Что такое поддержка mimo в роутере

TP-LINK Archer C2600

Linksys EA8500

Вот” еще несколько моделей роутеров с поддержкой многопользовательского MIMO:

• Zyxel Keenetic Giga KN-1010;
• TP-LINK Archer C6 (кстати, вполне бюджетный – не дороже 3500 рублей);
• D-Link DIR-853 (тоже недорогой – примерно 4000 рублей);
• Xiaomi Mi Router Pro;
• Tenda AC5.

Напишите нам, про какую модель вы хотели бы узнать подробно. Обязательно сделаем обзор. А я прощаюсь, до встречи!

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.

Содержание

Определение систем MIMO [ править | править код ]

В современных системах связи, например, в сотовых системах связи, высокоскоростных локальных вычислительных сетях и др., существует необходимость повышения пропускной способности. Пропускная способность может быть увеличена путём расширения полосы частот. Тем не менее, применимость этих методов ограничена из-за требований биологической защиты, ограниченной мощности источника питания (в мобильных устройствах) и электромагнитной совместимости. Поэтому если в системах связи эти подходы не обеспечивают необходимую скорость передачи данных, то эффективным может оказаться применение адаптивных антенных решёток со слабо коррелированными антенными элементами. Системы связи с такими антеннами получили название систем MIMO. [1] [2]

Канал MIMO [ править | править код ]

В общем случае в канале наблюдаются межсимвольная интерференция и частотная селективность [3] , но во многих случаях длительность импульсов в беспроводных системах связи намного больше задержек сигналов, поступающих на приёмную антенну, что даёт возможность пренебрегать межсимвольной интерференцией в канале. Частотную селективность также приходится принимать во внимание [3] , например, в системах связи стандарта IEEE 802.11 [4] , где используется технология OFDM. Однако в некоторых ситуациях можно использовать модель канала без частотной селективности.

Математическая модель MIMO [ править | править код ]

Рассмотрим MIMO-систему с N передающими и M приемными антеннами (антенными элементами). Свойства MIMO-канала, соединяющего m-й передающий элемент с n-м приёмным элементом, описываются комплексными канальными коэффициентами h n m > , образующими канальную матрицу H > размера N × M. Их значения случайно изменяются со временем из-за наличия многолучевого распространения сигнала. Если

то сигнал на приёмной стороне записывается следующим образом:

x → =”” H ⋅ s → + z → . >=”mathbf” cdot >+>.>

Матрица H > считается нормированной.

Обработка сигналов на приёмной стороне MIMO-системы [ править | править код ]

Среди алгоритмов обработки сигналов на приёмной стороне можно выделить:

• алгоритмы, основанные на методе максимального правдоподобия ( maximum likelihood , ML);
• алгоритмы, основанные на методе минимальных среднеквадратичных отклонений (МСКО);
• алгоритмы, основанные на методе форсирования нуля (обнуления, англ. zero forcing , ZF).

Также существует разделение на ортогональные и неортогональные методы кодирования/декодирования.

Основной задачей любого метода является поиск решений из числа всех возможных по наименьшему евклидовому расстоянию между переданным символом и одним из возможных ( 2 K ) )> решений.

Метод МСКО предполагает декодирование принятого сигнала по формуле

Θ ^ =”” ( H H − 1 − 2 σ 2 ⋅ I ) ⋅ H ′ Y .

Метод форсирования нуля предполагает декодирование по формуле

Θ ^ =”” ( H H − 1 ) ⋅ H ′ Y .

Метод максимального правдоподобия основан на поиске минимального расстояния от принятого символа до одного из возможных значений сигнального созвездия. Поиск «слепым» перебором наиболее труден, поскольку число операций здесь пропорционально [ прояснить (не указан комментарий) ] , где K — кратность манипуляции.

