Что такое mimo в роутере
Перейти к содержимому

Что такое mimo в роутере

  • автор:

Вас беспокоит проблема задержек при подключении?

Количество подключаемых Wi-Fi устройств в среднем доме или офисе постоянно увеличивается. Параллельно с этим все больше устройств используются для выполнения ресурсоёмких задач. В результате пользователи испытывают низкую производительность Wi-Fi.

Сниженная производительность Wi-Fi

Незадействованный поток
Полученный
поток
Незадействованный поток
Полученный
поток
Незадействованный поток
Полученный
поток
Незадействованный поток
Полученный
поток

Почему MU-MIMO?

В целях улучшения производительности Wi-Fi режиму SU-MIMO (однопользовательский MIMO) нужна модернизация. Большинство Wi-Fi маршрутизаторов с SU-MIMO отправляют данные одному пользователю в один момент времени. Наши маршрутизаторы обычно обеспечивают 3 или более потоков данных, но большинство принимающих устройств, таких как смартфоны, планшеты, ноутбуки (и даже Apple TV) обычно получают 1~2 потока данных – таким образом, пользователи не получают максимум от возможностей роутера. Например, 3×3 11ac Wi-Fi маршрутизатор с SU-MIMO поддерживает максимальную скорость Wi-Fi до 1,3 Гбит/с. Но смартфон или планшет с одной антенной поддерживает максимальную скорость до 433 Мбит/с, оставляя незадействованной 867 Мбит/с пропускной способности.

Таким образом, MU-MIMO предназначен улучшить производительность режима SU-MIMO.

Задействованы все
потоки
Получаемый
поток
Получаемый
поток
Получаемый
поток
Задействованы все
потоки
Получаемый
поток
Получаемый
поток
Получаемый
поток
Задействованы все
потоки
Получаемый
поток
Получаемый
поток
Получаемый
поток
Задействованы все
Stream
Получаемый
поток
Получаемый
поток
Получаемый
поток

Что такое MU-MIMO?

Обыкновенные WI-Fi маршрутизаторы с однопользовательским MIMO отправляют данные только одному устройству в один момент времени. Другим пользователям, подключённым к данному соединению, приходится ожидать. Это снижает производительность и общую пропускную способность. Этот эффект становится выражен ещё сильнее при подключении большего числа пользователей и просмотра ими мультимедийного контента, такого как HD-видео.

MU-MIMO решает эту проблему, создавая 3 одновременных соединения для отправки нескольким пользователям по 3 потока данных одновременно. Благодаря технологическому преимуществу технологии MU-MIMO может обеспечивать больше пространственных потоков и отправлять данные большему числу клиентов одновременно.

В чем преимущества MU-MIMO для пользователей?

Множественная производительность – увеличенная пропускная способность и сниженная задержка

Поскольку сеть MU-MIMO не требует, чтобы клиентские устройства поочерёдно делили соединение, время ожидания значительно снижается, что обеспечивает быструю работу сети и клиентских устройств.

Больше пользователей

Маршрутизатор с MU-MIMO позволяет использовать ранее незадействованный объём пропускной способности, позволяя отправлять данные 3 пользователям одновременно.

Высокая эффективность – больший объём передачи трафика в сети

Сети с большим числом клиентов получают больше времени или пропускной способности для обработки устаревших устройств, что позволяет даже устаревшим клиентам получать выгоду от MU-MIMO.

Быстрее / мощнее / эффективнее

Что предлагает TP-LINK?

В настоящий момент Archer C3150 поддерживают MU-MIMO. Технология MU-MIMO будет применяться в большем числе устройств в будущем.

AC3150 Беспроводной двухдиапазонный

AC2600 Беспроводной двухдиапазонный

[Беспроводное устройство] Что такое MU-MIMO? Какие модели его поддерживают?

Отсканируйте QR-код, чтобы открыть эту страницу на вашем смартфоне.

