Mimoの仕組み。 MIMOアンテナとは何ですか？ MIMOテクノロジーについて。 Wi-Fiネットワークでのアプリケーション

既存のモバイルネットワークは、電話をかけたりメッセージを送信したりするためだけではありません。 デジタル伝送方式のおかげで、既存のネットワークでもデータ伝送が可能です。 これらのテクノロジーは、開発のレベルに応じて、3Gおよび4Gと呼ばれます。 4GテクノロジーはLTE規格でサポートされています。 データ転送速度は、ネットワークの一部の機能（オペレーターが決定）に依存し、理論的には3Gネットワ​​ークで最大2 Mb / s、4Gネットワ​​ークで最大1 Gb / sに達します。 これらのテクノロジーはすべて、強力で安定した信号がある場合に、より効率的に機能します。 これらの目的のために、ほとんどのモデムは外部アンテナの接続を提供します。

パネルアンテナ

販売中の受信品質を向上させるためのさまざまなアンテナオプションを見つけることができます。 3Gパネルアンテナは非常に人気があります。 このようなアンテナのゲインは、1900〜2200MHzの周波数範囲で約12dBです。 このタイプのデバイスは、2G信号（GPRSおよびEDGE）の品質も向上させることができます。

他のパッシブデバイスの圧倒的多数と同様に、一方向の指向性があり、受信信号の増加とともに、側面および背面からの干渉レベルを低減します。 したがって、受信が不安定な状況でも、信号レベルを許容値まで上げることができ、それによって情報の送受信速度を上げることができます。

4Gネットワ​​ークでの作業のためのパネルアンテナの適用

4Gネットワ​​ークの動作範囲は前世代の範囲と実質的に一致しているため、3G 4GLTEネットワークでこれらのアンテナを使用するのに問題はありません。 いずれの技術でも、アンテナを使用することで、データ転送速度を最大値に近づけることができます。

同じ周波数帯の別々の受信機と送信機を使用する新しい技術は、データの受信と送信の速度をさらに上げることを可能にしました。 既存の4Gモデムは、MIMOテクノロジーを使用するように設計されています。

パネルアンテナの疑いの余地のない利点は、それらの低コストと並外れた信頼性です。 高いところから落としても壊れてしまうようなデザインはほとんどありません。 唯一の弱点は高周波ケーブルであり、ケースに入る場所で断線する可能性があります。 デバイスの寿命を延ばすには、ケーブルをしっかりと固定する必要があります。

MIMOテクノロジー

受信機とデータ送信機の間の通信チャネルのスループットを向上させるために、受信と送信が異なるアンテナで実行される場合の信号処理方法が開発されました。

ノート！ LTE MIMOアンテナを使用すると、単純なアンテナを使用する場合と比較して、スループットを20〜30％向上させることができます。

基本的な原理は、アンテナ間の結合を排除することです。

電磁波は、地球の平面に対して異なる方向をとることができます。 これは分極と呼ばれます。 主に垂直および水平偏波アンテナが使用されます。 相互の影響を排除するために、アンテナは90度の角度での偏波によって互いに異なります。 両方のアンテナで地表の影響を同じにするために、それぞれの偏波面を45度シフトします。 地面に対して。 したがって、アンテナの1つが45度の偏波角を持っている場合、もう1つはそれぞれ45度になります。 相互のオフセットは必要な90gです。

この図は、アンテナが相互に、および地面に対してどのように配置されているかを明確に示しています。

重要！アンテナの偏波は、基地局の偏波と同じである必要があります。

4G LTEテクノロジーの場合、MIMOサポートはデフォルトで基地局で利用可能ですが、3Gの場合、MIMOを備えていないデバイスが多数あるため、オペレーターは急いで新しいテクノロジーを導入する必要はありません。 実際のところ、MIMO 3Gネットワ​​ークでは、デバイスの動作がはるかに遅くなります。

モデム用アンテナの日曜大工の設置

アンテナの設置規則は通常のものと変わりません。 主な条件は、クライアントと基地局の間に障害物がないことです。 成長する木、近くの建物の屋根、またはさらに悪いことに、電力線は電磁波の信頼できるシールドとして機能します。 また、信号の周波数が高いほど、電波の伝播経路にある障害物によって減衰が大きくなります。

取り付けの種類に応じて、アンテナは建物の壁に取り付けることも、マストに取り付けることもできます。 アンテナには2種類ありますMIMO:

• モノブロック;
• 間隔を空けて。

モノブロックのものはすでに2つの構造を内部に含み、必要な偏波で設置されています。間隔のあるものは2つのアンテナで構成されており、別々に取り付ける必要があります。それぞれを正確に基地局に向ける必要があります。

自分の手でMIMOアンテナを設置する際の微妙な違いはすべて、添付のドキュメントに明確かつ詳細に記載されていますが、最初にプロバイダーに相談するか、設置担当者を招待することをお勧めします。多額の費用はかかりませんが、実行された作業に対する一定の保証。

自分でアンテナを作る方法

自己生産に根本的な困難はありません。 金属を扱うスキル、はんだごてを手に持つ能力、欲求と正確さが必要です。

必須条件は、構成部品を除いて、すべての幾何学的寸法を厳守することです。 高周波デバイスの幾何学的寸法は、ミリメートルの精度で、より正確に観察する必要があります。 偏差があると、パフォーマンスが低下します。 ゲインが低下し、MIMOアンテナ間の結合が増加します。 最終的には、信号を増幅する代わりに、弱化が観察されます。

