationen in Ströme mit niedriger Rate zu verteilen, deren Anzahl von der Anzahl der Antennen abhängt. Wenn die Geschwindigkeit des eingehenden Streams etwa 200 Megabit pro Sekunde beträgt, werden zwei Streams erstellt - beide mit 100 Megabit pro Sekunde. Jeder Stream muss über eine separate Antenne ausgestrahlt werden. Die Polarisation der von jeder der beiden Antennen gesendeten Funkwelle ist unterschiedlich, um die Daten während des Empfangs zu dekodieren. Das Empfangsgerät muss zur Aufrechterhaltung der Datenübertragungsrate auch zwei Empfangsantennen in unterschiedlichen Polarisationen aufweisen.

Die Vorteile von MIMO

MIMO ist die gleichzeitige Verteilung mehrerer Informationsströme über nur einen Kanal, gefolgt von ihrem Durchgang durch ein Paar oder mehrere Antennen, bevor sie unabhängige Empfangsgeräte zum Senden von Funkwellen erreichen. Dadurch können Sie den Signaldurchsatz deutlich verbessern, ohne auf eine Bandbreitenerweiterung zurückgreifen zu müssen.

Beim Senden von Radiowellen friert der digitale Stream im Radiokanal selektiv ein. Dies kann bemerkt werden, wenn Sie von städtischen mehrstöckigen Gebäuden umgeben sind, sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen oder sich von einem Gebiet entfernen, das von Funkwellen abgedeckt werden kann. Um dieses Problem zu beseitigen, wurde eine MIMO-Antenne entwickelt, die in der Lage ist, Informationen mit geringer Latenz über mehrere Kanäle zu übertragen. Die Informationen werden vorkodiert und dann auf der Empfangsseite rekonstruiert. Dadurch wird nicht nur die Geschwindigkeit der Datenverteilung erhöht, sondern auch die Signalqualität deutlich verbessert.

Nach ihren Konstruktionsmerkmalen werden LTE-Antennen in gewöhnliche und aus zwei Transceiver-Geräten (MIMO) bestehende unterteilt. Ein herkömmliches Signalausbreitungssystem kann eine Geschwindigkeit von nicht mehr als 50 Megabit pro Sekunde erreichen. MIMO bietet die Möglichkeit, die Übertragungsgeschwindigkeit des Signals um mehr als das Doppelte zu erhöhen. Dies wird erreicht, indem mehrere Antennen gleichzeitig in der Box installiert werden, die sich in geringem Abstand voneinander befinden.

Der gleichzeitige Empfang und die Verteilung eines digitalen Streams durch Antennen an den Empfänger erfolgt über zwei unabhängige Kabel. Dadurch können Sie die Geschwindigkeitsparameter deutlich erhöhen. MIMO wurde erfolgreich in drahtlosen Systemen wie WiFi sowie in Mobilfunknetzen und WiMAX eingesetzt. Die Verwendung dieser Technologie, die in der Regel über zwei Eingänge und zwei Ausgänge verfügt, ermöglicht es, die spektralen Qualitäten von WiFi, WiMAX, 4G / LTE und anderen Systemen zu verbessern, um die Informationsübertragungsrate und die Datenflusskapazität zu erhöhen. Die aufgeführten Vorteile werden durch die Übertragung der Daten von der 4G MIMO Antenne zum Empfänger über mehrere Funkverbindungen erreicht. Daher der Name dieser Technologie (Multiple Input Multiple Output – multipler Input und multipler Output).

. Wo MIMO angewendet wird

MIMO gewann schnell an Popularität, indem die Kapazität und Bandbreite von Datenübertragungsprotokollen wie WiFi erhöht wurde. Wir können WiFi 802.11n als den beliebtesten MIMO-Anwendungsfall nehmen. Dank der MIMO-Kommunikationstechnologie in diesem WiFi-Protokoll ist es möglich, eine Geschwindigkeit von mehr als 300 Megabit pro Sekunde zu entwickeln.

Neben der beschleunigten Übertragung von Informationsströmen hat das Funknetz dank MIMO auch an Orten mit eher geringem Empfangssignalpegel verbesserte Eigenschaften in Bezug auf die Datenübertragungsqualität erhalten. Dank der neuen Technologie ist WiMAX in der Lage, Daten mit einer Geschwindigkeit von bis zu 40 Megabit pro Sekunde zu übertragen.

Im 4G (LTE) Standard kann MIMO mit einer Konfiguration bis zu 8x8 verwendet werden. Theoretisch wird es damit möglich sein, den digitalen Stream vom Hauptbahnhof zum Receiver mit einer Geschwindigkeit von mehr als 300 Megabit pro Sekunde zu übertragen. Ein weiterer attraktiver Punkt beim Einsatz des neuen Systems ist eine hochwertige und stabile Verbindung, die auch am Zellenrand beobachtet wird.