[Беспроводное устройство] Что такое MU-MIMO? Какие модели его поддерживают? Что это?
MU-MIMO: многопользовательская технология нескольких входов и выходов для Wi-Fi
MU-MIMO относится к технологии, доступной в сетях Wi-Fi 802.11ac, которая может одновременно транслировать сигнал из нескольких источников в несколько систем.
Как это работает?
Старые беспроводные маршрутизаторы будут передавать поток с максимальной пропускной способностью, насколько это возможно, и позволяют всем устройствам, подключенным к маршрутизатору, получать данные из общего пула. Функция MU-MIMO выделяет сегменты полосы пропускания максимум четырем отдельным устройствам. (4×4)
Как включить?
Функция включена по умолчанию и будет работать автоматически при обнаружении / использовании совместимых устройств. Вы можете найти технические характеристики по ссылке: https://www.asus.com/Networking-IoT-Servers/WiFi-Routers/ASUS-WiFi-Routers/ Или ознакомиться со списком поддерживаемых моделей ниже:

Наименование модели MU-MIMO
GT-AC2900 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
GT-AC5300 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
GT-AX11000 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
Lyra 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
Lyra_Mini 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
Lyra_Voice 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
RT-AC3100 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
RT-AC5300 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
RT-AC86U 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
RT-AC88U 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
RT-AX55 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
RT-AX56U 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
RT-AX58U 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
RT-AX68U 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
RT-AX82U 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
RT-AX86U 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
RT-AX89X 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
TUF-AX3000 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
ZenWiFi_CT8 5GHz_MU-MIMO
2.4GHz_MU-MIMO
Наименование модели MU-MIMO
4G-AC53U 5GHz_MU-MIMO
RT-AC59U 5GHz_MU-MIMO
RT-AC59U_V2 5GHz_MU-MIMO
ZenWiFi_CD6 5GHz_MU-MIMO

Как скачать (Утилиты/ ПО)? Вы можете загрузить последние версии драйверов, программного обеспечения, микропрограмм и руководств пользователя из ASUS Центра загрузок (LINK) Если вам нужно больше информации о центре загрузок ASUS, пожалуйста, обратитесь по ссылке

13 вещей, которые необходимо знать о MU-MIMO Wi-Fi

Одно из самых существенных и важных нововведений Wi-Fi за прошедшие 20 лет – технология Multi User – Multiple Input Multiple Output (MU-MIMO). MU-MIMO расширяет функциональность появившегося недавно обновления беспроводного стандарта 802.11ac «Wave 2». Безусловно, это огромный прорыв для беспроводной связи. Данная технология помогает увеличить максимальную теоретическую скорость беспроводного соединения от 3,47 Гбит/с в оригинальной спецификации стандарта 802.11ac до 6,93 Гбит/с в обновлении стандарта 802.11ac Wave 2. Это одна из самых сложных функциональностей Wi-Fi на сегодняшний день.

Давайте разберемся как это работает!

Технология MU-MIMO повышает планку за счет разрешения нескольким устройствам принимать несколько потоков данных. Она базируется на однопользовательской технологии MIMO (SU-MIMO), которая была представлена почти 10 лет назад со стандартом 802.11n.

SU-MIMO увеличивает скорость Wi-Fi-соединения, позволяя паре беспроводных устройств одновременно принимать или отправлять несколько потоков данных.

Рисунок 1. Технология SU-MIMO предоставляет многоканальные входные и выходные потоки одному устройству в одно и то же время. Технология MU-MIMO обеспечивает одновременную связь с несколькими устройствами.

По сути, революционные изменения для Wi-Fi обеспечивают две технологии. Первая из этих технологий, называемая beamforming, позволяет Wi-Fi-маршрутизаторам и точкам доступа более эффективно использовать радиоканалы. До появления этой технологии Wi-Fi-маршрутизаторы и точки доступа работали как электрические лампочки, посылая сигнал во всех направлениях. Проблема заключалась в том, что несфокусированному сигналу ограниченной мощности трудно добраться до клиентских Wi-Fi-устройств.

С помощью технологии beamforming Wi-Fi-маршрутизатор или точка доступа обменивается с клиентским устройством информацией о своем местоположении. Затем маршрутизатор изменяет свою фазу и мощность для формирования лучшего сигнала. Как результат: более эффективно используются радиосигналы, ускоряется передача данных и, возможно, увеличивается максимальная дистанция соединения.