Для снижения вычислительной сложности этой задачи декодирование разделяется на 2 этапа:

• «Мягкое» декодирование, то есть приведение принятого символа к одному из 2 G >решений при том, что K>””> G > K <displaystyle G>K>K"/> .
• «Жёсткое декодирование», то есть определение окончательного решения путём нахождения наименьшего дискретного расстояния Хэмминга между «мягким» и «жёстким» решениями.

Методы пространственно-временного кодирования [ править | править код ]

Блочные методы пространственно-временного кодирования [ править | править код ]

Упрощённо, принцип блочного кодирования заключается в разбиении потока данных на блоки и ретрансляции блока в различные временны́е интервалы. Таким образом соблюдается принцип неоднократной посылки данных и улучшается помехоустойчивость схемы MIMO как таковой. Однако энергетического выигрыша кодирования по помехоустойчивости (ЭВК) блочные коды не дают. Наиболее простой и распространенной схемой является так называемая схема Аламоути, согласно которой данные в кодере распределяются в соответствии с матрицей

H = ( x 1 x 2 − x 2 ∗ x 1 ∗ ) . <displaystyle mathbf =<eginx_<1>&x_<2>\-x_<2>^<*>&x_<1>^<*>\end>.>

Таким образом, первая антенна передаёт подряд символы ( x 1 <displaystyle x_<1>> ) и ( − x 2 ∗ <displaystyle -x_<2>^<*>> ), вторая — ( x 2 <displaystyle x_<2>> ) и ( x 1 ∗ <displaystyle x_<1>^<*>> ). Иногда, в частности, в информационных технологиях и телекоммуникациях применяют транспонированную матрицу H. Кодовая скорость здесь равна 1, то есть данная схема не даёт выигрыша по скорости передачи данных, но может использоваться для предотвращения негативных воздействий замираний (здесь предполагается, что обе антенны не могут одновременно находиться в «плохих» с точки зрения помех положениях).

Декодирование происходит по схеме максимального правдоподобия.

Решётчатое пространственно-временное кодирование [ править | править код ]

Пропускная способность системы в целом и её частота битовых ошибок (BER) также в немалой степени определяются выбранными алгоритмами декодирования. Все основные алгоритмы декодирования строятся на следующих возможных принципах:

• принцип максимального правдоподобия;
• принцип минимальной среднеквадратичной ошибки;
• принцип обнуления (ZF — zero forcing);
• принцип решётчатого кодирования (выражается в присвоении каждому переходу от одного символа к другому уникальной последовательности битов, формируемой на основе заранее известного полинома).

Кодер STTC представляет собой совокупность модулятора M-PSK либо M-QAM и решётчатого кодера с заданным полиномом (в частноти, кодера Витерби).

Неортогональные методы пространственно-временного кодирования [ править | править код ]

BLAST [ править | править код ]

Технология BLAST (Bell Labs Space-Time Transformation) предназначена для:

• распределения потоков модулированных данных по нескольким антенно-фидерным трактам приёмопередающего устройства;
• распределения входящих модулированных сигналов по временны́м слотам.

Существует два вида алгоритма BLAST:

Алгоритм BLAST с диагональным распределением временных слотов (D-BLAST) [ править | править код ]

Достоинством этого метода является возможность «разброса» данных одного канала не только по пространственным и частотным каналам, но и по временным промежуткам. Подобный алгоритм используется в системах Wi-Max. Недостатками этого алгоритма являются:

• наличие временных потерь в начале и конце передачи,
• высокая сложность реализации,
• трудности кодирования.

Алгоритм BLAST с вертикальным распределением слотов (V-BLAST) [ править | править код ]

Достоинствами данного алгоритма являются:

• отсутствие временных потерь,
• меньшая сложность,
• простая структура кодеков.

Варианты пространственного мультиплексирования [ править | править код ]

Пространственное разделение подканалов в системах MIMO может быть реализовано следующими способами:

1. Способом разнесения потоков по задержке.
2. Способом разнесения посредством пространственно-временного кодирования (логическое развитие первого способа). [2]
3. Способом ортогонального блочного кодирования (в частности, методом ортогонального блочного кодирования Аламоути) [2] .
4. Способом ортогонального кодирования методом прямого расширения спектра DSSS[2] .
5. Способом введения диаграммообразующей схемы (ДОС) [2][5] .
6. Способом ортогонального расположения частот сигналов (несущих) по передающим трактам [2] .
7. Способом ортогонального поляризационного разделения сигналов [2] .
8. Сочетанием нескольких указанных способов.

Наличие обратной связи [ править | править код ]

MIMO-системы можно классифицировать по наличию или отсутствию обратной связи [6] :

1. MIMO с «открытой петлей» (англ. open-loop ). В данном случае оценки канала на приёмном конце используются для коррекции искажений, вносимых каналом.
2. MIMO с «замкнутой петлей» (англ. closed-loop ). Здесь, помимо оценки канала, на приёме и компенсации помех производится передача этих оценок на передающую сторону по т. н. обратному (англ. feedback ) каналу. Основываясь на принятой информации, передатчик производит перераспределение мощностей в своих передающих трактах с тем, чтобы увеличить мощность трактов, передающих по каналам с высокой интенсивностью замираний, а также внести коррекцию по амплитуде и фазе при формировании диаграммы направленности антенны.

Вопросы синхронизации [ править | править код ]

Наиболее распространённым методом синхронизации в OFDM-MIMO является метод пилотных сигналов (поднесущих).

Применение технологии MIMO [ править | править код ]

Технология MIMO нашла практическое применение в беспроводных локальных сетях стандарта IEEE 802.11n, IEEE 802.11ac, а также в беспроводных сетях мобильной связи WiMAX и LTE.

Моделирование MIMO-каналов [ править | править код ]

В простейшем случае (для релеевских замираний) моделирование канала связи MIMO может состоять в заполнении канальной матрицы H <displaystyle mathbf > случайными коэффициентами с нулевым средним и единичной дисперсией.

Massive MIMO [ править | править код ]

Мassive MIMO – это технология, в которой количество пользовательских терминалов намного меньше, чем количество антенн базовой станции (мобильной станции). [7]

Особенностью Massive MIMO является использование многоэлементных цифровых антенных решеток [8] , с количеством антенных элементов 128, 256 и более. [9] В целях упрощения аппаратной реализации и снижения стоимости таких многоканальных цифровых антенных решёток использование в них многомодовых оптоволоконных интерфейсов как разновидности радиофотоники является единственным разумным выбором не только при работе на прием сигналов, но и для передачи данных.

Снижению стоимости систем Massive MIMO в пересчете на один канал способствует применение комбинированных методов децимации отсчетов АЦП, сочетающих снижение темпа поступления данных с их предварительной (anti aliasing) фильтрацией, смещением по частоте и квадратурной (I/Q) демодуляцией. [9] Кроме того, упрощение обработки сигналов может достигаться адаптивным изменением количества каналов в системе Massive MIMO сообразно помеховой ситуации в эфире. Для этого следует использовать динамическую кластеризацию отдельных групп антенных элементов цифровой антенной решётки в подрешётки. [10]

Схемотехническая база систем Massive MIMO базируется на использовании модулей обработки сигналов стандартов CompactPCI, PCI Express, OpenVPX и др. [9] Технология Massive MIMO является одной из ключевых для реализации систем сотовой связи 5G [9] [11] и будет совершенствоваться по мере перехода к системам связи 6G. [12] [13]

Технология MIMO сыграла огромную роль в развитии WiFi. Несколько лет назад невозможно было представить точки доступа Wi-Fi и другие устройства с пропускной способностью в 300 Мбит/сек и выше. Появление новых скоростных стандартов связи, к примеру, 802.11n произошло во многом благодаря MIMO.

Вообще тут стоит упомянуть, что когда мы говорим о технологии WiFi, то на самом деле имеем в виду один из стандартов связи, а конкретно – IEEE 802.11. Брендом WiFi стал после того, как обрисовались заманчивые перспективы использования беспроводной передачи данных. Чуть подробнее о технологии вай-фай и стандарте 802.11 можно прочесть в этой статье.

Что представляет собой технология MIMO?

Если дать как можно более простое определение, то MIMO – это многопотоковая передача данных. Аббревиатуру можно перевести с английского как «несколько входов, несколько выходов» В отличие от предшественника (SingleInput/SingleOutput), в устройствах с поддержкой MIMO сигнал транслируется на одном радиоканале с помощью не одного, а нескольких приемников и передатчиков. При обозначении технических характеристик устройств WiFi рядом с аббревиатурой указывают их количество. Например, 3х2 – это 3 передатчика сигнала и 2 принимающих антенны.

Кроме того, в MIMO используется пространственное мультиплексирование. За устрашающим названием кроется технология одновременной передачи нескольких пакетов данных по одному каналу. Благодаря такому «уплотнению» канала его пропускную способность можно увеличить в два раза и более.

MIMO и WiFi

С ростом популярности беспроводной передачи данных по WiFi соединениям, конечно же, возросли требования к их скорости. И именно технология MIMO и другие разработки, взявшие ее за основу, позволили увеличить пропускную способность в несколько раз. Развитие WiFi идет по пути развития стандартов 802.11 – a, b, g, n и так далее. Мы не зря упомянули возникновение стандарта 802.11n. Multiple Input Multiple Output – его ключевой компонент, позволивший увеличить канальную скорость беспроводного соединения с 54 Мбит/сек до более 300 Мбит/сек.

Стандарт 802.11n позволяет применять как стандартную ширину канала в 20 МГц, так и использовать широкополосную линию в 40 МГц с более высокими показателями пропускной способности. Как уже упоминалось выше, сигнал многократно отражается, тем самым используя множество потоков на одном канале связи.

Благодаря этому доступ в интернет на основе WiFi теперь позволяет не только серфинг, проверку почты и общение в аське, но и онлайн-игры, онлайн-видео, общение в скайпе и прочий «тяжелый» трафик.

Более новый стандарт – 802.11ac также использует технологию MIMO.

Проблемы применения MIMO в WIFI

На заре становления технологии существовало затруднение совмещения устройств, работающих с поддержкой MIMO и без нее. Однако сейчас это уже не так актуально – практически каждый уважающий себя производитель беспроводного оборудования использует ее в своих устройствах.

Также одной из проблем при появлении технологии передачи данных с помощью нескольких приемников и нескольких передатчиков являлась цена устройства. Однако здесь настоящую ценовую революцию совершила компания Ubiquiti. Ей не только удалось наладить производство беспроводного оборудования с поддержкой MIMO, но и сделать это по очень демократичным ценам. Посмотрите, к примеру, стоимость типичного комплекта компании – Ubiquiti Rocket M5 (базовая станция), Ubiquiti NanoStation M5 (на стороне клиента). И в этих устройствах не просто MIMO, а фирменная улучшенная технология airMax на ее основе.

Проблемой остается только увеличение количества антенн и передатчиков (сейчас максимум 3) для устройств с PoE. Обеспечить питанием более энергоемкую конструкцию затруднительно, но опять-таки, постоянные сдвиги в этом направлении делает Ubiquiti.

Технология AirMAX

Компания Ubiquiti Networks является признанным лидером разработки и реализации инновационных технологий WiFi, в том числе и MIMO. Именно на ее основе Ubiquiti была разработана и запатентована технология AirMAX. Суть ее в том, что прием-передача сигнала несколькими антеннами на одном канале упорядочивается и структурируется протоколом TDMA с аппаратным ускорением: пакеты данных разнесены в отдельные временные слоты, очереди передачи координируются.

Это позволяет расширить пропускную способность канала, увеличить количество подключаемых абонентов без потери качества связи. Данное решение эффективно, удобно в использовании и, что немаловажно – недорого. В отличие от аналогичного оборудования, используемого в WiMAX – сетях, оборудование от Ubiquiti Networks с технологией AirMAX приятно радует ценами.