Dies bedeutet, dass selbst in großer Entfernung vom Bahnhof sowie in einem Raum mit dicken Wänden nur eine geringfügige Abnahme der Geschwindigkeitscharakteristik bemerkt wird. MIMO kann auf fast jedes drahtlose Kommunikationssystem angewendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass das Potenzial dieses Systems unerschöpflich ist.

Suchen unermüdlich nach Möglichkeiten, neue MIMO-Antennenkonfigurationen zu entwickeln, zum Beispiel bis zu 64x64. Auf diese Weise wird es in naher Zukunft möglich sein, die Effizienz von Spektralindikatoren weiter zu verbessern, die Kapazität von Netzen und den Wert der Geschwindigkeit der Informationsübertragung zu erhöhen.

Wir leben im Zeitalter der digitalen Revolution, lieber Anonymer. Wir hatten keine Zeit, uns an neue Technik zu gewöhnen, uns wird schon von allen Seiten noch neuer und fortschrittlicher angeboten. Und während wir in Überlegungen schmachten, ob uns diese Technologie wirklich zu schnellerem Internet verhelfen wird oder wir einfach mal wieder ums Geld betrogen werden, entwickeln die Designer eine noch neuere Technologie, die die jetzige in nur 2 Jahren ablösen wird. Dies gilt auch für die MIMO-Antennentechnologie.

Was ist diese Technologie - MIMO? Mehrfacheingabe Mehrfachausgabe - Mehrfacheingabe Mehrfachausgabe. Zunächst einmal ist die MIMO-Technologie eine komplexe Lösung und gilt nicht nur für Antennen. Zum besseren Verständnis dieser Tatsache lohnt sich ein kleiner Exkurs in die Entwicklungsgeschichte des Mobilfunks. Die Entwickler stehen vor der Aufgabe, eine größere Menge an Informationen pro Zeiteinheit zu übertragen, d.h. Geschwindigkeit erhöhen. In Analogie zu einem Wasserversorgungssystem - um dem Benutzer eine größere Wassermenge pro Zeiteinheit zu liefern. Dies können wir tun, indem wir den "Rohrdurchmesser" erhöhen oder analog die Kommunikationsbandbreite erweitern. Der GSM-Standard war zunächst auf den Sprachverkehr zugeschnitten und hatte eine Kanalbreite von 0,2 MHz. Das war genug. Außerdem besteht das Problem der Bereitstellung eines Mehrbenutzerzugriffs. Es kann gelöst werden, indem die Teilnehmer nach Frequenz (FDMA) oder nach Zeit (TDMA) geteilt werden. GSM verwendet beide Methoden gleichzeitig. Dadurch haben wir ein Gleichgewicht zwischen der maximal möglichen Teilnehmerzahl im Netz und der minimal möglichen Bandbreite für den Sprachverkehr. Mit der Entwicklung des mobilen Internets ist diese Mindestbandbreite zu einem Hindernis für Geschwindigkeitsgewinne geworden. Zwei auf der GSM-Plattform basierende Technologien – GPRS und EDGE – haben eine maximale Geschwindigkeit von 384 kbit/s erreicht. Um die Geschwindigkeit weiter zu steigern, war es notwendig, gleichzeitig die Bandbreite für den Internetverkehr möglichst über die GSM-Infrastruktur zu erweitern. Als Ergebnis wurde der UMTS-Standard entwickelt. Der wesentliche Unterschied besteht hier in der Erweiterung der Bandbreite auf bis zu 5 MHz auf einmal und zur Sicherstellung des Multi-User-Zugangs – dem Einsatz der CDMA-Code-Access-Technologie, bei der mehrere Teilnehmer gleichzeitig in einem Frequenzkanal arbeiten. Diese Technologie wurde W-CDMA genannt, um zu betonen, dass sie in einer großen Bandbreite arbeitet. Dieses System wurde als System der dritten Generation - 3G - bezeichnet, ist aber gleichzeitig ein Überbau über GSM. Wir haben also eine breite "Pipe" bei 5 MHz bekommen, die es uns ermöglichte, die Geschwindigkeit zunächst auf 2 Mbit / s zu erhöhen.

Wie sonst können wir die Geschwindigkeit erhöhen, wenn wir nicht die Möglichkeit haben, den "Rohrdurchmesser" weiter zu erhöhen? Wir können den Fluss in mehrere Teile parallelisieren, jeden Teil in einem separaten kleinen Rohr führen und dann diese separaten Flüsse auf der Empfängerseite zu einem breiten Fluss zusammenfügen. Außerdem hängt die Geschwindigkeit von der Wahrscheinlichkeit von Kanalfehlern ab. Durch Reduzierung dieser Wahrscheinlichkeit durch redundante Codierung, Vorwärtsfehlerkorrektur und ausgefeiltere Funkmodulationstechniken können wir auch die Rate erhöhen. Alle diese Entwicklungen (zusammen mit dem Ausbau der „Pipe“ durch Erhöhung der Trägeranzahl pro Kanal) wurden konsequent in die Weiterentwicklung des UMTS-Standards umgesetzt und erhielten den Namen HSPA. Dies ist kein Ersatz für W-CDMA, sondern ein weiches + hartes Upgrade dieser Hauptplattform.