Возможности beamforming расширяются. До сих пор Wi-Fi-маршрутизаторы или точки доступа были по своей сути однозадачными, посылая или принимая данные только от одного клиентского устройства одновременно. В более ранних версиях семейства стандартов беспроводной передачи данных 802.11, включая стандарт 802.11n и первую версию стандарта 802.11ac, существовала возможность одновременного приема или передачи нескольких потоков данных, но до сих пор не существовало метода, позволяющего Wi-Fi-маршрутизатору или точке доступа в одно и то же время «общаться» сразу с несколькими клиентами. Отныне же с помощью MU-MIMO такая возможность появилась.

Это действительно большой прорыв, так как возможность одновременной передачи данных сразу нескольким клиентским устройствам значительно расширяет доступную полосу пропускания для беспроводных клиентов. Технология MU-MIMO продвигает беспроводные сети от старого способа CSMA-SD, когда в одно и то же время обслуживалось только одно устройство, к системе, где сразу несколько устройств могут одновременно «говорить». Для большей наглядности примера, представьте себе переход от однополосной проселочной дороги к широкой автомагистрали

Сегодня беспроводные маршрутизаторы и точки доступа второго поколения стандарта 802.11ac Wave 2 активно завоевывают рынок. Каждый, кто разворачивает Wi-Fi понимать специфику работы технологии MU-MIMO. Предлагаем вашему вниманию 13 фактов, которые ускорит ваше обучение в этом направлении.

1. MU-MIMO использует только «Downstream» поток (от точки доступа к мобильному устройству).

В отличие от SU-MIMO, технология MU-MIMO в настоящее время работает только для п ередачи данных от точки доступа к мобильному устройству. Только беспроводные маршрутизаторы или точки доступа могут одновременно передавать данные нескольким пользователям, будь то один или несколько потоков для каждого из них. Сами же беспроводные устройства (такие, как смартфоны, планшеты или ноутбуки) по-прежнему должны по очереди направлять данные к беспроводному маршрутизатору или точке доступа, хотя при этом при наступлении их очереди они по отдельности могут использовать технологию SU-MIMO для передачи нескольких потоков.

Технология MU-MIMO будет особенно полезной в тех сетях, где пользователи больше скачивают данные, чем загружают.

Возможно, в будущем будет реализована версия технологии Wi-Fi: 802.11ax , где метод MU-MIMO будем применим и для «Upstream» трафика.

2. MU-MIMO работает только в Wi-Fi-диапазоне частот 5 ГГц

Технология SU-MIMO работает как в диапазоне частот 2,4 ГГц, так и 5 ГГц. Беспроводные роутеры и точки доступа второго поколения стандарта 802.11ac Wave 2 могут одновременно обслуживать несколько пользователей только на полосе частот 5 ГГц. С одной стороны, конечно, жаль, что на более узкой и более перегруженной полосе частот 2,4 ГГц мы не сможем использовать новую технологию. Но, с другой стороны, на рынке появляется все больше двухдиапазонных беспроводных устройств, поддерживающих технологию MU-MIMO, которые мы можем использовать для разворачивания производительных корпоративных Wi-Fi-сетей.

3. Технология Beamforming помогает направлять сигналы

В литературе СССР можно встретить понятие Фазированная Антенная Решётка, которая была разработана для военных радаров в конце 80-х. Аналогичная технология была применена в современном Wi-Fi. MU-MIMO использует технологию формирования направленного сигнала (в англоязычной технической литературе известной как «beamforming»). Beamfiorming позволяет направлять сигналы в направлении предполагаемого местоположения беспроводного устройства (или устройств), а не посылать их случайным образом во всех направлениях. Таким образом получается сфокусировать сигнал и существенно увеличить дальность действия и скорость работы Wi-Fi-соединения.

