Магистрант Бектасов Б.Ж.
Казахский
агротехнический университет им. С.Сейфуллина, Казахстан
Технология пространственного мультиплексирования в
сетях Wi-Fi
Первое поколение устройств
по стандарту 802.11n появилось на рынке несколько лет назад. Технология MIMO (MIMO-multipleinput/multipleoutput-множественные входы/множественные
выходы) является стержнем 802.11n. Это радиосистема с множеством раздельных
путей передачи и приема. MIMO-системы описываются с использованием количества
передатчиков и приемников. Стандарт 802.11n определяет набор возможных
комбинаций от 1х1 до 4х4.
В типичном случае развертывания Wi-Fi-решения внутри
помещения, например в офисе, цеху, ангаре, больнице радиосигнал редко идет по
кратчайшему пути между передатчиком и приемником из-за стен, дверей и других
препятствий. Большинство подобных окружений имеют много различных поверхностей,
которые отражают радиосигнал (электромагнитную волну) подобно зеркалу,
отражающему свет. Когда множественные копии сигнала перемещаются различными
путями от передатчика к приемнику сигнал, шедший кратчайшим путем будет первым,
а следующие копии (или переотраженное эхо сигнала) придут чуть позже из-за
более длинных путей. Это называют многолучевым распространением сигнала
(multipath).
Условия множественного распространения постоянно
меняются, т.к. Wi-Fi-устройства часто перемещаются (смартфон с Wi-Fi в руках
пользователя), движутся вокруг различные объекты (люди, машины и т.п.). В
случае прибытия сигналов в разное время и под разными углами это может вызывать
искажения и возможное затухание сигнала.
Важно помнить, что 802.11n c MIMO и большим количеством приемников
может снизить эффект многолучевого распространения и деструктивную
интерференцию, но в любом случае лучше уменьшать условия многолучевого распространения
где и как только возможно. Один из важнейших моментов – держите антенны как
можно дальше от металлических предметов (прежде всего всенаправленные-омни).
Следует отметить, что далеко
не все Wi-Fi клиенты и точки доступа одинаковы с
точки зрения MIMO(multipleinput/multipleoutput). Существуют клиенты 1х1, 2х1, 3х3
и т.д. Например, мобильные устройства типа смартфона чаще всего поддерживают MIMO 1x1, иногда 1x2. Это связано с необходимостью
обеспечения низкого потребления энергии и долгой жизни аккумулятора, а также сложностью
в расположении нескольких антенн с адекватным их разнесением в небольшом
корпусе. Это же касается и других мобильных устройств: планшетных компьютеров,
КПК и т.п. Ноутбуки высокого уровня довольно часто уже сейчас поддерживают MIMO вплоть до 3х3.
Если в точке
отправки и в точке приема есть не менее двух связанных передатчиков с
разнесенными антеннами, то появляется возможность отправки набора разной
информации поверх разных сигналов с целью создания возможности виртуального
объединения таких информационных потоков в один канал передачи данных, общая
пропускная способность которого стремится к сумме отдельных потоков, из которых
он состоит. Это называется Пространственным мультиплексированием. Но здесь
крайне важно обеспечить возможность качественного разделения всех исходных
сигналов, что требует большой величины SNR – соотношения сигнал/шум.
В системах 802.11n достоинства
многолучевого распространения используются для одновременной передачи
нескольких радиосигналов. Каждый из этих сигналов, называемых
«пространственными потоками», отправляется с отдельной антенны с помощью
отдельного передатчика. Вследствие наличия некоторого расстояния между
антеннами каждый сигнал следует к приемнику по немного отличающемуся пути. Этот
эффект называется «пространственным разнесением». Приемник также оборудован
несколькими антеннами со своими отдельными радиомодулями, которые независимо
декодируют поступающие сигналы, и каждый сигнал объединяется с сигналами от
других приемных радиомодулей. В результате этого одновременно осуществляется
прием нескольких потоков данных. Это обеспечивает значительно более высокую
пропускную способность, чем в прежних системах 802.11, но и требует наличия
клиента с поддержкой 802.11n.
В MIMO возможно разделение всего входящего
информационного потока на несколько различных потоков данных с помощью
пространственного мультиплексирования для последующей их отправки. Используется
несколько передатчиков и антенн для отправки различных потоков в одном
частотном канале. Можно визуализировать это таким образом, что некоторая
текстовая фраза может передаваться так, что первое слово отправляется через
один передатчик, второе через другой передатчик и т.д.
Естественно,
принимающая сторона должна поддерживать такой же функционал для полноценного
выделения различных сигналов, их пересборки и объединения с помощью опять же
пространственного мультиплексирования. Так мы получаем возможность восстановить
исходный информационный поток. Представленная технология позволяет разделить
большой поток данных на набор меньших потоков и передавать их отдельно один от
другого. В целом это дает возможность более эффективно утилизировать
радиосреду.
Технологии
множественного приема/передачи (Multiple-Input Multiple-Output, MIMO),
действительно, способствуют повышению скорости передачи данных и росту
эффективности использования спектра. Поскольку коммерческие системы
беспроводной связи работают в условиях ярко выраженного многолучевого
распространения, они существенно выиграют от применения антенных систем MIMO с
соответствующими характеристиками. Благодаря тому, что MIMO обладает
возможностью существенно улучшить работу беспроводных систем, многие комитеты
стандартизации уже приняли эту технологию или рассматривают возможность ее
применения. Несмотря
на свою привлекательность, технология MIMO очень сложна, и ее использование в
системах беспроводной связи вызывает специфические трудности при тестировании и
измерениях.
Литература:
1. Пространственные потоки в MIMO. http://www.wi-life.ru
3. WiFi
specification. 2006. http://www.wifi.com/p_faq.html
4.
MIMO. http://ru.wikipedia.org/wiki/MIMO