Das internationale 3GPP-Konsortium entwickelt Standards für 3G. Die Tabelle fasst einige der Funktionen verschiedener Versionen dieses Standards zusammen:

Die 4G LTE-Technologie ist neben der Abwärtskompatibilität mit 3G-Netzen, die es ihr ermöglichte, sich gegenüber WiMAX durchzusetzen, in der Lage, in Zukunft noch höhere Geschwindigkeiten von bis zu 1 Gbit / s und höher zu entwickeln. Es verwendet noch fortschrittlichere Technologien zur Übertragung des digitalen Stroms an die Funkschnittstelle, beispielsweise die OFDM-Modulation, die sich sehr gut in die MIMO-Technologie integrieren lässt.

Was genau ist MIMO? Durch die Parallelisierung des Flusses in mehrere Kanäle können Sie diese auf unterschiedliche Weise über mehrere Antennen „durch die Luft“ senden und mit denselben unabhängigen Antennen auf der Empfangsseite empfangen. Somit erhalten wir mehrere unabhängige "Pipes" über die Funkschnittstelle. ohne die Streifen zu verbreitern... Das ist die Hauptidee MIMO. Wenn sich Funkwellen im Funkkanal ausbreiten, wird selektives Fading beobachtet. Dies macht sich besonders in dicht besiedelten Stadtgebieten bemerkbar, wenn der Teilnehmer unterwegs ist oder sich am Rand des Versorgungsgebiets der Zelle befindet. Das Einblenden in jeder räumlichen "Röhre" tritt nicht gleichzeitig auf. Wenn wir also die gleichen Informationen mit einer kleinen Verzögerung über zwei MIMO-Kanäle übertragen, nachdem wir ihnen zuvor einen speziellen Code auferlegt haben (Alamuti-Methode, Überlagerung eines magischen Quadrats), können wir die verlorenen Symbole auf der Empfangsseite wiederherstellen, was äquivalent ist zur Verbesserung des Signals / Rauschens auf 10-12 dB. Dadurch führt diese Technologie wiederum zu einer Geschwindigkeitssteigerung. Tatsächlich ist dies eine seit langem bekannte Diversity-Technik (Rx Diversity), die organisch in die MIMO-Technologie integriert ist.

Letztendlich müssen wir verstehen, dass MIMO sowohl auf der Basis als auch auf unserem Modem unterstützt werden muss. Normalerweise beträgt die Anzahl der MIMO-Kanäle bei 4G ein Vielfaches von zwei - 2, 4, 8 (in Wi-Fi-Systemen hat sich das 3x3-Dreikanalsystem verbreitet) und es wird empfohlen, dass ihre Anzahl sowohl auf der Basis als auch auf der Basis übereinstimmt das Modem. Um diese Tatsache zu beheben, wird MIMO mit den Kanälen Empfang * Übertragung - 2x2 MIMO, 4x4 MIMO usw. Bisher beschäftigen wir uns hauptsächlich mit 2x2 MIMO.

Welche Antennen werden in der MIMO-Technologie verwendet? Dies sind gewöhnliche Antennen, es sollten nur zwei sein (für 2x2 MIMO). Zur Kanaltrennung wird orthogonale, sogenannte X-Polarisation verwendet. In diesem Fall ist die Polarisation jeder Antenne relativ zur Vertikalen um 45° und relativ zueinander um 90° verschoben. Durch diesen Polarisationswinkel sind beide Kanäle gleichgestellt, da bei der horizontalen / vertikalen Ausrichtung der Antennen einer der Kanäle durch den Einfluss der Erdoberfläche zwangsläufig stärker gedämpft würde. Gleichzeitig ermöglicht es die 90° Polarisationsverschiebung zwischen den Antennen, die Kanäle um mindestens 18-20 dB voneinander zu entkoppeln.