Хотя технология beamforming стала опционально доступна еще со стандартом 802.11n, тем ни менее большинство производителей реализовывали свои проприетарные версии этой технологии. Эти вендоры и сейчас предлагают проприетарные реализации технологии в своих устройствах, но теперь им придется включить хотя бы упрощенную и стандартизированную версию технологии формирования направленного сигнала, если они хотят поддерживать технологию MU-MIMO в своей продуктовой линейке стандарта 802.11ac.

4. MU-MIMO поддерживает ограниченное количество одновременных потоков и устройств

К огромному сожалению, маршрутизаторы или точки доступа с реализованной технологией MU-MIMO не могут одновременно обслуживать неограниченное количество потоков и устройств. Маршрутизатор или точка доступа имеют собственное ограничение на число потоков, которые они обслуживают (зачастую это 2, 3 или 4 потока), и это количество пространственных потоков также ограничивает количество устройств, которые точка доступа может одновременно обслужить. Так, точка доступа с поддержкой четырех потоков может одновременно обслуживать четыре различных устройства, либо, к примеру, один поток направить к одному устройству, а три других потока агрегировать на другое устройство (увеличив скорость от объёединения каналов).​

5. От пользовательских устройств не требуется наличие нескольких антенн

Как и в случае с технологией SU-MIMO, только беспроводные устройства со встроенной поддержкой MU-MIMO могут агрегировать потоки (скорость). Но, в отличие от ситуации с технологией SU-MIMO, беспроводным устройствам не обязательно требуется иметь несколько антенн, чтобы принимать MU-MIMO-потоки от беспроводных маршрутизаторов и точек доступа. Если беспроводное устройство оснащено только одной антенной, оно может принять только один MU-MIMO-поток данных от точки доступа, используя beamforming для улучшения приёма.

Большее количество антенн позволит беспроводному пользовательскому устройству принимать большее количество потоков данных одновременно (обычно из расчета один поток на одну антенну), что, безусловно, положительно скажется на производительности этого устройства. Однако, наличие нескольких антенн у пользовательского устройства негативно сказывается на потребляемой мощности и размере этого изделия, что критично для смартфонов.

Однако технология MU-MIMO предъявляет меньшие аппаратные требования к клиентским устройствам, чем обременительная в техническом плане технология SU-MIMO, то можно с уверенностью предположить, что производители гораздо охотнее станут оснащать свои ноутбуки и планшеты поддержкой технологии MU-MIMO.​

6. Точки доступа выполняют «тяжелую» обработку

Стремясь к упрощению требований к устройствам конечных пользователей, разработчики технологии MU-MIMO постарались переложить на точки доступа большую часть работы по обработке сигнала. Это еще один шаг вперед по сравнению с технологией SU-MIMO, где бремя по обработке сигнала большей частью лежало на пользовательских устройствах. И опять же, это поможет производителям клиентских устройств экономить на мощности, размере и других затратах при производстве своих продуктовых решений с поддержкой MU-MIMO, что должно весьма позитивно сказаться на популяризации данной технологии.

7. Даже бюджетные устройства получают ощутимую выгоду от одновременной передачи через несколько пространственных поток

Подобно агрегации каналов в сети Ethernet (802.3ad и LACP), объединение потоков 802.1ac не увеличивает скорость соединения «точка-точка». Т.е. если вы единственный пользователь и у Вас запущено только одно приложение — вы задействует только 1 пространственный поток.

Однако существует возможность увеличить общую пропускную способность сети за счет предоставления возможности по обслуживанию точкой доступа нескольких пользовательских устройств одновременно.

Но если все используемые в вашей сети пользовательские устройства поддерживают работу только с одним потоком, то MU-MIMO позволит вашей точке доступа обслуживать одновременно до трех устройств, вместо одного за раз, в то время как другим (более продвинутым) пользовательским устройствам придется ожидать своей очереди.

