MIMO и WiFi

Определения

WiFi — торговая марка для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11. В повседневной жизни пользователи беспроводных сетей используют термин "технология WiFi", подразумевая не торговую марку, а стандарт IEEE 802.11.
Технология WiFi позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, уменьшая тем самым стоимость развёртывания сети. Благодаря WiFi места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.
Вопреки распространенному мнению о "вредности" WiFi, излучение от WiFi устройств в момент передачи данных на два порядка (в 100 раз) меньше, чем у сотового телефона.

MIMO (англ. Multiple Input Multiple Output) — технология передачи данных, основанная на применении пространственного мультиплексирования с целью одновременной передачи нескольких информационных потоков по одному каналу, а также многолучевое отражение, которое обеспечивает доставку каждого бита информации соответствующему получателю с небольшой вероятностью влияния помех и потерь данных.

Решение проблеммы увеличения пропускной способности

При интенсивном развитии одних высоких технологий возрастают требования к другим. Этот принцип напрямую затрагивает и системы связи. Одна из наиболее актуальных проблем В современных системах связи - необходимость повышения пропускной способности и скорости передачи данных. Существует два традиционных способа увеличения пропускной способности

расширение полосы частот
повышение излучаемой мощности

Но из-за требований к биологической и электромагнитной совместимости накладываются ограничения на повышение излучаемой мощности и расширение полосы частот. При таких ограничениях проблема нехватки пропускной способности и скорости передачи данных заставляет искать новые эффективные методы ее решения. Одним из самых эффективных методов - применение адаптивных антенных решёток со слабо коррелированными антенными элементами. На этом принципе основана технология MIMO. Системы связи, которые используют эту технологию называются MIMO системы (Multiple Input Multiple Output).

Стандарт 802.11n и MIMO

Данная технология нашла применение в стандарте IEEE 802.11n (новейшая версия стандарта 802.11 для сетей WiFi), мобильном WiMAX и LTE. Стандарт 802.11n повышает скорость передачи данных практически вчетверо по сравнению с устройствами стандартов 802.11g (максимальная скорость которых равна 54 МБит/с), при условии использования в режиме 802.11n с другими устройствами 802.11n. Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 480 Мбит/с (На практике показатели конечно же ниже). Спецификация 802.11n предусматривает использование как стандартных каналов шириной 20 МГц, так и широкополосных — на 40 МГц с более высокой пропускной способностью. Ключевой компонент стандарта 802.11n под названием MIMO (Multiple Input, Multiple Output — много входов, много выходов) предусматривает применение пространственного мультиплексирования с целью одновременной передачи нескольких информационных потоков по одному каналу, а также многолучевое отражение, которое обеспечивает доставку каждого бита информации соответствующему получателю с небольшой вероятностью влияния помех и потерь данных. Именно возможность одновременной передачи и приема данных определяет высокую пропускную способность устройств 802.11n.

Проблеммы использования MIMO WIFI

При построении беспроводной сети с применением технологии MIMO у операторов связи возникает проблемма наличия доступных в плане цены клиентских устройств, позволяющих полноценно использовать данную технологию. Как правило при построении такой сети используется оборудование одного производителя. Например, хорошим вариантом может служить следующий набор, основанный на фирменном протоколе AirMAX:

базовая станция Ubiquiti Rocket M5
клиентское устройство Ubiquiti NanoStation M5

Питание внешних точек доступа осуществляются через Ethernet. Действующий сейчас стандарт сетевого питания 802.3af (PoE) не обеспечивает мощности, необходимой для электроснабжения точек доступа с антенными конфигурациями 3 × 3 и выше. Ему на смену уже разрабатывается стандарт 802.3at, но пока он не принят, производители беспроводных устройств изыскивают обходные пути решения этой проблемы (например, за счёт автоматического отключения многолучевой передачи), а разработчики беспроводных микросхем стремятся снизить потребляемую мощность своих чипов. С этой задачей наряду с мировыми производителями успешно справляется компания Ubiquiti.

Просто о сложном

Технология MIMO заключается в следующих принципах:

увеличение "ширины" канала (например, с 20 МГц до 40 МГц в стандарте WiFi 802.11n, про 802.11n читай выше)
для передачи информации в одном радиоканале используется несколько передатчиков и несколько приемников. Количества передатчиков и приемников могут быть различными. Абревиатура MIMO, как правило применяется, с числами, которые и обозначают количества передатчиков и приемников. Например, MIMO 3×2, означает, что есть 3 передатчика и 2 приемника.

Из практики. Применения MIMO на примере протокола AirMAX

Одним из лидеров в реализации технологии MIMO является компания Ubiquiti Networks. Доказательством чего служит фирменный протокол AirMAX. Комнания Ubiquiti всегда предлагала "додуманные" решения беспроводной передачи данных, качественными отличиями которых являлись простота и удобство использования, эффективность при низкой цене и надежность. В настоящее время, требующее повышения скорости передачи данных и приемлемой цены за решения, Ubiquiti Networks предлагает ряд оборудования AirMAX, использующего технологию MIMO, которая применяется и в WiMAX. Приятно осознавать что решения AirMAX стоят в разы и в десятки раз дешевле. Компания "Объединенные Технологии Связи" представляет ряд решений под реализации задач и оборудование AirMAX.