Für MIMO benötigen Sie und ich ein Modem mit zwei Antenneneingängen und zwei Antennen auf dem Dach. Es bleibt jedoch die Frage, ob diese Technologie auf der Basisstation unterstützt wird. In den Standards 4G LTE und WiMAX ist eine solche Unterstützung sowohl auf der Seite der Teilnehmergeräte als auch auf der Basis verfügbar. Im 3G-Netz ist nicht alles so einfach. Es gibt bereits tausende Geräte im Netzwerk, die MIMO nicht unterstützen, bei denen die Einführung dieser Technologie den gegenteiligen Effekt hat – die Netzwerkbandbreite sinkt. Daher haben es die Betreiber nicht eilig, MIMO überall in 3G-Netzen zu implementieren. Damit die Basis den Teilnehmern eine hohe Geschwindigkeit bieten kann, muss sie selbst über einen guten Transport verfügen, d. h. daran muss ein "dickes Rohr" angeschlossen werden, am besten Lichtwellenleiter, was auch nicht immer der Fall ist. Daher befindet sich die MIMO-Technologie in 3G-Netzen derzeit in der Entstehungs- und Entwicklungsphase, wird sowohl von Betreibern als auch von Benutzern getestet, und letztere sind nicht immer erfolgreich. Daher kann man sich nur in 4G-Netzen auf MIMO-Antennen verlassen. Am Rand des Abdeckungsbereichs der Zelle können High-Gain-Antennen verwendet werden, beispielsweise Reflektorantennen, für die bereits MIMO-Feeds auf dem Markt erhältlich sind.

In WLAN-Netzwerken ist die MIMO-Technologie in den Standards IEEE 802.11n und IEEE 802.11ac fest verankert und wird bereits von vielen Geräten unterstützt. Während wir die Ankunft der 2x2-MIMO-Technologie in 3G-4G-Netzwerken sehen, sitzen die Entwickler nicht still. 64x64-MIMO-Technologien werden bereits mit intelligenten Antennen mit adaptivem Strahlungsdiagramm entwickelt. Jene. wenn wir uns vom sofa in einen sessel bewegen oder in die küche gehen, wird unser tablet dies bemerken und die richtcharakteristik der eingebauten antenne in die richtige richtung lenken. Wird jemand diese Site zu dieser Zeit brauchen?

9. April 2014

Einmal verschwand die IR-Verbindung leise und unmerklich, dann nutzten sie Bluetooth nicht mehr für den Datenaustausch. Und jetzt ist WLAN an der Reihe ...

Es wurde ein Mehrbenutzersystem mit mehreren Ein- und Ausgängen entwickelt, das es dem Netzwerk ermöglicht, mit mehr als einem Computer gleichzeitig zu kommunizieren. Die Macher behaupten, dass der Wechselkurs durch die Verwendung desselben für Wi-Fi zugewiesenen Funkwellenbands verdreifacht werden kann.

Qualcomm Atheros hat ein Multi-User-Multi-Input/Output-System (MU-MIMO-Protokoll) entwickelt, das es dem Netzwerk ermöglicht, mit mehr als einem Computer gleichzeitig zu kommunizieren. Das Unternehmen plant, in den nächsten Monaten mit der Demonstration der Technologie zu beginnen, bevor sie Anfang nächsten Jahres an Kunden ausgeliefert wird.

Um diesen hohen Wechselkurs zu erreichen, müssen Benutzer jedoch sowohl ihre Computer als auch ihre Netzwerkrouter aufrüsten.

Mit dem Wi-Fi-Protokoll werden Clients sequentiell bedient – ​​während eines bestimmten Zeitintervalls wird nur ein Gerät zum Senden und Empfangen von Informationen verwendet – sodass nur ein kleiner Teil der Netzwerkbandbreite genutzt wird.

Die Anhäufung dieser sequentiellen Ereignisse führt zu einem Rückgang des Wechselkurses, da sich immer mehr Geräte mit dem Netzwerk verbinden.

Das MU-MIMO-Protokoll (Multi-User, Multiple Input, Multiple Output) ermöglicht die gleichzeitige Übertragung von Informationen an eine Gruppe von Clients, wodurch die verfügbare Bandbreite des Wi-Fi-Netzwerks effizienter genutzt und dadurch die Übertragung beschleunigt wird.

Qualcomm glaubt, dass solche Funktionen in Kongresszentren und Internetcafés besonders nützlich sein werden, wenn mehrere Benutzer mit demselben Netzwerk verbunden sind.

Nach Ansicht des Unternehmens geht es dabei nicht nur um die Erhöhung der absoluten Geschwindigkeit, sondern auch um eine effizientere Nutzung des Netzwerks und der Sendezeit, um die wachsende Zahl vernetzter Geräte, Dienste und Anwendungen zu unterstützen.

MU-Mimo-Chips Qualcomm wird an Hersteller von Routern, Access Points, Smartphones, Tablets und anderen Geräten mit Wi-Fi-Unterstützung verkaufen. Die ersten Chips werden mit vier Datenströmen gleichzeitig arbeiten können; Unterstützung für die Technologie wird in den Atheros 802.11ac-Chips und den mobilen Prozessoren Snapdragon 805 und 801 enthalten sein.Die Demonstration der Technologie wird dieses Jahr stattfinden, wobei die ersten Chiplieferungen für das erste Quartal nächsten Jahres geplant sind.