Рисунок 2​. Технология MU-MIMO за то же самое время может позволить отправить в три раза больший объем данных, чем SU-MIMO, тем самым более чем в два раза увеличивая скорость получения данных каждым клиентским устройством

8. Некоторые пользовательские устройства имеют скрытую поддержку технологии MU-MIMO

Не смотря на то, что в настоящее время все еще не так много маршрутизаторов, точек доступа или мобильных устройств поддерживают MU-MIMO, в компании-производителе Wi-Fi-чипов утверждают, что часть производителей в своем производственном процессе учла аппаратные требования для поддержки новой технологии для некоторых своих устройств для конечных пользователей еще несколько лет назад. Для таких устройств относительно простое обновление программного обеспечения добавит поддержку технологии MU-MIMO, что также должно ускорить популяризацию и распространение технологии, а также стимулировать компании и организации модернизировать свои корпоративные беспроводные сети с помощью оборудования с поддержкой стандарта 802.11ac.

9. Устройства без поддержки MU-MIMO также оказываются в выигрыше

Не смотря на то, что Wi-Fi-устройства обязательно должны иметь поддержку MU-MIMO для того, чтобы использовать эту технологию, даже те клиентские устройства, которые такой поддержкой не имеют, могут получить косвенную выгоду от работы в беспроводной сети, где маршрутизатор или точки доступа поддерживают технологию MU-MIMO. Следует помнить, что скорость передачи данных по сети напрямую зависит от общего времени, в течение которого абонентские устройства подключены к радиоканалу. И если технология MU-MIMO позволит обслуживать часть устройств быстрее, то это означает, что у точек доступа в такой сети останется больше времени на обслуживание других клиентских устройств.

10. MU-MIMO помогает увеличить пропускную способность беспроводной сети

Когда вы увеличиваете скорость Wi-Fi-соединения, вы также увеличиваете пропускную способность беспроводной сети. Так как устройства обслуживаются более быстро, то у сети появляется больше эфирного времени на обслуживание большего количества клиентских устройств. Таким образом, технология MU-MIMO может значительно оптимизировать работу беспроводных сетей с интенсивным трафиком или большим количеством подключенных устройств, таких как общественные Wi-Fi-сети. Это прекрасная новость, так как количество смартфонов и других мобильных устройств с возможностью подключения к Wi-Fi-сети, скорее всего, продолжит увеличиваться.

11. Поддерживается любая ширина канала

Одним из способов расширения пропускной способности Wi-Fi-канала является связывание каналов, когда объединяются два соседних канала в один канал, который в два раза шире, что фактически удваивает скорость Wi-Fi-соединения между устройством и точкой доступа. Стандарт 802.11n предусматривал поддержку каналов шириной до 40 МГц, в оригинальной спецификации стандарта 802.11ac поддерживаемая ширина канала была увеличена до 80 МГц. В обновленном стандарте 802.11ac Wave 2 поддерживаются каналы шириной 160 МГц.

Рисунок 3. На сегодняшний день стандарт 802.11ac поддерживает каналы шириной до 160 МГц в диапазоне частот 5 ГГц

Однако, не следует забывать, что использование в беспроводной сети каналов большей ширины увеличивает вероятность возникновения помех в совмещенных каналах. Поэтому такой подход не всегда будет правильным выбором для разворачивания всех без исключения Wi-Fi-сетей. Тем ни менее, технология MU-MIMO, как мы можем убедиться, может быть использована для каналов любой ширины.

Тем ни менее, даже если ваша беспроводная сеть использует более узкие каналы шириной 20 МГц или 40 МГц, технология MU-MIMO все равно может помочь ей работать быстрее. А вот насколько быстрее, будет зависеть от того, сколько необходимо будет обслуживать клиентских устройств и сколько потоков каждое из этих устройств поддерживает. Таким образом, использование технологии MU-MIMO даже без широких связанных каналов может более чем в два раза увеличить пропускную способность выходного беспроводного соединения для каждого устройства.

12. Обработка сигналов повышает безопасность

Интересным побочным эффектом технологии MU-MIMO является то, что маршрутизатор или точка доступа шифрует данные перед их отправкой через радиоканалы. Достаточно трудно декодировать данные, передаваемые с использованием технологии MU-MIMO, т. к. не ясно какая часть кода в каком пространственном потоке находится. Хотя впоследствии могут быть разработаны специальные инструменты, позволяющие другим устройствам перехватывать передаваемый трафик, на сегодняшний день технология MU-MIMO эффективно маскирует данные от расположенных вблизи устройств прослушивания. Таким образом, новая технология помогает повысить Wi-Fi-безопасность, что особенно актуально для открытых беспроводных сетей, таких как общественные Wi-Fi-сети, а также точек доступа, работающих в персональном режиме или использующих упрощенный режим аутентификации пользователей (Pre-Shared Key, PSK) на базе технологий защиты Wi-Fi-сети WPA или WPA2.

