في هذه المقالة سوف نستعرض إمكانيات برنامج Rufus لإنشاء ...
في ضوء إصدار الأجهزة اللاسلكية الجديدة مع دعم تقنية MU-MIMO ، لا سيما مع إصدار UniFi AC HD (UAP-AC-HD) ، هناك حاجة لتوضيح ماهيتها ولماذا لا تدعم الأجهزة القديمة هذه التكنولوجيا.
ما هو 802.11ac؟
معيار 802.11ac هو تحول تكنولوجي لاسلكي يحل محل الجيل السابق في شكل معيار 802.11n.
كان ظهور 802.11n ، كما كان يعتقد سابقًا ، هو السماح للشركات باستخدام هذه التقنية في كل مكان كبديل للاتصال السلكي التقليدي للعمل ضمن شبكة المنطقة المحلية (LAN).
802.11ac هو الخطوة التالية في تطور التكنولوجيا اللاسلكية. من الناحية النظرية ، يمكن أن يوفر المعيار الجديد معدلات نقل بيانات تصل إلى 6.9 جيجابت في الثانية في نطاق 5 جيجاهرتز. هذا هو 11.5 ضعف نطاق نقل بيانات 802.11n.
يتوفر المعيار الجديد في إصدارين: Wave 1 و Wave 2. يمكنك العثور أدناه على جدول مقارنة للمعايير الحالية.
ما هو الفرق بين الموجة 1 والموجة 2؟
تم طرح منتجات 802.11ac Wave 1 في السوق منذ منتصف عام 2013 تقريبًا. تستند المراجعة الجديدة للمعيار إلى الإصدار السابق من المعيار ، ولكن مع بعض التغييرات المهمة للغاية ، وهي:
- تحسين الأداء من 1.3 جيجابت في الثانية إلى 2.34 جيجابت في الثانية ؛
- إضافة دعم متعدد المستخدمين MIMO (MU-MIMO) ؛
- يسمح باستخدام قنوات واسعة في 160 ميغا هرتز ؛
- الدفق المكاني الرابع (التدفق المكاني) لأداء واستقرار أفضل ؛
- المزيد من القنوات في نطاق 5 جيجا هرتز ؛
ما هي بالضبط تحسينات Wave 2 للمستخدم الحقيقي؟
نمو النطاق الترددي له تأثير إيجابي على التطبيقات الحساسة للنطاق الترددي والتأخير داخل الشبكة. هذا هو في المقام الأول نقل تدفق محتوى الصوت والفيديو ، بالإضافة إلى زيادة كثافة الشبكة وزيادة عدد العملاء.
يوفر MU-MIMO فرصًا رائعة لتطوير "إنترنت الأشياء" (إنترنت الأشياء ، IoT) ، عندما يمكن لمستخدم واحد توصيل عدة أجهزة في نفس الوقت.
تتيح تقنية MU-MIMO عمليات نقل متزامنة متعددة ، مما يوفر خدمة متزامنة لأجهزة متعددة في وقت واحد ، مما يحسن أداء الشبكة ككل. كما أن MU-MIMO له تأثير إيجابي على زمن الانتقال ، حيث يوفر اتصالاً أسرع وتجربة شاملة للعميل. بالإضافة إلى ذلك ، تتيح لك ميزات التقنية الاتصال بالشبكة بعدد أكبر من العملاء المتزامنين مقارنة بالإصدار السابق من المعيار.
يتطلب استخدام عرض قناة يبلغ 160 ميجاهرتز شروطًا معينة (طاقة منخفضة ، ونسبة ضوضاء منخفضة ، وما إلى ذلك) ، ويمكن للقناة أن توفر أداءً هائلاً عند إرسال كميات كبيرة من البيانات. وبالمقارنة ، يمكن لـ 802.11n توفير سرعة قناة تصل إلى 450 ميجابت في الثانية ، بينما تصل سرعة 802.11ac Wave 1 الأحدث إلى 1.3 جيجابت في الثانية ، بينما يمكن أن توفر 802.11ac Wave 2 بقناة 160 ميجاهرتز سرعة قناة تصل إلى 2.3 جيجابت في الثانية.
في الجيل السابق من المعيار ، تم السماح باستخدام 3 هوائيات جهاز الإرسال والاستقبال ، وتضيف المراجعة الجديدة الدفق الرابع. يعمل هذا التغيير على تحسين نطاق الاتصال واستقراره.
هناك 37 قناة في النطاق 5 جيجاهرتز مستخدمة في جميع أنحاء العالم. بعض البلدان لديها عدد محدود من القنوات ، والبعض الآخر لا. يسمح معيار 802.11ac Wave 2 لمزيد من القنوات ، مما يسمح لمزيد من الأجهزة بالعمل في نفس الوقت في مكان واحد. بالإضافة إلى ذلك ، هناك حاجة إلى المزيد من القنوات للقنوات العريضة التي تبلغ 160 ميجاهرتز.
هل توجد أي معدلات جديدة للقنوات في 802.11ac Wave 2؟
المعيار الجديد يرث المعايير التي تم تقديمها منذ الإصدار الأول. كما في السابق ، تعتمد السرعة على عدد التدفقات وعرض القناة. بقي الحد الأقصى للتعديل دون تغيير - 256 QAM.
إذا كان معدل القناة 866.6 ميجابت في الثانية يتطلب دفقين وعرض قناة 80 ميجاهرتز ، فيمكن الآن تحقيق معدل القناة هذا باستخدام دفق واحد فقط ، مع زيادة معدل القناة بمقدار اثنين - من 80 إلى 160 ميجاهرتز.
كما ترى ، لم تحدث تغييرات كبيرة. فيما يتعلق بدعم قنوات 160 ميجاهرتز ، زادت سرعات القناة القصوى أيضًا - حتى 2600 ميجابت في الثانية.
في الممارسة العملية ، تبلغ السرعة الحقيقية حوالي 65٪ من القناة (معدل PHY).
باستخدام دفق واحد وتعديل 256 QAM وقناة 160 ميجاهرتز ، يمكنك تحقيق سرعة حقيقية تبلغ حوالي 560 ميجابت في الثانية. وفقًا لذلك ، سيوفر دفقان معدل صرف يبلغ حوالي 1100 ميجابت في الثانية ، و 3 تدفقات - 1.1-1.6 جيجابت في الثانية.
ما هي النطاقات والقنوات التي يستخدمها 802.11ac Wave2؟
في الممارسة العملية ، تعمل Waves 1 و Waves 2 حصريًا على النطاق 5 جيجاهرتز. نطاق التردد يخضع للقيود الإقليمية ، وعادة ما يتم استخدام النطاقين 5.15-5.35 جيجاهرتز و 5.47-5.85 جيجاهرتز.
في الولايات المتحدة ، يتم تخصيص نطاق 580 ميجاهرتز للشبكات اللاسلكية 5 جيجاهرتز.
يمكن لـ 802.11ac ، كما كان من قبل ، استخدام القنوات بسرعة 20 و 40 ميجاهرتز ، وفي الوقت نفسه ، يمكن تحقيق الأداء الجيد باستخدام 80 ميجاهرتز أو 160 ميجاهرتز فقط.
نظرًا لأنه من الناحية العملية ليس من الممكن دائمًا استخدام نطاق مستمر 160 ميجاهرتز ، فإن المعيار يوفر وضع 80 + 80 ميجاهرتز ، والذي سيقسم النطاق 160 ميجاهرتز إلى نطاقين مختلفين. كل هذا يضيف المزيد من المرونة.
يرجى ملاحظة أن القنوات القياسية لـ 802.11ac هي 20/40/80 ميجاهرتز.
لماذا توجد موجتان من 802.11ac؟
تطبق IEEE المعايير في موجات مع تقدم التكنولوجيا. يسمح هذا النهج للصناعة بإصدار منتجات جديدة على الفور ، دون انتظار الانتهاء من هذه الميزة أو تلك.
قدمت الموجة الأولى من 802.11ac خطوة مهمة للأمام من 802.11n ووضعت الأساس للتطورات المستقبلية.
متى نتوقع منتجات 802.11ac Wave 2؟
وفقًا لتوقعات المحللين الأولية ، كان من المفترض أن يتم بيع المنتجات الأولى على مستوى المستهلك في وقت مبكر من منتصف عام 2015. عادةً ما تأتي حلول الشركات والناقلات عالية المستوى بتأخير من 3 إلى 6 أشهر ، تمامًا كما كان الحال مع الموجة الأولى من المعيار.
عادةً ما يتم إصدار الدرجات الاستهلاكية والتجارية قبل بدء اعتماد WFA (تحالف Wi-Fi) (النصف الثاني من عام 2016).
اعتبارًا من فبراير 2017 ، لم يعد عدد الأجهزة التي تدعم 802.11ac W2 مرتفعًا كما نرغب. خاصة من Mikrotik و Ubiquit.
هل ستختلف أجهزة Wave 2 بشكل كبير عن أجهزة Wave 1؟
في حالة المعيار الجديد ، يتم الحفاظ على الاتجاه العام للسنوات السابقة - يتم إنتاج الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة مع تدفق 1-2 ، تم تصميم 3 تدفقات للمهام الأكثر تطلبًا. ليس من المنطقي عمليًا تنفيذ الوظائف الكاملة للمعيار على جميع الأجهزة.
هل Wave 1 متوافق مع Wave 2؟
تسمح الموجة الأولى بثلاثة تدفقات وقنوات تصل إلى 80 ميجاهرتز ، في هذا الجزء ، تتوافق أجهزة العميل ونقاط الوصول تمامًا.
لتنفيذ ميزات الجيل الثاني (160 ميجا هرتز ، MU-MIMO ، 4 تدفقات) ، يجب أن يدعم كل من جهاز العميل ونقطة الوصول المعيار الجديد.
تتوافق نقاط الوصول من الجيل التالي مع أجهزة العميل 802.11ac Wave 1 و 802.11n و 802.11a.
وبالتالي ، فإن استخدام الميزات الإضافية لمحول الجيل الثاني لن يعمل مع نقطة الجيل الأول ، والعكس صحيح.
ما هو MU-MIMO وماذا يفعل؟
MU-MIMO هو اختصار لعبارة "مدخلات متعددة متعددة المستخدمين ، ومخرجات متعددة". في الواقع ، هذا هو أحد الابتكارات الرئيسية للموجة الثانية.
لكي تعمل MU-MIMO ، يجب أن يدعمها كل من العميل و AP.
باختصار ، يمكن لنقطة الوصول إرسال البيانات في وقت واحد إلى أجهزة متعددة في وقت واحد ، بينما تسمح المعايير السابقة فقط بإرسال البيانات إلى عميل واحد في وقت معين.
في الواقع ، MIMO التقليدي هو SU-MIMO ، أي مستخدم واحد ، مستخدم واحد MIMO.
تأمل في مثال. هناك نقطة بها 3 تدفقات (3 Spatial Streams / 3SS) و 4 عملاء متصلون بها: عميل واحد مع دعم 3SS ، 3 عملاء مع دعم 1SS.
توزع نقطة الوصول الوقت بالتساوي بين جميع العملاء. أثناء العمل مع العميل الأول ، تستخدم النقطة 100٪ من إمكانياتها ، لأن العميل يدعم أيضًا 3SS (MIMO 3x3).
75٪ المتبقية من الوقت ، تعمل النقطة مع ثلاثة عملاء ، يستخدم كل منهم دفقًا واحدًا فقط (1SS) من بين 3 عملاء متاحين. في الوقت نفسه ، تستخدم نقطة الوصول 33٪ فقط من إمكانياتها. كلما زاد عدد هؤلاء العملاء ، قلت الكفاءة.
في مثال محدد ، سيكون متوسط سرعة القناة 650 ميجابت في الثانية:
(1300 + 433,3 + 433,3 + 433,3)/4 = 650
من الناحية العملية ، سيعني ذلك متوسط سرعة يبلغ حوالي 420 ميجابت في الثانية ، من أصل 845 ميجابت في الثانية.
الآن دعونا نلقي نظرة على مثال باستخدام MU-MIMO. لدينا نقطة الجيل الثاني باستخدام 3x3 MIMO ، ستبقى سرعة القناة دون تغيير - 1300 ميجابت في الثانية لعرض قناة 80 ميجاهرتز. أولئك. في الوقت نفسه ، لا يمكن للعملاء ، كما في السابق ، استخدام أكثر من 3 قنوات.
أصبح العدد الإجمالي للعملاء الآن 7 ، بينما قسمتهم نقطة الوصول إلى 3 مجموعات:
- عميل 3SS واحد ؛
- ثلاثة عملاء 1SS ؛
- عميل 2SS واحد + واحد 1SS ؛
- عميل 3SS واحد ؛
نتيجة لذلك ، نحصل على تنفيذ 100٪ لقدرات AP. يستخدم عميل من المجموعة الأولى جميع التدفقات الثلاثة ، ويستخدم العملاء من مجموعة أخرى قناة واحدة ، وما إلى ذلك. سيكون متوسط سرعة القناة 1300 ميجابت في الثانية. كما ترون ، في الناتج أعطى زيادة مضاعفة.
هل نقطة MU-MIMO متوافقة مع العملاء الأكبر سنًا؟
للاسف لا! MU-MIMO غير متوافق مع الإصدار الأول من البروتوكول ، أي لكي تعمل هذه التقنية ، يجب أن تدعم الأجهزة العميلة الإصدار الثاني.
الاختلافات بين MU-MIMO و SU-MIMO
في SU-MIMO ، تنقل نقطة الوصول البيانات إلى عميل واحد فقط في كل مرة. باستخدام MU-MIMO ، يمكن لنقطة الوصول نقل البيانات إلى عدة عملاء في وقت واحد.
كم عدد العملاء المدعومين في MU-MIMO في نفس الوقت؟
يوفر المعيار الصيانة المتزامنة لما يصل إلى 4 أجهزة. يمكن أن يصل الحد الأقصى لعدد الخيوط إلى 8.
اعتمادًا على تكوين الجهاز ، تتوفر مجموعة متنوعة من الخيارات ، على سبيل المثال:
- 1 + 1: عميلين ، لكل منهما تيار واحد ؛
- 4 + 4: عميلين ، يستخدم كل منهما 4 تدفقات ؛
- 2 + 2 + 2 + 2: أربعة عملاء ، دفقان لكل منهما ؛
- 1 + 1 + 1: ثلاثة عملاء في موضوع واحد ؛
- 2 + 1 ، 1 + 1 + 1 + 1 ، 1 + 2 + 3 ، 2 + 3 + 3 ومجموعات أخرى.
كل هذا يتوقف على تكوين الأجهزة ، وعادة ما تستخدم الأجهزة 3 تدفقات ، وبالتالي ، يمكن أن تخدم النقطة ما يصل إلى 3 عملاء في نفس الوقت.
من الممكن أيضًا استخدام 4 هوائيات في تكوين MIMO 3x3. الهوائي الرابع في هذه الحالة إضافي ، فهو لا ينفذ دفقًا إضافيًا.في هذه الحالة ، سيكون من الممكن خدمة 1 + 1 + 1 أو 2 + 1 أو 3SS في وقت واحد ، ولكن ليس 4.
هل MU-MIMO مدعوم للوصلة الهابطة فقط؟
نعم ، المعيار يدعم فقط Downlink MU-MIMO ، أي يمكن أن تنقل النقطة البيانات في وقت واحد إلى عملاء متعددين. لكن النقطة لا يمكنها "الاستماع" في نفس الوقت.
تم اعتبار تنفيذ Uplink MU-MIMO مستحيلًا على المدى القصير ، لذلك ستتم إضافة هذه الوظيفة فقط في معيار 802.11ax ، والذي من المقرر إطلاقه في 2019-2020.
كم عدد التدفقات المدعومة في MU-MIMO؟
كما ذكرنا أعلاه ، يمكن أن تعمل MU-MIMO مع أي عدد من التدفقات ، ولكن ليس أكثر من 4 لكل عميل.
للتشغيل عالي الجودة للإرسال متعدد المستخدمين ، يوصي المعيار بوجود عدد من الهوائيات والمزيد من التدفقات. من الناحية المثالية ، بالنسبة إلى MIMO 4x4 ، يجب أن يكون هناك 4 هوائيات للاستقبال ونفس الرقم للإرسال.
هل من الضروري استخدام هوائيات خاصة للمعيار الجديد؟
ظل تصميم الهوائيات كما هو. كما في السابق ، يمكنك استخدام أي هوائيات متوافقة مصممة للاستخدام في نطاق 5 جيجاهرتز لـ 802.11a / n / ac.
الإصدار الثاني أضاف أيضًا Beamforming ، ما هو؟
تتيح لك تقنية Beamforming تغيير نمط الإشعاع وتكييفه مع عميل معين. أثناء التشغيل ، تقوم النقطة بتحليل الإشارة من العميل وتحسين إشعاعها. يمكن استخدام هوائي إضافي أثناء عملية تشكيل الحزمة.
هل يمكن لنقطة وصول 802.11ac Wave 2 معالجة 1 جيجا بايت من حركة المرور؟
من المحتمل أن تكون نقاط الوصول من الجيل الجديد قادرة على التعامل مع تدفق حركة المرور هذا. يعتمد معدل النقل الفعلي على عدد من العوامل ، بدءًا من عدد التدفقات المدعومة ونطاق الاتصال ووجود العوائق وانتهاءً بوجود التداخل وجودة نقطة الوصول ووحدة العميل.
ما نطاقات التردد المستخدمة في 802.11ac Wave؟
يعتمد اختيار تردد التشغيل فقط على التشريعات المحلية. تتغير قائمة القنوات والترددات باستمرار ، فيما يلي بيانات الولايات المتحدة (FCC) وأوروبا اعتبارًا من يناير 2015.
في أوروبا ، يُسمح باستخدام عرض قناة يزيد عن 40 ميجاهرتز ، لذلك لا توجد تغييرات من حيث المعيار الجديد ، فكل القواعد تنطبق عليه كما هو الحال بالنسبة للمعيار السابق.
دورة عبر الإنترنت حول تقنيات الشبكات
أوصي بدورة ديمتري سكورومنوف "". الدورة غير مرتبطة بمعدات أي مصنع. يوفر المعرفة الأساسية التي يجب أن يمتلكها كل مسؤول نظام. لسوء الحظ ، كثير من المسؤولين ، حتى مع 5 سنوات من الخبرة ، لا يمتلكون في كثير من الأحيان حتى نصف هذه المعرفة. تغطي الدورة العديد من الموضوعات المختلفة بلغة بسيطة. على سبيل المثال: نموذج OSI ، والتغليف ، ومجالات التصادم والبث ، وحلقة التبديل ، و QoS ، و VPN ، و NAT ، و DNS ، و Wi-Fi والعديد من الموضوعات الأخرى.
بشكل منفصل ، سوف ألاحظ موضوع عنونة IP. يصف بلغة بسيطة كيفية إجراء تحويلات من النظام العشري إلى الثنائي والعكس صحيح ، والحساب من خلال عنوان IP والقناع: عنوان الشبكة وعنوان البث وعدد مضيفي الشبكة والشبكات الفرعية وغيرها من الموضوعات المتعلقة بعنوان IP.
الدورة لها نسختان: مدفوعة ومجانية.
من أجل فهم مبدأ تشغيل هوائي MIMO بشكل أفضل ، دعنا نتخيل الموقف التالي: أصبحت المحطة الأساسية (BS) لمشغل شبكة الهاتف المحمول والمودم نقطتين جغرافيتين A و B ، وقد تم وضع مسار معين بينهما هذه الأشياء ، الأشخاص الذين يتحركون على طول هذا المسار يجسدون المعلومات ، أ - هذا هو هوائي الاستقبال الخاص بك ، ب هو BS للمشغل الخلوي. ينتقل الناس من نقطة إلى أخرى بمساعدة قطار يتسع لـ 100 شخص. ولكن هناك العديد من الأشخاص الذين يرغبون في الانتقال من النقطة "ب" إلى النقطة "أ". لذلك ، يتم بناء مسار ثانٍ ويتم إطلاق قطار جديد ، تتسع أيضًا لـ 100 شخص. وبالتالي ، فإن أداء وكفاءة قطارين أعلى مرتين.
تعمل أحدث تقنيات MIMO بنفس الطريقة. (هندسة متعددة المدخلات والمخرجات)، فإنه يسمح لك بتلقي المزيد من التدفقات في نفس الوقت. لهذا ، يتم استخدام استقطابات إشارة مختلفة ، على سبيل المثال ، أفقيًا وعموديًا - 2x2. في السابق ، من أجل الحصول على مزيد من المعلومات ، أي المزيد من التدفقات ، سيكون من الضروري شراء هوائيين بسيطين.
 |
 |
اليوم ، يكفي شراء هوائي MIMO واحد فقط. يحتوي هوائي MIMO المحسن على مجموعتين من العناصر المشعة ، ما يسمى بالبقع ، في مبيت واحد ، كل منهما متصل بمقبس منفصل. الإصدار الثاني من الجهاز: يوجد مجموعة واحدة من الباتشات ومزود طاقة لمنفذين مما يسمح للرقعة بالعمل في اتجاهين: أفقي ورأسي. في هذه الحالة ، يتم توصيل مجموعة واحدة من التصحيحات بالمقبسين. إنه الخيار الثاني (مع غدتين للكابلات) الذي يمكنك أن تجده في تشكيلة شركتنا.
ولكن كيف يتم توصيل كبلين يخرجان من الهوائي السابق بمودم واحد؟ كل شيء بسيط للغاية. اليوم ، لا تدعم الهوائيات هذه الوظيفة فحسب ، بل تدعم أيضًا أجهزة المودم. توجد أجهزة مودم بها مدخلين لتوصيل الهوائيات الخارجية ، مثل جهاز Huawei المنتشر.
فوائد تقنية MIMO
تشمل المزايا الرئيسية القدرة على تحسين الإنتاجية دون توسيع النطاق الترددي. لذلك يقوم الجهاز في نفس الوقت بتوزيع عدة تدفقات من المعلومات عبر قناة واحدة.
تتحسن جودة الإشارة المرسلة ومعدل نقل البيانات. لأن التقنية تقوم أولاً بتشفير البيانات ، ثم تستعيدها على جانب الاستقبال.
سرعة نقل الإشارة مضاعفة.
يتم أيضًا زيادة العديد من معلمات السرعة الأخرى بسبب استخدام كبلين مستقلين ، يتم من خلالهما توزيع المعلومات واستلامها في وقت واحد في شكل دفق رقمي. تم تحسين جودة الطيف للأنظمة التالية: 3G و 4G / LTE و WiMAX و WiFi بفضل استخدام مدخلين ومخرجين.
نطاق هوائيات MIMO
في أغلب الأحيان ، تُستخدم تقنية MIMO لنقل البيانات باستخدام بروتوكول مثل WiFi. هذا يرجع إلى زيادة الإنتاجية والقدرة. على سبيل المثال ، لنأخذ بروتوكول 802.11n ، والذي باستخدام التقنية الموصوفة ، يمكنك تحقيق سرعات تصل إلى 350 ميجابت في الثانية. كما تحسنت جودة إرسال البيانات ، حتى في المناطق التي تكون فيها إشارة الاستقبال منخفضة. مثال على نقطة وصول خارجية بهوائي MIMO هو المشهور.
يمكن لشبكة WiMAX ، عند استخدام MIMO ، بث المعلومات بسرعات تصل إلى 40 ميجابت في الثانية.
يستخدم تقنية MIMO حتى 8x8. بفضل هذا ، تم تحقيق سرعة نقل عالية - أكثر من 35 ميجابت في الثانية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم ضمان اتصال موثوق وعالي الجودة بجودة ممتازة.
يجري العمل باستمرار لتحسين التكوينات التكنولوجية وتحسينها. في المستقبل القريب ، سيؤدي ذلك إلى تحسين أداء الطيف وتحسين سعة الشبكة وتسريع معدلات نقل البيانات.
من أهم الابتكارات وأهمهاشبكة Wi-Fi على مدار العشرين عامًا الماضية - متعدد المستخدمين - تقنية المدخلات المتعددة والمخرجات المتعددة (MU-MIMO). تعمل تقنية MU-MIMO على توسيع وظائف التحديث الأخير لمعيار 802.11ac "Wave 2" اللاسلكي. مما لا شك فيه أن هذا إنجاز ضخم للاتصالات اللاسلكية. تساعد هذه التقنية على زيادة الحد الأقصى للسرعة اللاسلكية النظرية من 3.47 جيجابت في الثانية في مواصفات 802.11ac الأصلية إلى 6.93 جيجابت في الثانية في تحديث 802.11ac Wave 2. هذه واحدة من أكثر ميزات Wi-Fi تعقيدًا حتى الآن.
دعونا نرى كيف يعمل!
تعمل تقنية MU-MIMO على رفع المستوى من خلال السماح لأجهزة متعددة بتلقي تدفقات بيانات متعددة.يعتمد على المستخدم الفردي MIMO (SU-MIMO) ، والذي تم تقديمه منذ ما يقرب من 10 سنوات بمعيار 802.11n.
تعمل تقنية SU-MIMO على زيادة سرعة اتصال Wi-Fi من خلال السماح لزوج من الأجهزة اللاسلكية بتلقي أو إرسال تدفقات متعددة من البيانات في نفس الوقت.
الشكل 1. توفر تقنية SU-MIMO تدفقات إدخال وإخراج متعددة القنوات إلى نفس الجهاز في نفس الوقت. تتيح تقنية MU-MIMO الاتصال المتزامن مع أجهزة متعددة.
في الأساس ، هناك نوعان من التقنيات التي تحدث ثورة في شبكة Wi-Fi. أول هذه التقنيات ، التي تسمى تشكيل الحزمة ، تسمح لأجهزة توجيه Wi-Fi ونقاط الوصول باستخدام قنوات الراديو بشكل أكثر كفاءة. قبل ظهور هذه التقنية ، كانت أجهزة توجيه Wi-Fi ونقاط الوصول تعمل مثل المصابيح الكهربائية ، حيث ترسل إشارة في جميع الاتجاهات. كانت المشكلة أنمن الصعب أن تصل إشارة غير مركزة ذات طاقة محدودة إلى أجهزة عملاء Wi-Fi.
باستخدام تقنية تشكيل الحزم ، يقوم موجه Wi-Fi أو نقطة الوصول بتبادل المعلومات حول موقعه مع جهاز عميل. يقوم جهاز التوجيه بعد ذلك بتغيير مرحلته وقوته لتكوين إشارة أفضل. نتيجة لذلك: يتم استخدام الإشارات اللاسلكية بكفاءة أكبر ، ويتم نقل البيانات بشكل أسرع وربما يتم زيادة الحد الأقصى لمسافة الاتصال.
تتوسع إمكانيات تشكيل الحزم. حتى الآن ، كانت أجهزة توجيه Wi-Fi أو نقاط الوصول تقوم بطبيعتها بمهمة واحدة ، حيث ترسل أو تستقبل البيانات من جهاز عميل واحد فقط في كل مرة. كانت الإصدارات السابقة من عائلة 802.11 لمعايير البيانات اللاسلكية ، بما في ذلك معيار 802.11n والإصدار الأول من معيار 802.11ac ، لديها القدرة على استقبال أو نقل تدفقات بيانات متعددة في نفس الوقت ، ولكن حتى الآن لم تكن هناك طريقة للسماح موجه Wi-Fi أو نقطة وصول إلى نفس الوقت "للتواصل" مع العديد من العملاء في وقت واحد. من الآن فصاعدًا ، بمساعدة MU-MIMO ، ظهرت مثل هذه الفرصة.
يعد هذا حقًا إنجازًا كبيرًا ، حيث تعمل القدرة على نقل البيانات إلى أجهزة عملاء متعددة في وقت واحد على توسيع النطاق الترددي المتاح للعملاء اللاسلكي بشكل كبير. تعمل تقنية MU-MIMO على تطوير الشبكات اللاسلكية من الطريقة القديمة CSMA-SD ، عندما يتم تقديم جهاز واحد فقط في نفس الوقت ، إلى نظام حيث يمكن للعديد من الأجهزة "التحدث" في نفس الوقت. لجعل هذا المثال أكثر وضوحًا ، تخيل الانتقال من طريق ريفي ذات حارة واحدة إلى طريق سريع واسع.
اليوم ، تستحوذ أجهزة التوجيه اللاسلكية ونقاط الوصول 802.11ac Wave 2 من الجيل الثاني على السوق. يفهم كل من ينشر Wi-Fi تفاصيل كيفية عمل تقنية MU-MIMO. نلفت انتباهك إلى 13 حقيقة من شأنها تسريع تعلمك في هذا الاتجاه.
1. يستخدم MU-MIMO فقطدفق "المصب" (من نقطة الوصول إلى الجهاز المحمول).
على عكس SU-MIMO ، تعمل MU-MIMO حاليًا فقط مع ملفاتنقل البيانات من نقطة الوصول إلى الجهاز المحمول. يمكن لأجهزة التوجيه أو نقاط الوصول اللاسلكية فقط نقل البيانات إلى عدة مستخدمين في نفس الوقت ، سواء كانت تدفقات واحدة أو أكثر لكل منهم. لا يزال يتعين على الأجهزة اللاسلكية نفسها (مثل الهواتف الذكية أو الأجهزة اللوحية أو أجهزة الكمبيوتر المحمولة) أن تتناوب في إرسال البيانات إلى جهاز التوجيه اللاسلكي أو نقطة الوصول ، على الرغم من أنها يمكن أن تستخدم بشكل فردي تقنية SU-MIMO لنقل تدفقات متعددة عندما يحين دورها.
ستكون تقنية MU-MIMO مفيدة بشكل خاص في الشبكات حيث يقوم المستخدمون بتنزيل بيانات أكثر مما يقومون بتحميله.
ربما سيتم تطبيق نسخة من تقنية Wi-Fi في المستقبل: 802.11ax، حيث ستكون طريقة MU-MIMO قابلة للتطبيق لحركة المرور "المنبع".
2. تعمل تقنية MU-MIMO في نطاق شبكة Wi-Fi بسرعة 5 جيجاهرتز فقط
تعمل تقنية SU-MIMO في نطاقي التردد 2.4 جيجا هرتز و 5 جيجا هرتز. يمكن لأجهزة التوجيه اللاسلكية ونقاط الوصول 802.11ac Wave 2 من الجيل الثاني أن تخدم عدة مستخدمين في نفس الوقت على نفس نطاق التردد 5 جيجاهرتز. من ناحية ، بالطبع ، من المؤسف أننا لن نتمكن من استخدام التكنولوجيا الجديدة على نطاق تردد 2.4 جيجا هرتز الأضيق والأكثر ازدحامًا. ولكن ، من ناحية أخرى ، هناك المزيد والمزيد من الأجهزة اللاسلكية ثنائية النطاق في السوق التي تدعم تقنية MU-MIMO ، والتي يمكننا استخدامها لنشر شبكات Wi-Fi عالية الأداء للشركات.
3. تكنولوجيا Beamforming تساعد في توجيه الإشارات
في أدبيات اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، يمكن للمرء أن يصادف مفهوم مصفوفة الهوائي المرحلي ، والتي تم تطويرها للرادارات العسكرية في أواخر الثمانينيات. تم تطبيق تقنية مماثلة على شبكة Wi-Fi الحديثة.يستخدم MU-MIMO تشكيل الإشارة الاتجاهية (المعروف باسم "تشكيل الحزمة" في الأدبيات التقنية الإنجليزية). يسمح لك Beamfiorming بتوجيه الإشارات في اتجاه الموقع المقصود للجهاز اللاسلكي (أو الأجهزة) ، بدلاً من إرسالها عشوائيًا في جميع الاتجاهات. وبالتالي ، يتضح أنه يركز على الإشارة ويزيد بشكل كبير نطاق وسرعة اتصال Wi-Fi.
على الرغم من أن تقنية تشكيل الحزم أصبحت متاحة اختياريًا مع معيار 802.11n ، إلا أن معظم الشركات المصنعة طبقت إصداراتها الخاصة من هذه التقنية. لا يزال هؤلاء البائعون يقدمون تطبيقات مملوكة للتكنولوجيا في أجهزتهم ، لكن عليهم الآن تضمين نسخة مبسطة وموحدة على الأقل من تقنية الإشارات الاتجاهية إذا كانوا يريدون دعم تقنية MU-MIMO في خط إنتاجهم 802.11ac.
4. يدعم MU-MIMO عددًا محدودًا من التدفقات والأجهزة المتزامنة
لسوء الحظ ، لا يمكن لأجهزة التوجيه أو نقاط الوصول المزودة بتقنية MU-MIMO المطبقة أن تخدم في نفس الوقت عددًا غير محدود من التدفقات والأجهزة. يحتوي جهاز التوجيه أو نقطة الوصول على حده الخاص على عدد التدفقات التي يخدمها (غالبًا 2 أو 3 أو 4 تدفقات) ، ويحد هذا العدد من التدفقات المكانية أيضًا من عدد الأجهزة التي يمكن لنقطة الوصول أن تخدمها في نفس الوقت. لذلك ، يمكن لنقطة الوصول التي تدعم أربعة تدفقات أن تخدم في نفس الوقت أربعة أجهزة مختلفة ، أو ، على سبيل المثال ، توجيه دفق واحد إلى جهاز واحد ، وتجميع ثلاثة تدفقات أخرى إلى جهاز آخر (زيادة السرعة من تجميع القنوات).
5. لا يشترط أن تحتوي أجهزة المستخدم على هوائيات متعددة
كما هو الحال مع تقنية SU-MIMO ، يمكن فقط للأجهزة اللاسلكية التي تدعم تقنية MU-MIMO المدمجة تجميع التدفقات (المعدل). ولكن على عكس الوضع مع تقنية SU-MIMO ، لا تحتاج الأجهزة اللاسلكية بالضرورة إلى هوائيات متعددة لتلقي تدفقات MU-MIMO من أجهزة التوجيه اللاسلكية ونقاط الوصول. إذا كان جهازك اللاسلكي يحتوي على هوائي واحد فقط ، فقد يستقبلدفق بيانات MU-MIMO واحد فقط من نقطة الوصول ، باستخدام تشكيل الحزمة لتحسين الاستقبال.
سيسمح المزيد من الهوائيات لجهاز المستخدم اللاسلكي باستقبال المزيد من تدفقات البيانات في نفس الوقت (عادةً تيار واحد لكل هوائي) ، مما سيكون له بالتأكيد تأثير إيجابي على أداء هذا الجهاز. ومع ذلك ، فإن وجود هوائيات متعددة في جهاز المستخدم يؤثر سلبًا على استهلاك الطاقة وحجم هذا المنتج ، وهو أمر بالغ الأهمية للهواتف الذكية.
ومع ذلك ، تفرض تقنية MU-MIMO متطلبات أجهزة أقل على الأجهزة العميلة من تقنية SU-MIMO المرهقة تقنيًا ، فمن الآمن افتراض أن الشركات المصنعة ستكون أكثر استعدادًا لتجهيزهاأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية التي تدعم تقنية MU-MIMO.
6. تقوم نقاط الوصول برفع الأحمال
في محاولة لتبسيط متطلبات أجهزة المستخدم النهائي ، حاول مطورو تقنية MU-MIMO تحويل معظم أعمال معالجة الإشارات إلى نقاط الوصول. هذه خطوة أخرى للأمام من تقنية SU-MIMO ، حيث كان عبء معالجة الإشارات يقع في الغالب على أجهزة المستخدم. ومرة أخرى ، سيساعد هذا مصنعي الأجهزة العميلة على توفير الطاقة والحجم والتكاليف الأخرى في إنتاج حلول منتجاتهم مع دعم MU-MIMO ، والذي يجب أن يكون له تأثير إيجابي للغاية على تعميم هذه التكنولوجيا.
7. حتى أجهزة الميزانية تستفيد من الإرسال المتزامن من خلال تيارات مكانية متعددة
مثل تجميع ارتباط Ethernet (802.3ad و LACP) ، لا يؤدي ربط دفق 802.1ac إلى زيادة سرعة الاتصال من نقطة إلى نقطة. أولئك. إذا كنت المستخدم الوحيد ولديك تطبيق واحد فقط قيد التشغيل ، فستستخدم دفقًا مكانيًا واحدًا فقط.
ومع ذلك ، فمن الممكن أن تزيدالنطاق الترددي الكلي للشبكة من خلال توفير القدرة على خدمة نقطة الوصول للعديد من أجهزة المستخدم في نفس الوقت.
ولكن إذا كانت جميع أجهزة المستخدم في شبكتك تدعم دفقًا واحدًا فقط ، فسيسمح MU-MIMO لنقطة الوصول الخاصة بك بخدمة ما يصل إلى ثلاثة أجهزة في نفس الوقت ، بدلاً من جهاز واحد في كل مرة ، في حين أن الأجهزة الأخرىسيتعين على أجهزة المستخدم (الأكثر تقدمًا) الانتظار في الطابور.
الشكل 2.
8. بعض أجهزة المستخدم لديها دعم خفي لتقنية MU-MIMO
على الرغم من عدم وجود العديد من أجهزة التوجيه أو نقاط الوصول أو الأجهزة المحمولة التي تدعم حاليًا MU-MIMO ، إلا أن شركة شرائح Wi-Fi تدعي أن بعض الشركات المصنعة قد أخذت في الاعتبار متطلبات الأجهزة في عملية الإنتاج الخاصة بهم لدعم التكنولوجيا الجديدة لبعض من للمستخدمين النهائيين قبل بضع سنوات. بالنسبة لمثل هذه الأجهزة ، سيضيف تحديث البرنامج البسيط نسبيًا دعمًا لتقنية MU-MIMO ، والتي يجب أن تسرع أيضًا من استيعاب التكنولوجيا واعتمادها ، وتشجع الشركات والمؤسسات على ترقية شبكاتها اللاسلكية للمؤسسات بمعدات تدعم 802.11ac.
9. تستفيد أيضًا الأجهزة التي لا تدعم تقنية MU-MIMO
على الرغم من أن أجهزة Wi-Fi يجب أن تحتوي على دعم MU-MIMO من أجل استخدام هذه التقنية ، حتى تلك الأجهزة العميلة التي ليس لديها مثل هذا الدعم يمكن أن تستفيد بشكل غير مباشر من التشغيل على شبكة لاسلكية حيث يدعم جهاز التوجيه أو نقاط الوصول تقنية MU-MIMO. يجب أن نتذكر أن معدل نقل البيانات عبر الشبكة يعتمد بشكل مباشر على الوقت الإجمالي الذي يتم خلاله توصيل أجهزة المشتركين بقناة الراديو. وإذا كانت تقنية MU-MIMO تسمح لك بخدمة بعض الأجهزة بشكل أسرع ، فهذا يعني أن نقاط الوصول في مثل هذه الشبكة سيكون لديها المزيد من الوقت لخدمة أجهزة العملاء الأخرى.
10. تساعد تقنية MU-MIMO على زيادة عرض النطاق الترددي اللاسلكي
عندما تقوم بزيادة سرعة اتصال Wi-Fi لديك ، فإنك تقوم أيضًا بزيادة عرض النطاق الترددي لشبكتك اللاسلكية. نظرًا لأن الأجهزة يتم تقديمها بسرعة أكبر ، فإن الشبكة لديها المزيد من وقت البث لخدمة المزيد من أجهزة العملاء. وبالتالي ، يمكن لتقنية MU-MIMO تحسين أداء الشبكات اللاسلكية بشكل كبير مع حركة المرور الكثيفة أو عدد كبير من الأجهزة المتصلة ، مثل شبكات Wi-Fi العامة. هذه أخبار رائعة لأن عدد الهواتف الذكية والأجهزة المحمولة الأخرى المزودة باتصال Wi-Fi من المرجح أن يستمر في الزيادة.
11. يتم دعم عرض أي قناة
تتمثل إحدى طرق توسيع النطاق الترددي لشبكة Wi-Fi في ربط القناة ، والذي يجمع بين قناتين متجاورتين في قناة واحدة تبلغ ضعف عرضها ، مما يضاعف بشكل فعال سرعة اتصال Wi-Fi بين الجهاز ونقطة الوصول. قدم معيار 802.11n دعمًا للقنوات التي يصل عرضها إلى 40 ميجاهرتز ، وفي المواصفات الأصلية لمعيار 802.11ac ، تمت زيادة عرض القناة المدعومة إلى 80 ميجاهرتز. يدعم معيار 802.11ac Wave 2 المحدث قنوات 160 ميجاهرتز.
الشكل 3. يدعم 802.11ac حاليًا القنوات التي يصل عرضها إلى 160 ميجاهرتز في نطاق 5 جيجاهرتز
ومع ذلك ، لا ينبغي أن ننسى أن استخدام قنوات أوسع في شبكة لاسلكية يزيد من احتمالية التداخل في القنوات المشتركة. لذلك ، لن يكون هذا النهج دائمًا هو الخيار الصحيح لنشر جميع شبكات Wi-Fi دون استثناء. ومع ذلك ، يمكن استخدام تقنية MU-MIMO ، كما نرى ، للقنوات من أي عرض.
ومع ذلك ، حتى إذا كانت شبكتك اللاسلكية تستخدم قنوات أضيق 20 ميجاهرتز أو 40 ميجاهرتز ، فلا يزال بإمكان MU-MIMO مساعدتها على العمل بشكل أسرع. ولكن مدى السرعة سيعتمد على عدد أجهزة العميل التي يجب تقديمها وعدد التدفقات التي يدعمها كل جهاز من هذه الأجهزة. وبالتالي ، فإن استخدام تقنية MU-MIMO ، حتى بدون قنوات مرتبطة واسعة ، يمكن أن يزيد عن ضعف إنتاجية الاتصال اللاسلكي الصادر لكل جهاز.
12. تعمل معالجة الإشارات على تحسين السلامة
من الآثار الجانبية المثيرة للاهتمام لتقنية MU-MIMO أن جهاز التوجيه أو نقطة الوصول تقوم بتشفير البيانات قبل إرسالها عبر الأثير.من الصعب إلى حد ما فك تشفير البيانات المرسلة باستخدام تقنية MU-MIMO ، لأنه ليس من الواضح أي جزء من الكود يوجد فيه التدفق المكاني. على الرغم من أنه قد يتم تطوير أدوات خاصة في وقت لاحق للسماح للأجهزة الأخرى باعتراض حركة المرور المرسلة ، فإن تقنية MU-MIMO اليوم تخفي بشكل فعال البيانات من أجهزة الاستماع القريبة. وبالتالي ، تساعد التقنية الجديدة على تحسين أمان Wi-Fi ، وهو أمر ينطبق بشكل خاص على الشبكات اللاسلكية المفتوحة مثل شبكات Wi-Fi العامة ، بالإضافة إلى نقاط الوصول التي تعمل في الوضع الشخصي أو باستخدام وضع مصادقة المستخدم المبسط (المفتاح المشترك مسبقًا ، PSK) استنادًا إلى تقنيات أمان WPA أو WPA2 Wi-Fi.
13. MU-MIMO هو الأفضل لأجهزة Wi-Fi الثابتة
هناك أيضًا تحذير واحد حول تقنية MU-MIMO: فهي لا تعمل بشكل جيد مع الأجهزة سريعة الحركة ، حيث تصبح عملية تشكيل الحزمة أكثر تعقيدًا وأقل كفاءة. لذلك ، لن توفر لك MU-MIMO فائدة ذات مغزى للأجهزة التي تتجول بشكل متكرر على شبكة شركتك. ومع ذلك ، يجب أن يكون مفهوماً أن هذه الأجهزة "المشكلة" يجب ألا تؤثر بأي شكل من الأشكال على نقل بيانات MU-MIMO إلى أجهزة العملاء الأخرى الأقل قدرة على الحركة ، أو على أدائها.
اشترك في الأخبار
MIMO(متعددة المدخلات والمخرجات المتعددة - متعددة المدخلات والمخرجات) هي تقنية مستخدمة في أنظمة الاتصالات اللاسلكية (WIFI ، الشبكات الخلوية) ، والتي يمكن أن تحسن بشكل كبير من الكفاءة الطيفية للنظام ، ومعدل نقل البيانات الأقصى وقدرة الشبكة. الطريقة الرئيسية لتحقيق المزايا المذكورة أعلاه هي نقل البيانات من المصدر إلى الوجهة عبر روابط لاسلكية متعددة ، حيث تحصل التكنولوجيا على اسمها. ضع في اعتبارك خلفية هذه المشكلة ، وحدد الأسباب الرئيسية التي كانت بمثابة استخدام واسع النطاق لتقنية MIMO.
تتزايد الحاجة إلى اتصالات عالية السرعة توفر جودة خدمة عالية (QoS) مع إمكانية تحمل عالية للأعطال عامًا بعد عام. يتم تسهيل ذلك إلى حد كبير من خلال ظهور خدمات مثل VoIP () و VoD () وما إلى ذلك. ومع ذلك ، لا تسمح معظم التقنيات اللاسلكية بتزويد المشتركين بجودة عالية من الخدمة على حافة منطقة التغطية. في أنظمة الاتصالات الخلوية واللاسلكية الأخرى ، تنخفض جودة الاتصال ومعدل البيانات المتاح بسرعة مع المسافة من (BTS). في الوقت نفسه ، تنخفض جودة الخدمات أيضًا ، مما يؤدي في النهاية إلى استحالة تقديم خدمات في الوقت الفعلي بجودة عالية في جميع أنحاء التغطية الراديوية للشبكة. لحل هذه المشكلة ، يمكنك محاولة تثبيت المحطات الأساسية بإحكام قدر الإمكان وتنظيم التغطية الداخلية في جميع الأماكن ذات مستوى الإشارة المنخفض. ومع ذلك ، سيتطلب ذلك تكاليف مالية كبيرة ، مما سيؤدي في النهاية إلى زيادة تكلفة الخدمة وانخفاض القدرة التنافسية. وبالتالي ، لحل هذه المشكلة ، يلزم ابتكار أصلي ، باستخدام ، إن أمكن ، نطاق التردد الحالي ولا يتطلب إنشاء مرافق شبكة جديدة.
ملامح انتشار موجات الراديو
لفهم مبادئ تشغيل تقنية MIMO ، من الضروري مراعاة المبادئ العامة في الفضاء. الموجات المنبعثة من أنظمة الراديو اللاسلكية المختلفة في النطاق فوق 100 ميجاهرتز تتصرف بعدة طرق مثل أشعة الضوء. عندما تنتشر موجات الراديو على سطح ما ، اعتمادًا على مادة العائق وحجمه ، يتم امتصاص بعض الطاقة ، ويمر بعضها ، وينعكس الباقي. تتأثر نسبة حصص أجزاء الطاقة الممتصة والمنعكسة والمرسلة بالعديد من العوامل الخارجية ، بما في ذلك تردد الإشارة. علاوة على ذلك ، يمكن أن تغير طاقات الإشارة المنعكسة والمارة عبر اتجاه انتشارها الإضافي ، وتنقسم الإشارة نفسها إلى عدة موجات.
تنتشر الإشارة وفقًا للقوانين المذكورة أعلاه من المصدر إلى المستقبل ، بعد مواجهة العديد من العوائق ، تنقسم إلى عدة موجات ، يصل جزء منها فقط إلى جهاز الاستقبال. تشكل كل موجة تصل إلى المستقبل ما يسمى بمسار انتشار الإشارة. علاوة على ذلك ، نظرًا لحقيقة أن الموجات المختلفة تنعكس من عدد مختلف من العوائق وتنتقل لمسافات مختلفة ، فإن المسارات المختلفة مختلفة.
في بيئة حضرية كثيفة ، نظرًا لوجود عدد كبير من العوائق مثل المباني والأشجار والسيارات وما إلى ذلك ، من الشائع جدًا في المواقف التي لا يوجد فيها خط رؤية بين هوائي (MS) ومحطة القاعدة (BTS). في هذه الحالة ، الطريقة الوحيدة للوصول إلى إشارة المستقبل هي من خلال الموجات المنعكسة. ومع ذلك ، كما هو مذكور أعلاه ، فإن الإشارة المنعكسة بشكل متكرر لم تعد لديها الطاقة الأولية وقد تصل مع تأخير. تنشأ أيضًا صعوبة خاصة من حقيقة أن الأشياء لا تظل ثابتة دائمًا ويمكن أن يتغير الموقف بشكل كبير بمرور الوقت. في هذا الصدد ، تنشأ مشكلة - واحدة من أهم المشاكل في أنظمة الاتصالات اللاسلكية.
انتشار متعدد المسارات - مشكلة أم ميزة؟
لمكافحة انتشار الإشارات متعدد المسارات ، يتم استخدام عدة حلول مختلفة. واحدة من أكثر التقنيات شيوعًا هي تلقي التنوع -. يكمن جوهرها في حقيقة أنه لا يتم استخدام هوائيات واحدة ، ولكن عدة هوائيات (عادة اثنان ، وأقل أربعة) لاستقبال الإشارة ، الموجودة على مسافة من بعضها البعض. وبالتالي ، ليس لدى المستلم نسخة واحدة ، بل نسختان من الإشارة المرسلة ، والتي جاءت بطرق مختلفة. هذا يجعل من الممكن جمع المزيد من الطاقة من الإشارة الأصلية ، منذ ذلك الحين الموجات التي يستقبلها هوائي واحد قد لا يستقبلها هوائي آخر والعكس صحيح. أيضًا ، قد تصل الإشارات التي تخرج من الطور عند هوائي واحد إلى الآخر في الطور. يمكن تسمية مخطط تنظيم السطح البيني الراديوي هذا بمدخل واحد متعدد المخرجات (SIMO) ، على عكس المخطط القياسي للإخراج الأحادي المدخل (SISO). يمكن أيضًا تطبيق النهج العكسي: عند استخدام عدة هوائيات للإرسال وهوائي واحد للاستقبال. يؤدي هذا أيضًا إلى زيادة الطاقة الإجمالية للإشارة الأصلية التي يتلقاها جهاز الاستقبال. يسمى هذا المخطط المدخلات المتعددة ذات الإخراج الفردي (MISO). في كلا النظامين (SIMO و MISO) ، يتم تثبيت عدة هوائيات على جانب المحطة الأساسية ، منذ ذلك الحين من الصعب تنفيذ تنوع الهوائي في جهاز متنقل على مسافة كبيرة بما فيه الكفاية دون زيادة أبعاد المعدات المطرافية نفسها.
نتيجة لمزيد من التفكير ، وصلنا إلى مخطط المدخلات المتعددة المخرجات (MIMO). في هذه الحالة ، يتم تثبيت العديد من الهوائيات للإرسال والاستقبال. ومع ذلك ، بخلاف المخططات المذكورة أعلاه ، فإن مخطط التنوع هذا لا يسمح فقط بالتعامل مع انتشار الإشارات متعدد المسيرات ، ولكن أيضًا للحصول على بعض المزايا الإضافية. باستخدام هوائيات إرسال واستقبال متعددة ، يمكن تخصيص مسار منفصل لكل زوج من هوائي الإرسال / الاستقبال لإرسال المعلومات. في هذه الحالة ، سيتم تنفيذ استقبال التنوع بواسطة الهوائيات المتبقية ، وسيعمل هذا الهوائي أيضًا كهوائي إضافي لمسيرات إرسال أخرى. نتيجة لذلك ، من الناحية النظرية ، من الممكن زيادة معدل البيانات بأكبر عدد ممكن من الهوائيات الإضافية التي سيتم استخدامها. ومع ذلك ، فإن جودة كل مسير راديوي تفرض قيودًا كبيرة.
كيف يعمل MIMO
كما هو مذكور أعلاه ، يتطلب تنظيم تقنية MIMO تركيب عدة هوائيات على جانبي الإرسال والاستقبال. عادة ، يتم تثبيت عدد متساوٍ من الهوائيات عند مدخلات ومخرجات النظام ، منذ ذلك الحين في هذه الحالة ، يتم الوصول إلى الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات. لإظهار عدد الهوائيات عند الاستقبال والإرسال ، جنبًا إلى جنب مع اسم تقنية MIMO ، عادةً ما يتم ذكر التسمية "AxB" ، حيث A هو عدد الهوائيات عند إدخال النظام ، و B عند الإخراج . يشير النظام في هذه الحالة إلى الاتصال اللاسلكي.
لكي تعمل تقنية MIMO ، يلزم إجراء بعض التغييرات في بنية جهاز الإرسال مقارنة بالأنظمة التقليدية. دعونا نفكر فقط في واحدة من الطرق الممكنة ، والأكثر بساطة ، لتنظيم تقنية MIMO. بادئ ذي بدء ، من ناحية الإرسال ، هناك حاجة إلى مقسم تيار ، والذي سيقسم البيانات المعدة للإرسال إلى عدة تدفقات فرعية منخفضة السرعة ، يعتمد عددها على عدد الهوائيات. على سبيل المثال ، بالنسبة إلى MIMO 4x4 ومعدل بيانات الإدخال 200 ميجابت في الثانية ، سينشئ الحاجز 4 تدفقات كل منها 50 ميجابت في الثانية. علاوة على ذلك ، يجب إرسال كل من هذه التدفقات عبر الهوائي الخاص بها. عادة ، يتم إعداد هوائيات الإرسال مع بعض الفواصل المكانية للسماح بأكبر عدد ممكن من الإشارات الهامشية الناتجة عن المسيرات المتعددة. في إحدى الطرق الممكنة لتنظيم تقنية MIMO ، يتم إرسال الإشارة من كل هوائي باستقطاب مختلف ، مما يجعل من الممكن التعرف عليها عند الاستقبال. ومع ذلك ، في أبسط الحالات ، يتم تمييز كل إشارة من الإشارات المرسلة بواسطة وسيط الإرسال نفسه (تأخير الوقت ، والتشوهات الأخرى).
على جانب الاستقبال ، تتلقى العديد من الهوائيات إشارة من الراديو. علاوة على ذلك ، يتم أيضًا تثبيت الهوائيات على جانب الاستقبال مع بعض التنوع المكاني ، مما أدى إلى توفير استقبال التنوع الذي تمت مناقشته سابقًا. يتم تغذية الإشارات المستقبلة إلى أجهزة الاستقبال ، والتي يتوافق عددها مع عدد الهوائيات ومسارات الإرسال. علاوة على ذلك ، يتلقى كل جهاز استقبال إشارات من جميع هوائيات النظام. يستخرج كل من هذه المكونات من التدفق الكلي طاقة الإشارة للمسار المسؤول عنه فقط. يقوم بذلك إما وفقًا لبعض الإشارات المحددة مسبقًا على أن كل إشارة قد تم تجهيزها ، أو بسبب تحليل التأخير والتوهين وانزياح الطور ، أي. مجموعة من التشوهات أو "بصمات" وسيط التوزيع. اعتمادًا على كيفية عمل النظام (Bell Laboratories Layered Space-Time - BLAST ، التحكم الانتقائي لكل هوائي (SPARC) ، وما إلى ذلك) ، يمكن تكرار الإشارة المرسلة بعد فترة زمنية معينة ، أو إرسالها مع تأخير طفيف عبر هوائيات أخرى.
في نظام مزود بتقنية MIMO ، قد تحدث ظاهرة غير معتادة تتمثل في أن معدل البيانات في نظام MIMO قد ينخفض إذا كان هناك خط رؤية بين مصدر الإشارة والمستقبل. هذا يرجع في المقام الأول إلى انخفاض شدة التشوهات في الفضاء المحيط ، والتي تميز كل من الإشارات. نتيجة لذلك ، يصبح فصل الإشارات عن بعضها إشكالية ، ويبدأ كل منهما في التأثير على الآخر. وبالتالي ، كلما زادت جودة الاتصال الراديوي ، قلت الفائدة التي يمكن الحصول عليها من MIMO.
متعدد المستخدمين MIMO (MU-MIMO)
يشير المبدأ المذكور أعلاه لتنظيم الاتصالات الراديوية إلى ما يسمى بـ MIMO المستخدم الفردي (SU-MIMO) ، حيث لا يوجد سوى جهاز إرسال واستقبال واحد للمعلومات. في هذه الحالة ، يمكن لكل من المرسل والمستقبل تنسيق إجراءاتهما بوضوح ، وفي نفس الوقت لا يوجد عامل مفاجئ عندما يظهر مستخدمون جدد على الهواء. مثل هذا المخطط مناسب تمامًا للأنظمة الصغيرة ، على سبيل المثال ، لتنظيم الاتصال في مكتب منزلي بين جهازين. في المقابل ، فإن معظم الأنظمة ، مثل WI-FI و WIMAX وأنظمة الاتصالات الخلوية متعددة المستخدمين ، أي لديهم مركز واحد والعديد من الأشياء البعيدة ، وكل منها من الضروري تنظيم اتصال لاسلكي. وبالتالي ، تنشأ مشكلتان: من ناحية ، يجب أن ترسل المحطة الأساسية إشارة إلى العديد من المشتركين من خلال نفس نظام الهوائي (بث MIMO) ، وفي نفس الوقت تستقبل إشارة عبر نفس الهوائيات من عدة مشتركين (MIMO MAC - قنوات الوصول المتعددة).
في اتجاه الوصلة الصاعدة - من MS إلى BTS ، يرسل المستخدمون معلوماتهم في وقت واحد على نفس التردد. في هذه الحالة ، تنشأ صعوبة بالنسبة للمحطة الأساسية: من الضروري فصل الإشارات عن المشتركين المختلفين. إحدى الطرق الممكنة للتعامل مع هذه المشكلة هي أيضًا طريقة المعالجة الخطية ، والتي توفر إشارة مرسلة أولية. يتم ضرب الإشارة الأصلية ، وفقًا لهذه الطريقة ، بمصفوفة تتكون من معاملات تعكس التداخل من مشتركين آخرين. يتم تجميع المصفوفة بناءً على الوضع الحالي على الهواء: عدد المشتركين وسرعات الإرسال وما إلى ذلك. وبالتالي ، قبل الإرسال ، تخضع الإشارة للتشويه العكسي لتلك التي تصادفها أثناء الإرسال اللاسلكي.
في الوصلة الهابطة - الاتجاه من BTS إلى MS ، ترسل المحطة القاعدة إشارات في نفس الوقت على نفس القناة إلى عدة مشتركين في وقت واحد. هذا يؤدي إلى حقيقة أن الإشارة المرسلة لمشترك واحد تؤثر على استقبال جميع الإشارات الأخرى ، أي يحدث تدخل. الخيارات الممكنة للتعامل مع هذه المشكلة هي استخدام أو تطبيق تقنية تشفير الورق المتسخ ("الورق المتسخ"). دعونا نلقي نظرة فاحصة على تقنية الورق المتسخ. يعتمد مبدأ تشغيله على تحليل الحالة الحالية للراديو وعدد المشتركين النشطين. المشترك الوحيد (الأول) ينقل بياناته إلى المحطة الأساسية بدون تشفير ، ويغير بياناته ، بسبب. لا يوجد تدخل من المشتركين الآخرين. سيقوم المشترك الثاني بتشفير أي يغير طاقة إشارته حتى لا تتداخل مع الأول ولا تعرض إشارته للتأثير من الأولى. سيتبع المشتركون اللاحقون المضافون إلى النظام هذا المبدأ أيضًا ، بناءً على عدد المشتركين النشطين وتأثير الإشارات التي يرسلونها.
تطبيق MIMO
تعد تقنية MIMO في العقد الماضي واحدة من أكثر الطرق ذات الصلة لزيادة إنتاجية وقدرة أنظمة الاتصالات اللاسلكية. دعونا ننظر في بعض الأمثلة لاستخدام MIMO في أنظمة الاتصالات المختلفة.
يعد معيار WiFi 802.11n أحد أبرز الأمثلة على استخدام تقنية MIMO. ووفقا له ، فإنه يسمح لك بالحفاظ على سرعات تصل إلى 300 ميجابت في الثانية. علاوة على ذلك ، فإن المعيار السابق 802.11g يسمح بتوفير 50 ميجابت في الثانية فقط. بالإضافة إلى زيادة معدل البيانات ، يسمح المعيار الجديد ، بفضل MIMO ، أيضًا بتحسين جودة أداء الخدمة في الأماكن ذات قوة الإشارة المنخفضة. لا يتم استخدام 802.11n فقط في أنظمة النقاط / متعددة النقاط (نقطة / نقطة متعددة) - المكان الأكثر شيوعًا لاستخدام تقنية WiFi لتنظيم شبكة LAN (شبكة المنطقة المحلية) ، ولكن أيضًا لتنظيم اتصالات النقطة / النقاط التي تُستخدم لتنظيم اتصالات صندوق الاتصال بسرعة تصل إلى عدة مئات من الميجابت في الثانية وتسمح بنقل البيانات عبر عشرات الكيلومترات (حتى 50 كم).
يحتوي معيار WiMAX أيضًا على إصدارين يوفران إمكانيات جديدة للمستخدمين بمساعدة تقنية MIMO. الأول ، 802.16e ، يوفر خدمات النطاق العريض للأجهزة المحمولة. يسمح لك بنقل المعلومات بسرعة تصل إلى 40 ميجابت في الثانية في الاتجاه من المحطة الأساسية إلى معدات المشترك. ومع ذلك ، يعتبر MIMO في 802.16e خيارًا ويستخدم في أبسط تكوين - 2x2. في الإصدار التالي ، يعتبر 802.16m MIMO تقنية إلزامية ، مع إمكانية تكوين 4x4. في هذه الحالة ، يمكن أن يُعزى WiMAX بالفعل إلى أنظمة الاتصالات الخلوية ، أي الجيل الرابع (بسبب معدل نقل البيانات المرتفع) ، لأن يحتوي على عدد من الميزات المتأصلة في الشبكات الخلوية: الاتصالات الصوتية. في حالة استخدام الهاتف المحمول ، يمكن نظريًا تحقيق 100 ميجابت في الثانية. في الإصدار الثابت ، يمكن أن تصل السرعة إلى 1 جيجابت في الثانية.
من الأهمية بمكان استخدام تقنية MIMO في أنظمة الاتصالات الخلوية. وجدت هذه التقنية تطبيقها منذ الجيل الثالث من أنظمة الاتصالات الخلوية. على سبيل المثال ، في المعيار ، في Rel. 6 ، يتم استخدامه جنبًا إلى جنب مع تقنية HSPA مع دعم سرعات تصل إلى 20 ميجابت في الثانية ، وفي Rel. 7 - مع HSPA + حيث تصل معدلات نقل البيانات إلى 40 ميجابت في الثانية. ومع ذلك ، لم تجد MIMO تطبيقًا واسعًا في أنظمة الجيل الثالث.
توفر الأنظمة ، وهي LTE ، أيضًا استخدام MIMO في تكوينات تصل إلى 8x8. هذا ، من الناحية النظرية ، يمكن أن يجعل من الممكن نقل البيانات من المحطة الأساسية إلى المشترك أكثر من 300 ميجابت في الثانية. ومن النقاط الإيجابية المهمة أيضًا الجودة المستقرة للاتصال حتى عند الحافة. في هذه الحالة ، حتى على مسافة كبيرة من المحطة الأساسية ، أو عندما تكون في غرفة بعيدة ، سيتم ملاحظة انخفاض طفيف فقط في معدل نقل البيانات.
وبالتالي ، تجد تقنية MIMO تطبيقًا في جميع أنظمة نقل البيانات اللاسلكية تقريبًا. وإمكاناته لم تستنفد. يتم بالفعل تطوير خيارات تكوين الهوائي الجديدة ، حتى 64x64 MIMO. وهذا سيجعل من الممكن تحقيق معدلات بيانات أعلى وقدرة الشبكة وكفاءة استخدام الطيف في المستقبل.
على أصابع حول MIMO.
تخيل أن المعلومات هي أشخاص ، وأن المودم والمحطة الأساسية للمشغل هما مدينتان يتم وضع مسار واحد بينهما ، والهوائي هو المحطة. سننقل الناس بالقطار ، والذي ، على سبيل المثال ، لا يمكنه حمل أكثر من مائة شخص. سوف تكون محدودة الإنتاجية بين هذه المدن ، لأن. يمكن أن يستغرق القطار مائة شخص فقط في المرة الواحدة.
حتى يتمكن 200 شخص من الوصول إلى مدينة أخرى في نفس الوقت ، يتم إنشاء مسار ثانٍ بين المدن ويتم إطلاق قطار ثانٍ في نفس الوقت مثل الأول ، وبالتالي مضاعفة تدفق الناس. تعمل تقنية MIMO بنفس الطريقة ، في الواقع ، نقوم ببساطة بمضاعفة عدد التدفقات. يتم تحديد عدد التدفقات بواسطة معيار MIMO ، دفقان - MIMO 2x2 ، أربعة تدفقات - MIMO 4x4 ، إلخ. لنقل البيانات عبر الإنترنت ، سواء كانت 4G LTE أو WiFi ، اليوم ، كقاعدة عامة ، يتم استخدام معيار MIMO 2x2. لاستقبال دفق مزدوج في نفس الوقت ، يلزم وجود هوائيين تقليديين ، أو بالقياس ، محطتين ، أو ، لتوفير المال ، هوائي MIMO واحد ، كما لو كانت محطة واحدة مع منصتين. أي أن هوائي MIMO عبارة عن هوائيين داخل واحد.
يمكن أن يحتوي هوائي اللوحة MIMO حرفيًا على مجموعتين من العناصر المشعة ( "بقع") في حالة واحدة( على سبيل المثال ، تعمل أربع بقع في استقطاب رأسي ، والأربعة الأخرى في استقطاب أفقي ، ليصبح المجموع ثماني بقع). كل مجموعة متصلة بمقبسها الخاص.
ويمكن أن تحتوي على مجموعة واحدة من التصحيحات ولكن بها تغذية من منفذين (متعامد) ، لذلك يتم تشغيل عناصر الهوائي بإزاحة طور بمقدار 90 درجة ، وبعد ذلك ستعمل كل رقعة في الاستقطاب الرأسي والأفقي في نفس الوقت.
في هذه الحالة ، سيتم توصيل مجموعة واحدة من التصحيحات بمقبسين في وقت واحد ، وهما هوائيات MIMO التي تُباع في متجرنا عبر الإنترنت.
أكثر
يرتبط البث المحمول للتيار الرقمي LTE ارتباط مباشر بالتطورات الجديدة للجيل الرابع. عند أخذ شبكة 3G للتحليل ، يمكنك أن تجد أن معدل نقل البيانات بها أقل بـ 11 مرة من 4G. ومع ذلك ، فإن سرعة كل من استقبال ونقل بيانات LTE غالبًا ما تكون ذات جودة رديئة. هذا بسبب نقص الطاقة أو مستوى الإشارة الذي يستقبله مودم 4G LTE من المحطة. لتحسين جودة نشر المعلومات بشكل كبير ، تم إدخال هوائيات 4G MIMO.
الهوائيات المعدلة ، مقارنة بأنظمة توزيع البيانات التقليدية ، لديها مخطط إرسال مختلف. على سبيل المثال ، هناك حاجة إلى مقسم دفق رقمي لتوزيع المعلومات في تدفقات منخفضة السرعة ، وعددها مرتبط بعدد الهوائيات. إذا كانت سرعة البث الوارد حوالي 200 ميجابت في الثانية ، فسيتم إنشاء دفقين - كلاهما بسرعة 100 ميجابت في الثانية. يجب بث كل دفق عبر هوائي منفصل. سيكون استقطاب الموجة الراديوية المرسلة من كل من الهوائيين مختلفًا من أجل فك تشفير البيانات في وقت الاستقبال. يجب أن يحتوي جهاز الاستقبال ، من أجل الحفاظ على معدل البيانات ، على هوائيين استقبال في استقطابات مختلفة.
مزايا MIMO
MIMO هو توزيع عدة تدفقات من المعلومات في وقت واحد عبر قناة واحدة فقط ، متبوعًا بمرورها عبر زوج أو أكثر من الهوائيات قبل الدخول إلى أجهزة استقبال مستقلة لبث موجات الراديو. يتيح لك ذلك تحسين سرعة نقل الإشارة بشكل ملحوظ دون اللجوء إلى توسيع النطاق الترددي.
عند بث موجات الراديو ، يتجمد الدفق الرقمي في قناة الراديو بشكل انتقائي. قد تلاحظ ذلك إذا كنت محاطًا بمباني حضرية شاهقة ، أو تتحرك بسرعات عالية ، أو تبتعد عن منطقة يمكن أن تصل إليها موجات الراديو. للتخلص من هذه المشكلة ، تم إنشاء هوائي MIMO قادر على نقل المعلومات عبر عدة قنوات مع تأخير بسيط. يتم تشفير المعلومات مسبقًا ثم إعادة بنائها عند الطرف المستلم. نتيجة لذلك ، لا يتم زيادة سرعة توزيع البيانات فحسب ، بل يتم أيضًا تحسين جودة الإشارة بشكل كبير.
وفقًا لميزات تصميمها ، تنقسم هوائيات LTE إلى عادي وتتكون من جهازي إرسال واستقبال (MIMO). يمكن لنظام انتشار إشارة نموذجي أن يحقق سرعات لا تزيد عن 50 ميغا بت في الثانية. تتيح تقنية MIMO فرصًا لأكثر من ضعف سرعة نقل الإشارة. يتم تحقيق ذلك من خلال تركيب عدة هوائيات في الصندوق مرة واحدة ، والتي تقع على مسافة بسيطة من بعضها البعض.
يحدث الاستلام المتزامن ، وكذلك توزيع الدفق الرقمي بواسطة الهوائيات إلى المستلم ، من خلال كبلين مستقلين. هذا يسمح لك بزيادة معلمات السرعة بشكل كبير. تم استخدام MIMO بنجاح في الأنظمة اللاسلكية مثل WiFi ، وكذلك الشبكات الخلوية و WiMAX. يمكن أن يؤدي استخدام هذه التقنية ، التي تحتوي عادةً على مدخلين ومخرجين ، إلى تحسين الجودة الطيفية لشبكات WiFi و WiMAX و 4G / LTE وأنظمة أخرى ، وزيادة معدل نقل المعلومات وقدرة تدفق البيانات. يمكن تحقيق المزايا المذكورة بسبب نقل البيانات من هوائي 4G MIMO إلى المستلم عبر عدة اتصالات لاسلكية. ومن هنا جاء اسم هذه التقنية (مخرج متعدد المدخلات - مدخلات متعددة ومخرجات متعددة).
. أين يتم تطبيق MIMO؟
اكتسبت MIMO شعبية بسرعة من خلال زيادة السعة والإنتاجية لبروتوكولات نقل البيانات مثل WiFi. يمكن للمرء أن يأخذ معيار WiFi 802.11n باعتباره حالة الاستخدام الأكثر شيوعًا لـ MIMO. بفضل تقنية الاتصال MIMO ، تمكن بروتوكول WiFi هذا من الوصول إلى سرعات تزيد عن 300 ميجابت في الثانية.
بالإضافة إلى تسريع نقل تدفق المعلومات ، تلقت الشبكة اللاسلكية بفضل MIMO أداءً محسنًا من حيث جودة نقل البيانات حتى في الأماكن التي يكون فيها مستوى إشارة الاستقبال منخفضًا جدًا. بفضل التكنولوجيا الجديدة ، تمكنت WiMAX من نقل البيانات بسرعة تصل إلى 40 ميجابت في الثانية.
في معيار 4G (LTE) ، يمكن استخدام MIMO بتكوين يصل إلى 8x8. من الناحية النظرية ، سيسمح هذا ببث دفق رقمي من المحطة الرئيسية إلى المستلم بسرعة تزيد عن 300 ميغابت في الثانية. نقطة أخرى جذابة من استخدام النظام الجديد هي الاتصال عالي الجودة والمستقر ، الذي يتم ملاحظته حتى على حافة الخلية.
هذا يعني أنه حتى على مسافة كبيرة من المحطة ، وكذلك عند التواجد في غرفة ذات جدران سميكة ، لن يُلاحظ سوى انخفاض طفيف في أداء السرعة. يمكن تطبيق MIMO على كل أنظمة الاتصالات اللاسلكية تقريبًا. وتجدر الإشارة إلى أن إمكانات هذا النظام لا تنضب.
إنهم يبحثون باستمرار عن طرق لتطوير تكوينات جديدة لهوائي MIMO ، على سبيل المثال حتى 64x64. في المستقبل القريب ، سيمكن ذلك من تحسين كفاءة المؤشرات الطيفية ، وزيادة قدرة الشبكات وحجم سرعة نقل المعلومات.