Nun, wer sich nun näher mit dieser Technologie befassen möchte, wir machen weiter ...

MIMO Multiple Input Multiple Output (Multiple Input Multiple Output) ist eine Technologie, die in drahtlosen Kommunikationssystemen (WIFI, WI-MAX, Mobilfunknetze) verwendet wird und die spektrale Effizienz des Systems, die maximale Datenübertragungsrate und die Netzwerkkapazität erheblich verbessern kann. Der Hauptweg, um die oben genannten Vorteile zu erreichen, besteht darin, Daten über mehrere Funkverbindungen von der Quelle zum Ziel zu übertragen, woher diese Technologie ihren Namen hat. Betrachten wir den Hintergrund dieses Problems und identifizieren Sie die Hauptgründe für die weit verbreitete Verwendung der MIMO-Technologie.

Der Bedarf an Hochgeschwindigkeitsverbindungen, die eine hohe Dienstgüte (QoS) mit hoher Verfügbarkeit bieten, wächst von Jahr zu Jahr. Dies wird weitgehend durch das Aufkommen von Diensten wie VoIP (Voice over Internet Protocol), Videokonferenzen, VoD (Video on Demand) usw. erleichtert Abdeckungsbereich. In zellularen und anderen drahtlosen Kommunikationssystemen sinken die Qualität der Verbindung sowie die verfügbare Datenrate mit der Entfernung von der Basisstation (BTS). Gleichzeitig nimmt auch die Qualität der Dienste ab, was letztendlich dazu führt, dass es unmöglich ist, Echtzeitdienste mit hoher Qualität im gesamten Gebiet der Funkabdeckung des Netzes bereitzustellen. Um dieses Problem zu lösen, können Sie versuchen, Basisstationen so dicht wie möglich zu installieren und die interne Abdeckung an allen Orten mit niedrigem Signalpegel zu organisieren. Dies wird jedoch erhebliche finanzielle Kosten erfordern, die letztendlich zu einer Erhöhung der Kosten des Dienstes und einer Verringerung der Wettbewerbsfähigkeit führen. Um dieses Problem zu lösen, bedarf es also einer originellen Innovation, die möglichst den aktuellen Frequenzbereich nutzt und den Bau neuer Netzanlagen nicht erfordert.

Merkmale der Ausbreitung von Funkwellen

Um die Prinzipien der MIMO-Technologie zu verstehen, ist es notwendig, die allgemeinen Prinzipien der Ausbreitung von Funkwellen im Weltraum zu berücksichtigen. Wellen, die von verschiedenen drahtlosen Funksystemen im Bereich über 100 MHz ausgesendet werden, verhalten sich in vielerlei Hinsicht wie Lichtstrahlen. Wenn Funkwellen bei ihrer Ausbreitung auf eine beliebige Oberfläche treffen, wird je nach Material und Größe des Hindernisses ein Teil der Energie absorbiert, ein Teil durchgelassen und der Rest reflektiert. Das Verhältnis der Anteile von absorbierten, reflektierten und durchgelassenen Energieanteilen wird von vielen äußeren Faktoren beeinflusst, einschließlich der Frequenz des Signals. Außerdem können die reflektierten und durchgelassenen Signalenergien die Richtung ihrer weiteren Ausbreitung ändern, und das Signal selbst wird in mehrere Wellen aufgespalten.

Das sich nach den obigen Gesetzen ausbreitende Signal von der Quelle zum Empfänger zerfällt nach zahlreichen Hindernissen in viele Wellen, von denen nur ein Teil den Empfänger erreicht. Jede der den Empfänger erreichenden Wellen bildet den sogenannten Signalausbreitungspfad. Aufgrund der Tatsache, dass unterschiedliche Wellen von einer unterschiedlichen Anzahl von Hindernissen reflektiert werden und unterschiedliche Entfernungen zurücklegen, haben unterschiedliche Wege unterschiedliche Zeitverzögerungen.

In einem dichten Stadtgebäude tritt aufgrund einer großen Anzahl von Hindernissen wie Gebäuden, Bäumen, Autos usw. häufig eine Situation auf, in der keine Sichtverbindung zwischen den Antennen der Teilnehmerausrüstung (MS) und der Basisstation (BTS) besteht . In diesem Fall sind reflektierte Wellen die einzige Möglichkeit, das Empfängersignal zu erreichen. Jedoch hat, wie oben erwähnt, das mehrfach reflektierte Signal nicht mehr die anfängliche Energie und kann mit einer Verzögerung kommen. Besonders schwierig ist die Tatsache, dass Objekte nicht immer stationär bleiben und sich die Situation im Laufe der Zeit stark ändern kann. Dies wirft das Problem der Mehrwegesignalausbreitung auf – eines der bedeutendsten Probleme in drahtlosen Kommunikationssystemen.