13. MU-MIMO лучше всего подходит для неподвижных Wi-Fi-устройств

Также существует одно предостережение о технологии MU-MIMO: она не очень хорошо работает с быстродвижущимися устройствами, так как процесс формирования направленного сигнала по технологии beamforming становится более сложным и менее эффективным. Поэтому MU-MIMO не сможет обеспечить вам заметную пользу для устройств, часто использующих роуминг в вашей корпоративной сети. Однако, следует понимать, что эти «проблемные» устройства никак не должны повлиять ни на MU-MIMO-передачу данных другим клиентским устройствам, которые менее подвижны, ни на их производительность.

Смотрите также:

  • Технология 802.3ad. Wi-Fi устанавливает новые рекорды скорости передачи данных!
  • Как построить Wi-Fi сеть?
  • Типовые решения Wi-Fi

Что такое MU-MIMO и что это дает конечному пользователю?

MU-MIMO (что означает многопользовательский, множественный вход, множественный выход) был создан для поддержки сред, в которых несколько пользователей одновременно пытаются получить доступ к беспроводной сети. С выходом 802.11ax возможности технологии MU-MIMO существенно расширяются.

  1. Что такое MIMO?
  2. SU-MIMO и MU-MIMO: в чем различие?
  3. Технология MU-MIMO изнутри
    1. Пространственное мультиплексирование (Spatial Mutiplexing)
    2. Beamforming (адаптивное формирование диаграммы направленности луча)
    3. Механизм передачи информации в MU-MIMO

    Что такое MIMO?

    MIMO – технология увеличения спектральной эффективности радиоканала (его пропускной способности и помехоустойчивости), достигается это методом пространственного кодирования сигнала, когда прием и передача данных ведется системами из нескольких антенн на одном канале. Реализовано как пространственное разнесение на приёме, так и пространственное разнесение на передаче. Чтобы МИМО работал нужно многолучевое распространение сигнала. Эта технология широко применяется в беспроводных сетях протокола 802.11ax, ac, n, а также в более старших — LTE и WiMAX.

    SU-MIMO и MU-MIMO: в чем различие?

    в чем различие SU-MIMO и MU-MIMO

    MU-MIMO означает многопользовательский, множественный вход, множественный выход и является беспроводной технологией, поддерживаемой маршрутизаторами и конечными устройствами. MU-MIMO — это следующая эволюция однопользовательского MIMO (SU-MIMO), когда роутер в один момент времени отправляет данные одному клиенту.

    Технология MIMO была создана для того, чтобы помочь увеличить количество антенн на беспроводной точке доступа, которые используются как для приема, так и для передачи, и повысить пропускную способность беспроводных соединений.

    Работа многопользовательского МИМО начинается с 802.11ax, 802.11ac Wave2. Старшие стандарты, такие как 802.11b, g и n его не поддерживают. Когда в 2015 году вышел стандарт ac Wave 2, с этой технологией могли работать только маршрутизаторы и точки доступа.

    На 2019 год многие конечные устройства теперь поддерживают MU-MIMO. Начинаz с 802.11ax MU-MIMO двунаправленный, т.е. работает с входящим и исходящим потоками.

    Технология MU-MIMO изнутри

    В 2008 году стандарт 802.11n представил технологию multi-in multi-out (MIMO), предназначенную для повышения пропускной способности Wi-Fi между точками доступа и клиентскими устройствами. Чтобы MIMO работал, две беспроводные станции (т.е. и точка доступа, и клиентское устройство) должны иметь несколько антенн, которые идентичны и физически отделены друг от друга фиксированным расстоянием, чтобы отсутствовала разность фаз на рабочей длине волны.