残念ながら、正確な幾何学的寸法は広く利用できません。 例外として、ウェブ上で入手可能な資料は、いくつかの工場設計の繰り返しに基づいており、常に指定された精度でコピーされるとは限りません。 したがって、インターネット上で公開されているスキーム、説明、方法に大きな期待を寄せるべきではありません。

一方、特別な強いゲインが必要ない場合は、示された寸法を観察して独立して作成されたMIMOアンテナは、大きくはありませんが、プラスの効果をもたらします。

材料費は安く、スキルの習得に必要な時間もそれほど高くありません。 さらに、誰もわざわざいくつかのオプションをテストし、テスト結果に応じて許容できるオプションを選択する必要はありません。

自分の手で4GLTE MIMOアンテナを作成するには、厚さが0.2〜0.5mm以上の片面フォイルクラッドグラスファイバーの亜鉛メッキ鋼の完全に平らなシートが2枚必要です。 シートの1つはリフレクター（リフレクター）の製造に使用され、もう1つはアクティブエレメントの製造に使用されます。 モデムに接続するためのケーブルには、50オームの抵抗が必要です（これはモデム機器の標準です）。

TVケーブルは次の2つの理由で使用できません。

• 75オームのインピーダンスは、モデム入力との不一致を引き起こします。
• 厚みがあります。

また、モデムのコネクタと完全に一致するコネクタを選択する必要があります。

重要！ホイルクラッド材料を使用する場合は、アクティブエレメントとリフレクターの間の指定された距離をホイル層から測定する必要があります。

さらに、1〜1.2mmの太さの銅線の小片が必要になります。

製造された構造物は、プラスチックケースに入れる必要があります。 金属は使用できません。このようにすると、アンテナが電磁シールドで囲まれ、機能しなくなります。

ノート！ほとんどの図面はMIMOアンテナ用ではなく、パネルアンテナ用です。 外見上、1本のケーブルが単純なパネルアンテナに接続され、2本がMIMOに必要であるという点で異なります。

2つのパネルアンテナを作成すると、MIMO4Gアンテナの間隔を空けたバージョンを自分の手で作成できます。

まとめると、MIMOアンテナを自分の手で作ることはそれほど難しいことではないと言えます。 適切な注意を払えば、実行可能なデバイスを入手することはかなり可能であり、いくらかのお金を節約できます。 自分の手で3Gアンテナを作る方がやや簡単です。 LTEカバレッジがまだ利用できない遠隔地では、これが接続速度を上げる唯一のオプションである可能性があります。

ビデオ

WiFiは、IEEE802.11標準に基づくワイヤレスネットワークの商標です。 日常生活では、ワイヤレスユーザーは「WiFiテクノロジー」という用語を商標ではなくIEEE802.11標準を意味するために使用します。

WiFiテクノロジーを使用すると、ケーブルを敷設せずにネットワークを展開できるため、ネットワーク展開のコストを削減できます。 屋外や歴史的価値のある建物など、ケーブルを敷設できない場所のおかげで、ワイヤレスネットワークでケーブルを提供できます。
WiFiは「有害」であるという一般的な考えに反して、データ転送時のWiFiデバイスからの放射は携帯電話の放射より2桁（100倍）少なくなります。

MIMO-（英語の多入力多出力）は、1つのチャネルを介した複数の情報ストリームの同時送信に空間多重化を使用するデータ伝送技術であり、マルチパスリフレクションにより、情報の各ビットを干渉とデータ損失の可能性が低い適切な受信者。

帯域幅の増加の問題を解決する

いくつかの高度な技術の集中的な開発に伴い、他の技術に対する要件が高まっています。 この原則は、通信システムにも直接影響します。 最新の通信システムで最も差し迫った問題の1つは、帯域幅とデータ転送速度を上げる必要があることです。 帯域幅を拡張し、放射電力を増加させることによって帯域幅を増加させる2つの従来の方法があります。
ただし、生物学的および電磁的適合性の要件により、放射電力の増加と周波数帯域の拡大には制限が課せられます。 このような制限があるため、帯域幅とデータ転送速度の不足の問題により、それを解決するための新しい効果的な方法を探す必要があります。 最も効果的な方法の1つは、相関の弱いアンテナ要素を備えたアダプティブアンテナアレイを使用することです。 MIMOテクノロジーは、この原則に基づいています。 この技術を使用する通信システムは、MIMOシステム（Multiple Input Multiple Output）と呼ばれます。

WiFi 802.11n規格は、MIMOテクノロジーの使用の最も印象的な例の1つです。 彼によると、それはあなたが300Mbpsまでの速度を維持することを可能にします。 さらに、以前の標準802.11gでは50Mbpsしか提供できませんでした。 データ転送速度を向上させることに加えて、MIMOのおかげで、新しい標準は、信号レベルが低い場所でのサービスパフォーマンスの向上も可能にします。 802.11nは、ポイント/マルチポイントシステムで使用されるだけでなく、LAN（ローカルエリアネットワーク）を編成するためにWiFiテクノロジーを使用するための最もよく知られたニッチであるだけでなく、トランク通信チャネルを次の速度で編成するために使用されるポイント/ポイント接続を編成するためにも使用されます。数百Mbpsで、数十キロメートル（最大50 km）のデータ伝送が可能です。