Mehrwegeausbreitung - Problem oder Vorteil?

Mehrere verschiedene Lösungen werden verwendet, um Mehrwegesignale zu bekämpfen. Eine der gängigsten Technologien ist Receive Diversity. Sein Wesen liegt darin, dass nicht eine, sondern mehrere Antennen (normalerweise zwei, seltener vier), die sich im Abstand voneinander befinden, zum Empfang eines Signals verwendet werden. Somit hat der Empfänger nicht eine, sondern zwei Kopien des übertragenen Signals, die auf unterschiedliche Weise kamen. Dadurch ist es möglich, mehr Energie des ursprünglichen Signals zu sammeln, weil Wellen, die von einer Antenne empfangen werden, können von einer anderen nicht empfangen werden und umgekehrt. Außerdem können Signale, die in einer Antenne gegenphasig ankommen, mit einer anderen phasengleich ankommen. Dieses Funkschnittstellenschema kann im Gegensatz zum Standardschema Single Input Single Output (SISO) als Single Input Multiple Output (SIMO) bezeichnet werden. Der umgekehrte Ansatz kann auch angewendet werden: wenn mehrere Antennen zum Senden und eine zum Empfangen verwendet werden. Dies erhöht auch die Gesamtenergie des vom Empfänger empfangenen Originalsignals. Diese Schaltung wird als Multiple Input Single Output (MISO) bezeichnet. In beiden Schemata (SIMO und MISO) werden mehrere Antennen seitlich an der Basisstation installiert, da Es ist schwierig, Antennen-Diversity in einem mobilen Gerät über eine ausreichend lange Distanz zu implementieren, ohne die Größe des Endgeräts selbst zu erhöhen.

Als Ergebnis weiterer Überlegungen kommen wir zum Multiple Input Multiple Output (MIMO)-Schema. In diesem Fall werden mehrere Sende- und Empfangsantennen installiert. Im Gegensatz zu den obigen Schemata ermöglicht dieses Diversity-Schema jedoch nicht nur, die Mehrwegeausbreitung des Signals zu bekämpfen, sondern auch einige zusätzliche Vorteile zu erzielen. Durch die Verwendung mehrerer Sende- und Empfangsantennen kann jedem Sende-/Empfangsantennenpaar ein separater Pfad zum Senden von Informationen zugeordnet werden. In diesem Fall wird der Diversity-Empfang von den verbleibenden Antennen durchgeführt und diese Antenne fungiert auch als zusätzliche Antenne für andere Übertragungswege. Dadurch ist es theoretisch möglich, die Datenrate um ein Vielfaches der Anzahl zusätzlicher Antennen zu erhöhen. Jedoch wird durch die Qualität jedes Funkweges eine bedeutende Einschränkung auferlegt.

So funktioniert MIMO

Wie oben erwähnt, ist es für die Organisation der MIMO-Technologie erforderlich, mehrere Antennen auf der Sende- und Empfangsseite zu installieren. Am Eingang und Ausgang des Systems werden in der Regel gleich viele Antennen installiert, da in diesem Fall wird die maximale Baudrate erreicht. Um die Anzahl der Sende- und Empfangsantennen darzustellen, wird neben dem Namen der MIMO-Technologie meist die Bezeichnung „AxB“ genannt, wobei A die Anzahl der Antennen am Eingang des Systems und B am Ausgang ist. Unter System versteht man in diesem Fall eine Funkverbindung.

Damit die MIMO-Technologie funktioniert, sind im Vergleich zu herkömmlichen Systemen einige Änderungen in der Senderstruktur erforderlich. Betrachten wir nur eine der möglichen und einfachsten Möglichkeiten, die MIMO-Technologie zu organisieren. Zunächst wird auf der Sendeseite ein Stromteiler benötigt, der die zur Übertragung vorgesehenen Daten in mehrere langsame Teilströme aufteilt, deren Anzahl von der Anzahl der Antennen abhängt. Bei MIMO 4x4 und einer Eingangsdatenrate von 200 Mbit/s erzeugt der Teiler beispielsweise 4 Streams mit jeweils 50 Mbit/s. Außerdem muss jeder dieser Ströme über seine eigene Antenne übertragen werden. Typischerweise sind Sendeantennen beabstandet, um so viele Störsignale wie möglich bereitzustellen, die aus Mehrfachreflexionen resultieren. Bei einer Möglichkeit, die MIMO-Technologie zu organisieren, wird das Signal von jeder Antenne mit unterschiedlichen Polarisationen gesendet, wodurch es beim Empfang identifiziert werden kann. Im einfachsten Fall stellt sich jedoch heraus, dass jedes der übertragenen Signale durch das Übertragungsmedium selbst markiert ist (Zeitverzögerung, Dämpfung und andere Verzerrungen).

Auf der Empfangsseite empfangen mehrere Antennen das Signal des Funkgeräts. Darüber hinaus sind die Antennen auf der Empfangsseite auch mit einer gewissen räumlichen Diversität installiert, wodurch der zuvor diskutierte Diversity-Empfang bereitgestellt wird. Die empfangenen Signale gehen an Empfänger, deren Anzahl der Anzahl der Antennen und Übertragungswege entspricht. Darüber hinaus empfängt jeder der Empfänger Signale von allen Antennen des Systems. Jeder dieser Addierer trennt vom Gesamtfluss nur die Signalenergie des Pfades ab, für den er verantwortlich ist. Er tut dies entweder durch ein vorbestimmtes Merkmal, mit dem jedes der Signale ausgestattet war, oder durch Analysieren der Verzögerung, Dämpfung, Phasenverschiebung, d.h. eine Reihe von Verzerrungen oder ein "Fingerabdruck" des Verbreitungsmediums. Je nach Funktionsprinzip des Systems (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST, Selective Per Antenna Rate Control (SPARC) etc.) kann das gesendete Signal nach einer gewissen Zeit wiederholt oder mit leichter Verzögerung durch andere Antennen.

In einem MIMO-System kann ein ungewöhnliches Phänomen auftreten, dass die Datenrate in einem MIMO-System abnehmen kann, wenn eine Sichtlinie zwischen der Quelle und dem Empfänger des Signals besteht. Dies ist in erster Linie auf eine Abnahme der Schwere der Verzerrungen im umgebenden Raum zurückzuführen, die jedes der Signale markiert. Dadurch wird es auf der Empfangsseite problematisch, die Signale zu trennen und sie beginnen sich gegenseitig zu beeinflussen. Je höher also die Qualität der Funkverbindung ist, desto weniger profitieren Sie von MIMO.

Mehrbenutzer-MIMO (MU-MIMO)

Das oben betrachtete Prinzip der Funkkommunikation bezieht sich auf das sogenannte Single User MIMO (SU-MIMO), bei dem es nur einen Sender und Empfänger von Informationen gibt. In diesem Fall können sowohl Sender als auch Empfänger ihre Aktionen klar koordinieren und gleichzeitig gibt es keinen Überraschungsfaktor, wenn neue Benutzer in der Luft erscheinen. Ein solches Schema eignet sich gut für kleine Systeme, beispielsweise zum Organisieren der Kommunikation in einem Heimbüro zwischen zwei Geräten. Die meisten Systeme wie WI-FI, WIMAX, zellulare Kommunikationssysteme wiederum sind Mehrbenutzer-, d.h. sie haben ein einzelnes Zentrum und mehrere entfernte Objekte, mit denen jeweils eine Funkverbindung organisiert werden muss. Somit ergeben sich zwei Probleme: Zum einen muss die Basisstation über dasselbe Antennensystem ein Signal an viele Teilnehmer senden (MIMO Broadcast) und gleichzeitig ein Signal über dieselben Antennen von mehreren Teilnehmern empfangen (MIMO MAC - Mehrfachzugriffskanäle).

In Uplink-Richtung – von MS zu BTS – übertragen Benutzer ihre Informationen gleichzeitig auf derselben Frequenz. In diesem Fall ergibt sich für die Basisstation eine Schwierigkeit: Es ist notwendig, die Signale von verschiedenen Teilnehmern zu trennen. Eine Möglichkeit, diesem Problem zu begegnen, ist auch die lineare Verarbeitung, bei der das übertragene Signal vorcodiert wird. Das Originalsignal wird gemäß diesem Verfahren mit einer Matrix multipliziert, die aus Koeffizienten besteht, die die Interferenz von anderen Benutzern widerspiegeln. Die Matrix wird basierend auf der aktuellen Situation in der Luft zusammengestellt: Anzahl der Teilnehmer, Übertragungsraten usw. Somit wird das Signal vor der Übertragung einer Verzerrung unterzogen, die derjenigen entgegengesetzt ist, der es während der Übertragung in der Luft begegnet.

Im Downlink - der Richtung von der BTS zur MS, überträgt die Basisstation gleichzeitig Signale auf demselben Kanal an mehrere Teilnehmer gleichzeitig. Dies führt dazu, dass das an einen Teilnehmer gesendete Signal den Empfang aller anderen Signale beeinflusst, d.h. Störungen auftreten. Mögliche Lösungen zur Bekämpfung dieses Problems sind die Verwendung von Smart Antena oder die Verwendung einer Kodierungstechnologie für schmutziges Papier. Schauen wir uns die schmutzige Papiertechnologie genauer an. Sein Funktionsprinzip basiert auf der Analyse des aktuellen Zustands der Radiosendung und der Anzahl der aktiven Abonnenten. Der einzige (erste) Teilnehmer überträgt seine Daten unverschlüsselt an die Basisstation, ändert seine Daten, weil es gibt keine Störungen durch andere Teilnehmer. Der zweite Teilnehmer wird codieren, d.h. Ändern Sie die Energie Ihres Signals, um das erste nicht zu stören und Ihr Signal nicht dem Einfluss des ersten zu unterwerfen. Dem System nachfolgend hinzugefügte Teilnehmer folgen ebenfalls diesem Prinzip und verlassen sich auf die Anzahl der aktiven Teilnehmer und die Wirkung der von ihnen übertragenen Signale.

MIMO-Anwendung

Die MIMO-Technologie war in den letzten zehn Jahren einer der wichtigsten Wege, um den Durchsatz und die Kapazität von drahtlosen Kommunikationssystemen zu erhöhen. Betrachten wir einige Beispiele für die Verwendung von MIMO in verschiedenen Kommunikationssystemen.

Der WiFi 802.11n-Standard ist eines der markantesten Beispiele für den Einsatz der MIMO-Technologie. Ihm zufolge können Sie damit Geschwindigkeiten von bis zu 300 Mbit / s beibehalten. Zudem erlaubte der bisherige Standard 802.11g nur die Bereitstellung von 50 Mbit/s. Neben der Erhöhung der Datenübertragungsrate ermöglicht der neue Standard dank MIMO auch eine bessere Servicequalität an Orten mit geringen Signalpegeln. 802.11n wird nicht nur in Point / Multipoint-Systemen verwendet - der bekanntesten Nische für die Verwendung der WiFi-Technologie zum Organisieren eines LAN (Local Area Network), sondern auch zum Organisieren von Punkt / Punkt-Verbindungen, die verwendet werden, um Trunk-Kommunikationskanäle mit einer Geschwindigkeit von . zu organisieren mehrere Hundert Mbit/s und ermöglicht eine Datenübertragung über Dutzende von Kilometern (bis zu 50 km).

Der WiMAX-Standard hat auch zwei Releases, die Benutzern, die die MIMO-Technologie verwenden, neue Möglichkeiten eröffnen. Der erste, 802.16e, bietet mobile Breitbanddienste. Es ermöglicht Ihnen, Informationen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 40 Mbit / s in Richtung von der Basisstation zum Teilnehmergerät zu übertragen. MIMO in 802.16e gilt jedoch als Option und wird in der einfachsten Konfiguration verwendet - 2x2. In der nächsten Version gilt 802,16 m MIMO als obligatorische Technologie mit einer möglichen 4x4-Konfiguration. In diesem Fall ist WiMAX bereits den zellularen Kommunikationssystemen zuzuordnen, nämlich deren vierten Generation (aufgrund der hohen Datenübertragungsrate), da hat eine Reihe von Funktionen, die Mobilfunknetzen inhärent sind: Roaming, Handover, Sprachverbindungen. Bei mobiler Nutzung kann theoretisch eine Geschwindigkeit von 100 Mbit/s erreicht werden. In einer festen Version kann die Geschwindigkeit 1 Gbit / s erreichen.

Von größtem Interesse ist die Verwendung der MIMO-Technologie in zellularen Kommunikationssystemen. Diese Technologie wird seit der dritten Generation von zellularen Kommunikationssystemen verwendet. Beispielsweise im UMTS-Standard, in rel. 6, wird es in Verbindung mit der HSPA-Technologie verwendet, die Geschwindigkeiten von bis zu 20 Mbit/s unterstützt, und in rel. 7 - mit HSPA +, wo die Datenübertragungsraten 40 Mbit/s erreichen. In 3G-Systemen hat MIMO jedoch keine weit verbreitete Verwendung gefunden.

Systeme, nämlich LTE, sehen auch die Verwendung von MIMO in Konfigurationen bis zu 8x8 vor. Theoretisch kann dies es ermöglichen, Daten von einer Basisstation zu einem Teilnehmer mit mehr als 300 Mbit/s zu übertragen. Ebenfalls ein wichtiger positiver Punkt ist die gleichbleibende Qualität der Verbindung auch am Wabenrand. In diesem Fall ist selbst bei großer Entfernung von der Basisstation oder in einem abgelegenen Raum nur eine geringfügige Abnahme der Datenübertragungsrate zu beobachten.

Somit findet die MIMO-Technologie in fast allen drahtlosen Datenübertragungssystemen Anwendung. Darüber hinaus ist sein Potenzial noch nicht ausgeschöpft. Es werden bereits neue Antennenkonfigurationsoptionen entwickelt, bis zu 64x64 MIMO. Damit können in Zukunft noch höhere Datenraten, Netzkapazität und spektrale Effizienz erreicht werden.