    Пространственное мультиплексирование (Spatial Mutiplexing)

    Пространственный поток представляет собой набор данных, посланный передающими антеннами, который может быть математически реконструирован на антеннах приемника. В MIMO каждый пространственный поток передается с разных антенн в том же частотном канале, на котором работает передатчик. Рисунок ниже иллюстрирует это для случая с двумя потоками.

    Пространственное мультиплексирование

    Приемник принимает каждый поток на идентичную радио цепь. Поскольку он знает смещения фазы своих собственных антенн, он может использовать математические методы обработки сигналов для реконструкции исходных потоков. Чтобы повысить пропускную способность нужно увеличивать количество потоков. Каждый пространственный поток содержит набор уникальных данных, а количество независимых пространственных потоков ограничено тем, какое Wi-Fi устройство имеет наименьшее количество радиолиний.

    Как правило, этим ограничением является клиентское устройство: поскольку каждая радио цепь (антенна) потребляет энергию и требует место для размещения. Вот почему большинство мобильных смартфонов и планшетов способны поддерживать только однопотоковую или двухпотоковую связь, и даже высокопроизводительные ноутбуки и ПК обычно поддерживают только до трех потоков.

    В первой волне 802.11ac пропускная способность повышалась не только за счет использования MIMO, а применялись и другие механизмы:

    • использование большей ширины канала;
    • более сложная схема модуляции и кодирования 256-QAM.

    Однако общая ширина полосы в любом частотном диапазоне является «конечной» и это накладывает свои ограничения. Чем шире канал, тем больше он подвержен помехам.

    Федеральная комиссия связи ведет работу над открытием большего количества нелицензированного спектра в 5 ГГц для Wi-Fi. Но каналы шириной в 80 и 160 МГц на практике остаются редко достижимыми из-за наличия помех. Чем выше модуляция, тем чище должен быть сигнал. Это означает одно — между точкой доступа и клиентами должен быть действительно хороший сигнал, практически такое возможно только когда они находятся на близких расстояниях в отсутствии помех.

    Beamforming (адаптивное формирование диаграммы направленности луча)

    Многопользовательский MIMO (MU-MIMO) повышает пропускную способность канала за счет одновременной передачи данных на множество клиентов. Но есть еще другая эффективная технология – формирование диаграммы направленности луча в нисходящем канале – TxBF.

    TxBF впервые была представлена в стандарте 802.11n, но широкого распространения не получила. Если в MIMO с каждой антенны отправляются разные пространственные потоки, то при формировании луча с нескольких антенн отправляется один и тот же поток со сдвигом фаз.

    Многопользовательский MIMO и формирование луча

    Роутер отправляет служебную информацию к клиенту со всех своих антенн, а клиент в обязательном порядке отвечает роутеру матрицей, которая указывает, что он увидел от каждой из антенн. Программное обеспечение маршрутизатора вычисляет примерное местоположение клиента и вносит поправки в работу всех своих передатчиков таким образом, что бы максимизировать сигнал на клиенте.

    Например, для устранения замираний на одной из антенн изменяется фазовый сдвиг или увеличивается амплитуда сигнала для прохождения преграды. Если сигнал с разных антенн приходит синфазно и с одинаковой мощностью, он складывается – это понятие называется конструктивной интерференцией. В этом случаем за счет увеличения мощности сигнала возрастает скорость передачи данных и максимальное расстояние до клиента. И наоборот если приходит два сигнал с противоположной фазой они гасятся, и результирующая амплитуда сигнала может быть равна нулю – это называется деструктивной интерференцией радиоволн.

    Для формирования диаграммы направленности требуется использование фазированной антенной решетки, в которой имеется множество одинаковых антенн и они разнесены на фиксированное друг от друга расстояние (для работы в противофазе).

    Конструктивная и деструктивная интерференция

    За счет одновременной передачи данных сразу нескольким клиентам и поддержки множества пространственных потоков MU-MIMO позволяет увеличить канальную скорость в полосе.