WiMAX規格には、MIMOテクノロジーを使用するユーザーに新しい可能性を開く2つのリリースもあります。 最初の802.16eは、モバイルブロードバンドサービスを提供します。 これにより、基地局から加入者機器への方向に最大40 Mbit / sの速度で情報を転送できます。 ただし、802.16eのMIMOはオプションと見なされ、最も単純な構成である2x2で使用されます。 次のリリースでは、802.16m MIMOは必須テクノロジーと見なされ、4x4構成が可能です。 この場合、WiMAXはすでにセルラー通信システム、つまり第4世代（データ転送速度が高いため）に起因している可能性があります。 セルラーネットワークに固有の多くの機能があります：ローミング、ハンドオーバー、音声接続。 モバイルで使用する場合、理論的には100Mbpsの速度を実現できます。 固定バージョンでは、速度は1 Gb / sに達する可能性があります。

最も興味深いのは、セルラー通信システムでのMIMOテクノロジーの使用です。 この技術は、第3世代のセルラー通信システムから使用されています。 たとえば、UMTS規格では、Rel。 6、最大20 Mbpsの速度をサポートするHSPAテクノロジーと組み合わせて、Relで使用されます。 7-HSPA +を使用し、データ転送速度は40Mbpsに達します。 ただし、3Gシステムでは、MIMOは広く使用されていません。

システム、つまりLTEも、最大8x8の構成でMIMOを使用できるようにします。 理論的には、これにより、基地局から加入者に300Mbpsを超えるデータを転送することが可能になります。 また、重要な利点は、ハニカムのエッジでも接続の品質が一貫していることです。 この場合、基地局からかなり離れていても、離れた部屋にいても、データ転送速度のわずかな低下しか見られません。

MIMOについての指。

情報が人であり、オペレーターのモデムと基地局が2つの都市であり、その間に1つのパスがあり、アンテナがステーションであると想像してみてください。 たとえば、100人以下の電車で人を輸送します。 そのような都市間の容量は制限されます。 電車は一度に100人しか乗れません。

200人が同時に別の都市に到着できるように、都市間に2番目の線路が建設され、最初の列車と同時に2番目の列車が発車し、人の流れが2倍になります。 MIMOテクノロジーはまったく同じように機能します。実際、スレッド数は2倍になります。 ストリームの数は、MIMO標準、2つのストリーム（MIMO 2x2）、4つのストリーム（MIMO 4x4）などによって決定されます。 インターネットを介したデータ伝送には、4G LTEでもWiFiでも、今日では原則としてMIMO2x2規格が使用されています。 デュアルストリームを同時に受信するには、2つの従来型アンテナ、または類推して2つのステーション、またはコストを節約するために、2つのプラットフォームを備えた1つのステーションであるかのように1つのMIMOアンテナが必要になります。 つまり、MIMOアンテナは1つに2つのアンテナがあります。

パネルMIMOアンテナは、文字通り2セットの放射要素を持つことができます（ 「パッチ」）1つの場合（ たとえば、4つのパッチは垂直偏波で機能し、他の4つは水平偏波で機能し、合計8つのパッチが機能します。）。 各セットは異なるジャックに接続されています。

また、1セットのパッチを使用できますが、2ポート（直交）電源を使用できるため、アンテナ要素は90度の位相シフトで電力が供給され、各パッチは垂直偏波と水平偏波で同時に動作します。

この場合、1セットのパッチが一度に2つのソケットに接続されます。これらは、オンラインストアで販売されているMIMOアンテナです。

詳細

LTEデジタルストリームのモバイル放送は、新しい4Gの開発に直接関係しています。 分析に3Gネットワ​​ークを使用すると、そのデータ転送速度は4Gの11分の1であることがわかります。 それにもかかわらず、LTEデータの受信とブロードキャストの両方の速度はしばしば低品質です。 これは、4GLTEモデムがステーションから受信する電力または信号レベルが不足しているためです。 情報発信の品質を大幅に向上させるために、4GMIMOアンテナが導入されています。

変更されたアンテナは、従来のデータ配信システムと比較して、異なる送信回路を備えています。 たとえば、情報を低速ストリームに配信するには、デジタルストリーム分周器が必要です。低速ストリームの数は、アンテナの数に関連しています。 着信ストリームの速度が約200メガビット/秒の場合、2つのストリームが作成されます。どちらも100メガビット/秒です。 各ストリームは、個別のアンテナを介してブロードキャストする必要があります。 受信時にデータをデコードするために、2つのアンテナのそれぞれから送信される電波の偏波は異なります。 受信デバイスは、データ伝送速度を維持するために、異なる偏波の2つの受信アンテナも備えている必要があります。

MIMOの利点

MIMOは、1つのチャネルを介して一度に複数の情報ストリームを配信し、その後、電波をブロードキャストするための独立した受信デバイスに到達する前に、ペア以上のアンテナを通過します。 これにより、帯域幅の拡張に頼ることなく、信号スループットを大幅に向上させることができます。

電波を放送するとき、ラジオチャンネルのデジタルストリームは選択的にフリーズします。 これは、都会の高層ビルに囲まれているとき、高速で移動しているとき、または電波の当たる場所から離れているときに気付くことがあります。 この問題を取り除くために、MIMOアンテナが作成され、低遅延で複数のチャネルに情報をブロードキャストできるようになりました。 情報は事前にエンコードされてから、受信側で再構築されます。 その結果、データ配信の速度が向上するだけでなく、信号品質も大幅に向上します。

LTEアンテナは、その設計上の特徴に応じて、通常のアンテナに分割され、2つのトランシーバーデバイス（MIMO）で構成されます。 従来の信号伝搬システムは、毎秒50メガビット以下の速度を達成できます。 MIMOは、信号の伝送速度を2倍以上に上げる機会を提供します。 これは、互いにわずかな距離に配置された複数のアンテナをボックスに一度に設置することによって実現されます。

アンテナによる受信者へのデジタルストリームの同時受信と配信は、2本の独立したケーブルを介して行われます。 これにより、速度パラメータを大幅に増やすことができます。 MIMOは、WiFiなどのワイヤレスシステムだけでなく、セルラーネットワークやWiMAXでも使用されています。 原則として2つの入力と2つの出力を持つこのテクノロジーを使用すると、WiFi、WiMAX、4G / LTEなどのシステムのスペクトル品質を向上させ、情報転送速度とデータフロー容量を向上させることができます。 上記の利点は、4GMIMOアンテナから複数のワイヤレス接続を介して受信者にデータを送信することで実現されます。 したがって、このテクノロジーの名前（Multiple Input Multiple Output-Multiple Input and Multiple Output）が使用されます。

. MIMOが適用される場所

MIMOは、WiFiなどのデータ転送プロトコルの容量と帯域幅を増やすことで急速に人気を博しました。 最も人気のあるMIMOのユースケースとしてWiFi802.11nを採用できます。 このWiFiプロトコルのMIMO通信技術のおかげで、毎秒300メガビットを超える速度を開発することが可能です。

MIMOのおかげで、情報ストリームの伝送を高速化することに加えて、無線ネットワークは、受信信号レベルがかなり低い場所でも、データ伝送品質の点で改善された特性を受け取りました。 新しいテクノロジーのおかげで、WiMAXは最大40メガビット/秒の速度でデータを送信する機能を獲得しました。

4G（LTE）規格では、MIMOは最大8x8の構成で使用できます。 理論的には、これにより、300メガビット/秒を超える速度でメインステーションから受信機にデジタルストリームをブロードキャストすることが可能になります。 新システムのもう一つの魅力は、セルの端でも見られる高品質で安定した接続です。

これは、駅からかなり離れた場所でも、壁の厚い部屋にいる場合でも、速度特性のわずかな低下にしか気付かないことを意味します。 MIMOは、ほぼすべてのワイヤレス通信システムに適用できます。 このシステムの可能性は無尽蔵であることに注意する必要があります。

たとえば、最大64x64の新しいMIMOアンテナ構成を開発する方法を絶え間なく探しています。 近い将来、これにより、スペクトルインジケータの効率をさらに向上させ、ネットワークの容量と情報伝送速度の価値を高めることが可能になります。

私たちはデジタル革命の時代に生きています、親愛なる匿名。 私たちはいくつかの新しいテクノロジーに慣れる時間がありませんでした。私たちはすでにあらゆる側面からさらに新しく、より高度なものを提供されています。 そして、このテクノロジーが本当にインターネットの高速化に役立つのか、それとも単にお金に騙されているだけなのか、私たちは反省に苦しんでいますが、デザイナーはわずか2年で現在のテクノロジーに取って代わるさらに新しいテクノロジーを開発しています。 これは、MIMOアンテナテクノロジーにも当てはまります。

このテクノロジーとは何ですか-MIMO？ 多入力多出力-多入力多出力。 まず第一に、MIMOテクノロジーは複雑なソリューションであり、アンテナだけに適用されるわけではありません。 この事実をよりよく理解するために、モバイル通信の開発の歴史に少し足を踏み入れる価値があります。 開発者は、単位時間あたりに大量の情報を送信するという課題に直面しています。 速度を上げます。 給水システムと同様に、単位時間あたりに大量の水をユーザーに供給します。 これを行うには、「パイプの直径」を大きくするか、類推して通信帯域幅を拡大します。 当初、GSM規格は音声トラフィック用に調整されており、チャネル幅は0.2MHzでした。 それで十分でした。 さらに、マルチユーザーアクセスを提供するという問題があります。 これは、加入者を周波数（FDMA）または時間（TDMA）で除算することで解決できます。 GSMは両方の方法を同時に使用します。 その結果、ネットワーク内のサブスクライバーの可能な最大数と音声トラフィックの可能な最小帯域幅のバランスが取れています。 モバイルインターネットの開発に伴い、この最小帯域幅は速度向上の障害になっています。 GSMプラットフォームに基づく2つのテクノロジー（GPRSとEDGE）は、最大速度384 kbit / sに達しました。 さらに速度を上げるには、可能であれば、GSMインフラストラクチャを使用してインターネットトラフィックの帯域幅を同時に拡張する必要がありました。 その結果、UMTS規格が開発されました。 ここでの主な違いは、一度に最大5 MHzの帯域幅を拡張し、マルチユーザーアクセスを確保することです。これは、複数の加入者が1つの周波数チャネルで同時に動作するCDMAコードアクセステクノロジーの使用です。 この技術は、広い帯域幅で動作することを強調するためにW-CDMAと呼ばれています。 このシステムは第3世代システム（3G）と呼ばれていましたが、同時にGSMの上部構造でもあります。 そのため、5 MHzで幅の広い「パイプ」を取得しました。これにより、最初は速度を2 Mb / sに上げることができました。

「パイプの直径」をさらに大きくする能力がない場合、他にどのように速度を上げることができますか？ フローを複数の部分に並列化し、各部分を別々の小さなパイプで実行してから、これらの別々のフローを受信側で1つの広いフローに追加できます。 さらに、速度はチャネルエラーの確率に依存します。 冗長コーディング、前方誤り訂正、およびより高度な無線変調技術によってこの確率を減らすことにより、レートを上げることもできます。 これらすべての開発（チャネルあたりのキャリア数を増やすことによる「パイプ」の拡張とともに）は、UMTS規格のさらなる改善に一貫して適用され、HSPAという名前が付けられました。 これはW-CDMAに代わるものではありませんが、このメインプラットフォームのソフト+ハードアップグレードです。

3GPP国際コンソーシアムは、3Gの標準を開発しています。 この表は、この標準のさまざまなリリースの機能の一部をまとめたものです。

4G LTEテクノロジーは、WiMAXよりも普及した3Gネットワ​​ークとの下位互換性に加えて、将来的には最大1Gbps以上のさらに高速な速度を開発することができます。 これは、デジタルストリームを無線インターフェイスに転送するためのさらに高度なテクノロジーを使用します。たとえば、OFDM変調は、MIMOテクノロジーと非常によく統合されています。

では、MIMOとは正確には何ですか？ フローを複数のチャネルに並列化することにより、「空中」の複数のアンテナを介してさまざまな方法で送信し、受信側の同じ独立したアンテナで受信することができます。 したがって、無線インターフェイスを介していくつかの独立した「パイプ」を取得します。 ストライプを広げずに..。 これが主なアイデアです MIMO. 電波が無線チャネルを伝播すると、選択的なフェージングが観察されます。 これは、加入者が移動中またはセルのサービスエリアの端にいる場合、密集した都市部で特に顕著です。 各空間「チューブ」のフェージングは​​同時に発生しません。 したがって、以前に特別なコードを課した（魔方陣コードをオーバーレイする）2つのMIMOチャネルを介して同じ情報をわずかな遅延で送信すると、受信側で失われたシンボルを回復できます。これは同等です。信号/ノイズを最大10〜12dB改善します。 その結果、このテクノロジーは再び速度の向上につながります。 実際、これは、MIMOテクノロジーに有機的に組み込まれている古くから知られているダイバーシティ手法（Rx Diversity）です。

最終的に、MIMOはベースとモデムの両方でサポートされる必要があることを理解する必要があります。 通常、4Gでは、MIMOチャネルの数は2の倍数です-2、4、8（Wi-Fiシステムでは、3x3 3チャネルシステムが普及しています）。これらの数は、ベースとベースの両方で一致することをお勧めします。モデム上。 したがって、この事実を修正するために、MIMOはチャネル受信*送信-2x2 MIMO、4x4MIMOなどで定義されます。 これまでのところ、主に2x2MIMOを扱っています。

MIMOテクノロジーで使用されているアンテナは何ですか？ これらは通常のアンテナです。2つ必要です（2x2 MIMOの場合）。 チャネル分離には、直交するいわゆるX偏波が使用されます。 この場合、垂直に対する各アンテナの偏波は45°シフトされ、相互に相対的には-90°シフトされます。 アンテナの水平/垂直方向では、地表の影響により、チャネルの1つが必然的に大きな減衰を受けるため、この偏波角度によって両方のチャネルが同じ位置に配置されます。 同時に、アンテナ間の90°の偏波シフトにより、チャネルを互いに少なくとも18〜20dB分離することができます。

MIMOの場合、あなたと私は、屋根に2つのアンテナ入力と2つのアンテナを備えたモデムが必要です。 しかし、この技術が基地局でサポートされているかどうかという疑問が残ります。 4G LTEおよびWiMAX規格では、このようなサポートは加入者デバイス側とベースの両方で利用できます。 3Gネットワ​​ークではすべてがそれほど単純なわけではありません。 ネットワークでMIMOをサポートしていないデバイスはすでに数千ありますが、このテクノロジーの導入は逆の効果をもたらします。つまり、ネットワーク帯域幅が減少します。 したがって、事業者はどこでも3Gネットワ​​ークにMIMOを実装することを急いでいません。 基地が加入者に高速を提供するためには、基地自体が良好な輸送手段を備えている必要があります。 「太いパイプ」、できれば光ファイバーを接続する必要がありますが、これも常にそうであるとは限りません。 したがって、3Gネットワ​​ークでは、MIMOテクノロジーは現在、形成と開発の段階にあり、オペレーターとユーザーの両方によってテストされており、後者は常に成功するとは限りません。 したがって、MIMOアンテナに依存するのは4Gネットワ​​ークのみです。 セルのカバレッジエリアの端では、MIMOフィードがすでに市場に出回っているリフレクターアンテナなどの高ゲインアンテナを使用できます。

Wi-Fiネットワークでは、MIMOテクノロジーはIEEE802.11nおよびIEEE802.11ac規格で固定されており、すでに多くのデバイスでサポートされています。 3G-4Gネットワ​​ークに2x2MIMOテクノロジーが登場するのを目にしていますが、開発者はじっとしているわけではありません。 すでに、64x64 MIMOテクノロジーは、適応放散パターンを持つスマートアンテナを使用して開発されています。 それらの。 ソファからアームチェアに移動したり、キッチンに行ったりすると、タブレットはこれに気づき、内蔵アンテナの指向性パターンを正しい方向に向けます。 その時に誰かがこのサイトを必要としますか？

2014年4月9日

かつて、IR接続は静かにそしていつの間にか消えました、そして彼らはデータ交換のためにBluetoothを使うのをやめました。 そして今、それはWi-Fiの番です...

複数の入力と出力を備えたマルチユーザーシステムが開発され、ネットワークが同時に複数のコンピューターと通信できるようになりました。 作成者は、Wi-Fiに割り当てられた同じ無線波長帯を使用することで、為替レートを3倍にできると主張しています。

Qualcomm Atherosは、ネットワークが複数のコンピューターと同時に通信できるようにするマルチユーザー、マルチ入力/出力（MU-MIMOプロトコル）システムを開発しました。 同社は、来年初めに顧客に出荷する前に、今後数か月にわたってテクノロジーのデモンストレーションを開始する予定です。

ただし、この高い為替レートを実現するには、ユーザーはコンピューターとネットワークルーターの両方をアップグレードする必要があります。

Wi-Fiプロトコルを使用すると、クライアントは順番に処理されます（特定の時間間隔では、情報を送受信するための1つのデバイスのみが関与します）。そのため、ネットワーク帯域幅のごく一部のみが使用されます。

これらの連続したイベントの蓄積により、ネットワークに接続するデバイスが増えるにつれて、為替レートが低下します。

MU-MIMO（マルチユーザー、マルチ入力、マルチ出力）プロトコルは、クライアントのグループへの情報の同時送信を保証します。これにより、Wi-Fiネットワークの利用可能な帯域幅がより効率的に使用され、送信が高速化されます。

クアルコムは、このような機能は、複数のユーザーが同じネットワークに接続しているコンベンションセンターやインターネットカフェで特に役立つと考えています。

同社はまた、これは絶対速度を上げるだけでなく、接続されたデバイス、サービス、およびアプリケーションの数の増加をサポートするためにネットワークと通信時間をより効率的に使用することでもあると考えています。

MU-MimoチップQualcommは、ルーター、アクセスポイント、スマートフォン、タブレット、およびWi-Fiをサポートするその他のデバイスのメーカーに販売する予定です。 最初のチップは、4つのデータストリームと同時に動作できるようになります。 このテクノロジーのサポートは、Atheros802.11acチップとSnapdragon805および801モバイルプロセッサーに含まれます。テクノロジーのデモンストレーションは今年行われ、最初のチップの出荷は来年の第1四半期に予定されています。

さて、この技術をより詳細に掘り下げたいと思っている人は、続けます...

MIMO多入力多出力（多入力多出力）は、ワイヤレス通信システム（WIFI、WI-MAX、セルラー通信ネットワーク）で使用されるテクノロジーであり、システムのスペクトル効率、最大データ転送速度、およびネットワーク容量を大幅に向上させることができます。 上記の利点を実現する主な方法は、このテクノロジーの名前の由来となった複数の無線接続を介して、送信元から宛先にデータを転送することです。 この問題の背景を検討し、MIMOテクノロジーが広く使用されている主な理由を特定しましょう。

高可用性を備えた高品質のサービス（QoS）を提供する高速接続の必要性は年々高まっています。 これは、VoIP（Voice over Internet Protocol）、ビデオ会議、VoD（ビデオオンデマンド）などのサービスの出現によって大幅に促進されます。ただし、ほとんどのワイヤレステクノロジーでは、加入者に高品質のサービスを提供することはできません。カバレッジエリア。 セルラーおよびその他の無線通信システムでは、接続の品質と利用可能なデータレートは、基地局（BTS）からの距離とともに急落します。 これに伴い、サービスの品質も低下し、最終的にはネットワークの無線カバレッジの全領域にわたって高品質のリアルタイムサービスを提供できなくなります。 この問題を解決するために、基地局を可能な限り緊密に設置し、信号レベルの低いすべての場所で内部カバレッジを整理することを試みることができます。 ただし、これには多額の経済的コストが必要であり、最終的にはサービスのコストが増加し、競争力が低下します。 したがって、この問題を解決するには、可能であれば現在の周波数範囲を使用し、新しいネットワーク設備の構築を必要としない独自の革新が必要です。

電波の伝播の特徴

MIMO技術の原理を理解するためには、宇宙での電波の伝播の一般的な原理を考慮する必要があります。 100 MHzを超える範囲のさまざまなワイヤレス無線システムから放射される波は、光線のようにさまざまな方法で動作します。 電波が伝播しているときに任意の表面に出会うと、障害物の材質や大きさによっては、エネルギーの一部が吸収され、一部が通過し、残りが反射されます。 エネルギーの一部を介して吸収、反射、透過される割合は、信号の周波数など、多くの外部要因の影響を受けます。 さらに、反射され通過した信号エネルギーは、さらに伝播する方向を変える可能性があり、信号自体がいくつかの波に分割されます。

上記の法則に従って発信元から受信機に伝搬する信号は、多数の障害物に遭遇した後、多くの波に分割され、その一部のみが受信機に到達します。 受信機に到達する各波は、いわゆる信号伝搬経路を形成します。 さらに、異なる波が異なる数の障害物から反射され、異なる距離を移動するという事実のために、異なる経路は異なる時間遅延を有する。

密集した都市の建物では、建物、樹木、車などの障害物が多数あるため、加入者機器（MS）と基地局（BTS）のアンテナの間に見通し線がない場合に状況が発生することがよくあります。 。 この場合、反射波が受信機信号に到達する唯一の方法です。 ただし、上記のように、多重反射信号には初期エネルギーがなく、遅延が発生する可能性があります。 特に難しいのは、オブジェクトが常に静止しているとは限らず、状況が時間の経過とともに大幅に変化する可能性があるという事実です。 これにより、マルチパス信号伝搬の問題が発生します。これは、ワイヤレス通信システムで最も重要な問題の1つです。

マルチパス伝播-問題または利点？

マルチパス信号と戦うために、いくつかの異なるソリューションが使用されます。 最も一般的なテクノロジーの1つは、ReceiveDiversityです。 その本質は、信号を受信するために、1つではなく、互いに離れた場所にある複数のアンテナ（通常は2つ、まれに4つ）が使用されるという事実にあります。 したがって、受信機には、送信信号の1つではなく、2つのコピーがあり、さまざまな方法で送信されます。 これにより、元の信号のより多くのエネルギーを収集することが可能になります。 あるアンテナで受信された波は別のアンテナでは受信されない場合があり、その逆も同様です。 また、あるアンテナに逆位相で到着する信号は、別のアンテナと同相で到着する可能性があります。 この無線インターフェイス方式は、標準の単一入力単一出力（SISO）方式とは対照的に、単一入力複数出力（SIMO）と呼ぶことができます。 逆のアプローチも適用できます。送信に複数のアンテナを使用し、受信に1つのアンテナを使用する場合です。 これにより、受信機が受信する元の信号の総エネルギーも増加します。 この回路は、Multiple Input Single Output（MISO）と呼ばれます。 どちらの方式（SIMOとMISO）でも、基地局の側面にいくつかのアンテナが設置されています。 端末機器自体のサイズを大きくせずに、十分に長い距離にわたってモバイルデバイスにアンテナダイバーシティを実装することは困難です。

さらに推論した結果、MIMO（Multiple Input Multiple Output）スキームになります。 この場合、複数の送信アンテナと受信アンテナが設置されています。 ただし、上記の方式とは異なり、このダイバーシティ方式では、信号のマルチパス伝搬に対抗するだけでなく、いくつかの追加の利点を得ることができます。 複数の送信アンテナと受信アンテナを使用することにより、各送信/受信アンテナのペアを、情報を送信するための個別のパスに関連付けることができます。 この場合、ダイバーシティ受信は残りのアンテナによって実行され、このアンテナは他の伝送パスの追加アンテナとしても機能します。 その結果、理論的には、追加のアンテナの数に応じてデータレートを上げることができます。 ただし、各無線パスの品質には大きな制限があります。

MIMOのしくみ

上記のように、MIMO技術を組織化するには、送信側と受信側に複数のアンテナを設置する必要があります。 通常、システムの入力と出力には同数のアンテナが設置されています。 この場合、最大ボーレートに達します。 MIMOテクノロジーの名前とともに、送信アンテナと受信アンテナの数を示すために、通常、「AxB」という名称が付けられます。ここで、Aはシステムの入力のアンテナ数、Bは出力のアンテナ数です。 この場合、システムは無線接続を意味します。

MIMOテクノロジーが機能するには、従来のシステムと比較して送信機の構造にいくつかの変更が必要です。 MIMOテクノロジーを編成するための可能な最も単純な方法の1つだけを考えてみましょう。 まず、送信側では、送信用のデータをいくつかの低速サブストリームに分割するストリーム分周器が必要です。その数はアンテナの数によって異なります。 たとえば、MIMO4x4および200Mbpsの入力データレートの場合、分周器はそれぞれ50Mbpsの4つのストリームを作成します。 さらに、これらの各ストリームは、独自のアンテナを介して送信する必要があります。 通常、送信アンテナは間隔を空けて配置され、複数の反射から生じるできるだけ多くのスプリアス信号を提供します。 MIMOテクノロジーを編成する1つの可能な方法では、信号は各アンテナから異なる偏波で送信されます。これにより、受信中に信号を識別できます。 ただし、最も単純なケースでは、送信された各信号は、伝送媒体自体によってマークされていることがわかります（時間遅延、減衰、およびその他の歪み）。

受信側では、複数のアンテナが無線からの信号を受信します。 また、受信側のアンテナにも空間ダイバーシティが設置されているため、前述のダイバーシティ受信が可能です。 受信した信号は受信機に送られ、その数はアンテナと伝送経路の数に対応します。 さらに、各受信機はシステムのすべてのアンテナから信号を受信します。 これらの各加算器は、全フローから、それが関与するパスのみの信号エネルギーを分離します。 彼は、各信号に装備されているいくつかの所定の機能によって、または遅延、減衰、位相シフト、すなわち、を分析することによってこれを行います。 一連の歪みまたは配布媒体の「指紋」。 システムの動作原理（Bell Laboratories Layered Space-Time-BLAST、Selective Per Antenna Rate Control（SPARC）など）に応じて、送信信号は一定時間後に繰り返すことも、わずかに遅れて送信することもできます。他のアンテナ。

MIMOシステムでは、信号の送信元と受信者の間に見通し線がある場合、MIMOシステムのデータレートが低下するという異常な現象が発生する可能性があります。 これは主に、各信号をマークする周囲の空間の歪みの重大度が低下したためです。 その結果、受信側で信号を分離することが問題になり、信号が相互に影響し始めます。 したがって、無線接続の品質が高いほど、MIMOから得られるメリットは少なくなります。

マルチユーザーMIMO（MU-MIMO）

上記で検討した無線通信の原理は、情報の送信機と受信機が1つしかない、いわゆるシングルユーザーMIMO（SU-MIMO）を指します。 この場合、送信機と受信機の両方がそれらのアクションを明確に調整することができ、同時に、新しいユーザーが空中に現れる可能性があるときに驚きの要因はありません。 このような方式は、たとえば、2つのデバイス間のホームオフィスでの通信を整理するための小規模システムに非常に適しています。 同様に、WI-FI、WIMAX、セルラー通信システムなどのほとんどのシステムはマルチユーザーです。 それらには単一のセンターといくつかのリモートオブジェクトがあり、それぞれが無線接続を編成する必要があります。 したがって、2つの問題が発生します。1つは、基地局が同じアンテナシステムを介して多くの加入者に信号を送信する必要があり（MIMOブロードキャスト）、同時に複数の加入者から同じアンテナを介して信号を受信する必要があります（MIMO MAC-複数のアクセスチャネル）。

アップリンク方向（MSからBTSへ）では、ユーザーは同じ周波数で同時に情報を送信します。 この場合、基地局に問題が発生します。異なる加入者からの信号を分離する必要があります。 この問題に対処するための1つの可能な方法は、送信信号を事前にエンコードする線形処理でもあります。 この方法によると、元の信号は、他のユーザーからの干渉を反映する係数で構成される行列で乗算されます。 マトリックスは、放送中の現在の状況（加入者数、伝送速度など）に基づいて編集されています したがって、送信前に、信号は、空中での送信中に遭遇する歪みとは逆の歪みにさらされます。

ダウンリンク（BTSからMSへの方向）では、基地局は同じチャネルで同時に複数の加入者に信号を送信します。 これは、1つの加入者に送信された信号が、他のすべての信号の受信に影響を与えるという事実につながります。 干渉が発生します。 この問題に対処するための可能な解決策は、スマートアンテナを使用するか、汚れた紙のエンコード技術を使用することです。 汚れた紙の技術を詳しく見てみましょう。 その動作原理は、ラジオ放送の現在の状態とアクティブな加入者の数の分析に基づいています。 唯一の（最初の）加入者は、コーディングせずにデータを基地局に送信し、データを変更します。 他の加入者からの干渉はありません。 2番目のサブスクライバーはエンコードします。 最初の信号に干渉しないように、また最初の信号から影響を受けないように、信号のエネルギーを変更します。 システムに追加された後続の加入者もこの原則に従い、アクティブな加入者の数とそれらが送信する信号の影響に依存します。

MIMOアプリケーション

過去10年間のMIMOテクノロジーは、ワイヤレス通信システムのスループットと容量を向上させるための最も適切な方法の1つです。 さまざまな通信システムでMIMOを使用するいくつかの例を考えてみましょう。

WiFi 802.11n規格は、MIMOテクノロジーの使用の最も印象的な例の1つです。 彼によると、それはあなたが300Mbpsまでの速度を維持することを可能にします。 さらに、以前の標準802.11gでは50Mbpsしか提供できませんでした。 データ転送速度を向上させることに加えて、MIMOのおかげで、新しい標準は、信号レベルが低い場所でのサービスパフォーマンスの向上も可能にします。 802.11nは、ポイント/マルチポイントシステムで使用されるだけでなく、LAN（ローカルエリアネットワーク）を編成するためにWiFiテクノロジーを使用するための最もよく知られたニッチであるだけでなく、トランク通信チャネルを次の速度で編成するために使用されるポイント/ポイント接続を編成するためにも使用されます。数百Mbpsで、数十キロメートル（最大50 km）のデータ伝送が可能です。

WiMAX規格には、MIMOテクノロジーを使用するユーザーに新しい可能性を開く2つのリリースもあります。 最初の802.16eは、モバイルブロードバンドサービスを提供します。 これにより、基地局から加入者機器への方向に最大40 Mbit / sの速度で情報を転送できます。 ただし、802.16eのMIMOはオプションと見なされ、最も単純な構成である2x2で使用されます。 次のリリースでは、802.16m MIMOは必須テクノロジーと見なされ、4x4構成が可能です。 この場合、WiMAXはすでにセルラー通信システム、つまり第4世代（データ転送速度が高いため）に起因している可能性があります。 セルラーネットワークに固有の多くの機能があります：ローミング、ハンドオーバー、音声接続。 モバイルで使用する場合、理論的には100Mbpsの速度を実現できます。 固定バージョンでは、速度は1 Gb / sに達する可能性があります。

最も興味深いのは、セルラー通信システムでのMIMOテクノロジーの使用です。 この技術は、第3世代のセルラー通信システムから使用されています。 たとえば、UMTS規格では、Rel。 6、最大20 Mbpsの速度をサポートするHSPAテクノロジーと組み合わせて、Relで使用されます。 7-HSPA +を使用し、データ転送速度は40Mbpsに達します。 ただし、3Gシステムでは、MIMOは広く使用されていません。

システム、つまりLTEも、最大8x8の構成でMIMOを使用できるようにします。 理論的には、これにより、基地局から加入者に300Mbpsを超えるデータを転送することが可能になります。 また、重要な利点は、ハニカムのエッジでも接続の品質が一貫していることです。 この場合、基地局からかなり離れていても、離れた部屋にいても、データ転送速度のわずかな低下しか見られません。

したがって、MIMOテクノロジーは、ほとんどすべてのワイヤレスデータ伝送システムに適用されます。 さらに、その可能性は尽きていません。 すでに、最大64x64MIMOの新しいアンテナ構成オプションが開発されています。 これにより、将来的には、さらに高いデータレート、ネットワーク容量、およびスペクトル効率を実現できるようになります。