    Умея контролировать фазовую диаграмму направленности антенны, можно управлять зонами с максимальной конструктивной интерференцией — там, где сигнал является самым сильным, так и зонами с максимальной деструктивные интерференцией — там, где сигнал является самым слабым. А имея матрицу с параметрами сигналов от клиентов и зная их относительное положение, можно создавать шаблон для связи сразу с несколькими клиентами одновременно и независимо.

    Схема работы MU-MIMO и матрица с параметрами сигнала

    Механизм передачи информации в MU-MIMO

    1. AP передает сигнальный зондирующий кадр;
    2. Каждое MU-MIMO-совместимое клиентское устройство передает назад точке доступа матрицу с данными;
    3. AP вычисляет относительную позицию каждого связанного клиентского устройства;
    4. Точка доступа выбирает группу клиентских устройств для одновременной связи;
    5. AP вычисляет необходимые смещения фазы для каждого потока данных для каждого клиента в группе и передает все потоки данных группе клиентов;
    6. AP отправляет BlockAckRequest каждому клиентскому устройству в группе отдельно, чтобы получить подтверждение того, дошли ли данные до клиентского устройства;
    7. AP получает BlockAck от каждого клиентского устройства в группе, которая успешно получила данные;
    8. Связь установлена и начинается передача данных.

    Максимальное количество одновременно работающих клиентов на единицу меньше, чем общее количество доступных потоков роутера. Это математическое ограничение и вот почему. Точка доступа должна контролировать как зоны максимальной конструктивной интерференции для фокусирования самого сильного сигнала на клиентском устройстве, так и зоны максимальной деструктивной интерференции, чтобы минимизировать сигнал на других клиентских устройствах в этой группе.

    Математически число переменных превышает число неизвестных, поэтому одним потоком нельзя управлять независимо. Таким образом, для текущего поколения точек доступа 802.11ac Wave 2 с поддержкой MU-MIMO 4×4: 4 допустима следующая комбинация групп:

    • Одно потоковое клиентское устройство 3×3: 3 и одно потоковое клиентское устройство 1×1: 1;
    • Два потоковых клиентских устройства 2×2: 2;
    • Одно потоковое клиентское устройство 2×2: 2 и до двух потоковых клиентских устройств 1×1: 1;
    • До трех потоковых клиентских устройств 1×1: 1.

    Совместное использование пространственного мультиплексирования и адаптивного формирования диаграммы направленности луча позволяет:

    1. повысить помехоустойчивость системы (уменьшить вероятность ошибки);
    2. повысить скорость передачи информации в системе;
    3. увеличить зону покрытия;
    4. уменьшить требуемую мощность передатчика.

    IoT (Интернет вещей) и MU-MIMO

    Стандарт 802.11ax может поддерживать одновременно восемь передач MU-MIMO, по сравнению с четырьмя в 802.11ac. Одновременная поддержка восьми выделенных каналов позволяет большему количеству IoT устройств установить связь с точкой доступа и избежать проблем с пропускной способностью, которые существовали в более ранних версиях Wi-Fi, включая 802.11ac. Это особенно актуально, если в помещении большое количество устройств, обладающих низкой скоростью передачи данных (а это как раз и есть IoT).

    Практические ограничения MU-MIMO

    1. Работа возможна только с клиентами поддерживающими 802.11ac и ax. Клиент должен принять информацию, предназначенную сразу нескольким клиентам, вычленить оттуда то, что предназначено только ему, обработать данные и отправить в матричном виде обратно роутеру. А для этого он должен уметь обрабатывать сигнальные кадры в дейтограммах, иначе он не сможет принять информацию.
    2. Клиенты должны находиться на значительном друг от друга расстоянии, что бы роутер мог сформировать потоки с разнесением во времени и пространстве. Если на столе будет лежать ноутбук, планшет и телефон, роутер не сможет вычислить пространственное положение каждого устройства и сформировать для него пространственно-временной сдвиг фаз. В этом случае он переключится на обычный МИМО-режим.
    3. Скорость передачи всегда будет выравниваться по самому медленному клиенту! ВСЕГДА!

    Видео — увеличение емкости сети с помощью Massive MIMO и 3D Beamforming

    Комментарии

    Даниил 2021-05-14 10:37:00

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *