Что такое mimo антенна
Технология MIMO: что это и с чем её едят?
Наверняка, многие уже слышали про технологию MIMO, в последние годы её частенько пестрят рекламные проспекты и плакаты, особенно в компьютерных магазинах и журналах. Но что же такое MIMO (МИМО) и с чем её едят? Давайте разберёмся поподробнее.
Технология MIMO
MIMO (Multiple Input Multiple Output; множественные входы, множественные выходы) — метод пространственного кодирования сигнала, позволяющий увеличить полосу пропускания канала, при котором для передачи данных используются две и более антенны и такое же количество антенн для приёма. Передающие и приёмные антенны разнесены настолько, чтобы достичь минимального взаимного влияния друг на друга между соседними антеннами. Технология MIMO используется в беспроводных связи Wi-Fi, WiMAX, LTE для увеличения пропускной способности и более эффективного использования частотной полосы. Фактически MIMO позволяет в одном частотном диапазоне и заданном частотном коридоре передавать больше данных, т.е. увеличить скорость. Достигается это за счёт использования нескольких передающих и принимающих антенн.
История MIMO
Технологию MIMO можно отнести к достаточно молодым разработкам. Её история начинается в 1984 году, когда был зарегистрирован первый патент на использования данной технологии. Начальные разработки и исследования проходили в компании Bell Laboratories, а 1996 году компанией Airgo Networks был выпущен первый MIMO-чипсет под названием True MIMO. Наибольшее развитие технология MIMO получила в начале XXI века, когда бурными темпами начали развиваться беспроводные сети Wi-Fi и сотовые сети 4G. А сейчас технология MIMO вовсю используется в сетях 4G LTE и Wi-Fi 802.11b/g/ac, а также в будущих сетях 5G и Wi-Fi 6.
Что даёт технология MIMO?
Для конечного пользователя MIMO даёт значительный прирост в скорости передачи данных. В зависимости от конфигурации оборудования и количества используемых антенн, можно получить двукратный, трехкратный и до восьмикратного увеличения скорости. Обычно в беспроводных сетях используется одинаковое количество передающих и принимающих антенн, и записывается это как, например, 2×2 или 3×3. Т.е. если видим запись MIMO 2×2, значит две антенны передают сигнал и две принимают. Например, в стандарте Wi-Fi 802.11ac один канал шириной 20 Мгц даёт пропускную способность 867 Мбит/с, тогда как в конфигурации MIMO 8×8 объединяются 8 каналов, что даёт максимальную скорость около 7 Гбит/с. Аналогично и в LTE MIMO — потенциальный рост скорости в несколько раз. Для полноценного использования MIMO в сетях LTE необходимы 4G MIMO антенны, т.к. как правило встроенные антенны недостаточно разнесены и дают малый эффект. И конечно, должна быть поддержка MIMO со стороны базовой станции.
LTE-антенна с поддержкой MIMO передаёт и принимает сигнал в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Это называется поляризация. Отличительной особенностью MIMO-антенн является наличие двух антенных разъёмов, и соответственно использование двух проводов для подключения к модему/роутеру.
Несмотря на то, что многие говорят, и не безосновательно, что MIMO-антенна для сетей 4G LTE фактически представляет собой две антенны в одной, не стоит думать, что при использовании такой антенны будет двукратный рост скорости. Таковым он может быть только в теории, а на практике разница между обычной и MIMO-антенной в сети 4G LTE составляет 20-25%, что уже можно назвать существенным результатом. Однако, более важным в данном случае будет стабильный сигнал, который может обеспечить MIMO-антенна.
Мы рекомендуем установку MIMO-антенн для получения максимально быстрого и стабильного интернета в сети 4G LTE.
Портал о современных технологиях мобильной и беспроводной связи
Функции MIMO (M ultiple Input – Multiple Output )
Применение технологий MIMO (multiple input – multiple output) решает две задачи:
— увеличение качества связи за счет пространственного временного/ частотного кодирования и (или) формирования лучей (beamforming),
— повышение скорости передачи при применении пространственного мультиплексирования.
Структура MIMO
В различных реализациях MIMO имеется ввиду одновременная передача в одном физическом канале нескольких независимых сообщений. С целью реализации действия MIMO применяют многоантенные системы: на передающей стороне имеется Nt передающих антенн, а на приемной стороне Nr приемных. Данная структура приведена на рис. 1.
Рис. 1. MIMO структура
Что такое MIMO?
История MIMO
История систем MIMO как объекта беспроводной связи пока весьма не продолжительна. Первый патент на использование MIMO-принципа в радиосвязи был зарегистрирован в 1984 году от имени сотрудника Bell Laboratories Джека Винтерса (Jack Winters). Основываясь на его исследованиях, Джек Селз (Jack Salz) из той же компании опубликовал в 1985 году первую статью по MIMO-решениям. Развитие данного направления продолжалось специалистами Bell Laboratories и другими исследователями вплоть до 1995 года. В 1996 году Грэг Ралей (Greg Raleigh) и Джеральд Дж. Фошини (Gerald J. Foschini) предложили новый вариант реализации MIMO-системы, увеличив тем самым ее эффективность. Впоследствии Грэг Ралей, которому присваивают авторство OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing – мультиплексирование посредством ортогональных несущих) для MIMO, основал компанию Airgo Networks, которая разработала первый MIMO-чипсет под названием True MIMO.
Однако, несмотря на довольно короткий промежуток времени с момента своего появления, MIMO-направление развивается весьма многопланово и включает в себя разнородное семейство методов, которые можно классифицировать по принципу разделения сигналов в приемном устройстве. При этом в MIMO-системах используются как уже вошедшие в практику подходы к разделению сигналов, так и новые. К ним относятся, например, пространственно-временное, пространственно-частотное, пространственно-поляризационное кодирование, а также сверхразрешение по направлению прихода сигнала в приемник. Благодаря обилию подходов к разделению сигналов удалось обеспечить столь долгую разработку стандартов на использование систем MIMO в средствах связи. Однако все разновидности MIMO направлены на достижение одной цели – увеличение пиковой скорости передачи данных в сетях связи за счет улучшения помехоустойчивости.
Простейшая антенна MIMO
Простейшая антенна MIMO – это система из двух несимметричных вибраторов (монополей), ориентированных под углом ±45° относительно вертикальной оси (рис.2).
Рис. 2 Простейшая антенна MIMO
Такой угол поляризации позволяет каналам находиться в равных условиях, поскольку при горизонтально-вертикальной ориентации излучателей одна из поляризационных составляющих неизбежно получила бы большее затухание при распространении вдоль земной поверхности. Сигналы, излучаемые независимо каждым монополем, поляризованы взаимно ортогонально с достаточно высокой взаимной развязкой по кросс-поляризационной составляющей (не менее 20 дБ). Аналогичная антенна используется и на приемной стороне. Такой подход позволяет одновременно передавать сигналы с одинаковыми несущими, модулированными различным образом. Принцип поляризационного разделения обеспечивает удвоение пропускной способности линии радиосвязи по сравнению со случаем одиночного монополя (в идеальных условиях прямой видимости при идентичной ориентации приемных и передающих антенн). Таким образом, по сути любую систему с двойной поляризацией можно считать системой MIMO.
Дальнейшая эволюция MIMO
К тому моменту, когда технология MIMO была специфицирована в релизе 7, шло активное распространение по миру стандарта 3G. Были попытки совместить сети третьего поколения с технологией MIMO, но широкого распространения не получили. По данным Глобальной Ассоциации Поставщиков Мобильного Оборудования ( Global mobile Suppliers Association, GSA) от 04.11.2010 на тот момент из 2776 типов устройств с поддержкой HSPA, представленных на рынке, только 28 моделей поддерживают MIMO. К тому же внедрение MIMO сети с низким проникновением MIMO-терминалов приводит к снижению пропускной способности сети. Компания Nokia разработала технологию для минимизации потерь пропускной способности, но она показала бы свою эффективность только в том случае, когда проникновение MIMO-терминалов составило бы не менее 40% абонентских устройств. Добавляя к выше сказанному, стоит напомнить, что 14 декабря 2009 года состоялся запуск первой в мире мобильной сети на базе технологии LTE, которая позволяла достичь гораздо более высоких скоростей. Исходя из этого видно, что операторы были нацелены на скорейшее развертывание сетей LTE, нежели на модернизацию сетей третьего поколения.
На сегодняшний день можно отметить бурный рост объема трафика в сетях подвижной связи 4 поколения, и чтобы обеспечить необходимую скорость всем своим абонентам, операторам приходится искать различные методы по повышению скорости передачи данных или по повышению эффективности использования частотного ресурса. MIMO же позволяет в имеющейся полосе частот передавать почти в 2 раза больше данных за тот же временной промежуток при варианте 2х2. Если же использовать антенную реализацию 4х4, то, к сожалению, максимальная скорость загрузки информации составит 326 Мбит/с, а не 400 Мбит/с, как предполагает теоретический расчет. Это связано с особенностью передачи через 4 антенны. Каждой антенне выделены определенные ресурсные элементы (РЭ) для передачи опорных символов. Они необходимы для организации когерентной демодуляции и оценки каналов. Расположение этих РЭ изображено на рис. 3. Передающим антеннам присваивают номера логических антенных портов. Символы, помеченные R0 передает порт 0, символы R1 – порт 1 и т.д. В итоге 14,3% от всех РЭ выделено на передачу опорных символов, чем и обусловлено различие теоретической и практических скоростей.
Рис. 3 Расположение РЭ для передачи опорных символов в субкадре при MIMO 4×4
В заключение можно сделать вывод, что MIMO оправдала себя как перспективная технология для построения мобильных систем широкополосного радиодоступа со скоростями в сотни Мб/с.
Подробно ознакомиться с функционированием технологии MIMO, конфигурацией антенн MIMO на сетях операторов мобильной связи, а также перспективах применения многоантенных систем ( Massive MIMO ) в сетях новых поколений можно в новой книге «Мобильная связь на пути к 6G».
Технология передачи данных MIMO 2×2
Технология MIMO считается молодой разработкой. Первый патент на ее применение зарегистрирован в 1984 году. Первый разработчик – компания Bell Laboratories. Спустя 12 лет, в 1996 году, концерн Airgo Networks выпускает блок микросхем для материнской платы с использованием MIMO. Разработка получила актуальность именно с развитием беспроводных технологий Wi-Fi и распространением сети 3G. На сегодняшний день она внедрена также в устройства для передачи данных в формате 4G LTE.
Преимущества использования технологии MIMO
MIMO раздает несколько потоков данных посредством одного канала. Далее сигнал проходит через две или более антенны (при этом происходит доставка разных потоков данных только по единственному каналу) до приемных устройств. Данная технология решает проблему низкой пропускной способности, причем для достижения цели не нужно расширять полосу пропускания.
При излучении радиоволны поток данных в радиоканале как бы замирает. Данное явление можно заметить в городе среди многоэтажных домов, когда пользователь двигается на значительной скорости либо удаляется от зоны излучения радиосигнала. MIMO антенны транслируют кодированный сигнал с небольшой задержкой и восстанавливают его принимающей стороной. В результате возрастает скорость передачи данных и улучшается качество сигнала.
Стандартные системы излучения сигнала для передачи данных в формате LTE имеют показатели скорости порядка 50 Мб в секунду. Системы на основе двух устройств, которые принимают и передают сигнал (технология MIMO ), позволяют увеличить скорость более чем в два раза.
Технология MIMO успешно применяется в беспроводных системах WiFi, WiMAX и в сотовой сети, т.к. она улучшает спектральные показатели качества сигнала, скорость и емкость потока информации. Все это возможно благодаря передаче данных от 4G антенны MIMO с помощью нескольких беспроводных соединений, что и отражает суть технологии. Аббревиатура MIMO исходит из выражения Multiple Input Multiple Output, что переводится как «множественный вход и множественный выход».
Область применения MIMO
область применения мимо
Разработка активно применяется для улучшения качества связи и увеличения скорости в различных стандартах беспроводной связи:
Таким образом, устройства, произведенные на основе технологии MIMO, будут передавать данные без потери качества, с высокой скоростью независимо от того, насколько удалена базовая станция оператора от места работы пользователя сети, из какого материала стены помещения, какой они толщины. Система – с безграничным потенциалом, по сути, ее возможности еще предстоит открыть.
Еще несколько лет назад словосочетание MIMO 3 G ассоциировалось с пиком скорости передачи данных. Сегодня уже начали устанавливаться 4 G антенны. Не останавливается ни на день поиск и разработка новых конфигураций MIMO антенн. Производители планируют создать версию 64х64. Если их задумка воплотится в жизнь, то совсем скоро можно будет воспользоваться оборудованием с еще более эффективными спектральными данными, с супер скоростью передачи данных, с повышенной емкостью сетей.
MIMO в загородном доме
Система будет играть важную роль и при внедрении сетей сотовой связи по стандартам 5G, где также будут практиковаться LTE и WI-FI передача данных. Подобное телекоммуникационное оборудование планируется к внедрению операторами уже к 2020 году.
Как установить антенну MIMO
Подобное оборудование – отличный вариант для установки системы связи «точка приема – точка отдачи», «точка приема – много точек отдачи». 3G, 4G антенна с поддержкой технологии MIMO обычно оснащена пластиковым корпусом, предохраняющим его от осадков и УФ-лучей. Ее можно закрепить на вертикальной поверхности, регулировать угол наклона, что особенно важно, когда нужно «ловить» сигнал на даче.
Обращайтесь в «Лан Центр»! Мы взяли на вооружение новейшие технологии, чтобы связь за городом, на даче была вам в радость.
Обзор антенны-усилителя Антэкс 3G/4G MIMO Максимум. Проверка в деревенских условиях приема связи
Содержание
Содержание
Упаковка и комплектация
Поставляется антенна в прочной картонной упаковке с принтом на лицевой стороне. Параметры антенны расписаны сзади
Вот параметры более детально. они расписаны с боку коробки и сзади. Тут четко указаны стандарты диапазонов связи, которые могут быть усилены данной антенной. К примеру, ее можно использовать как усилитель антенн вашего роутера, чтобы усилить покрытие или расширить возможности вашего Wifi приемника, вообще функционал не ограничен только усилением приема мобильной связи.
Комплект необычно широк, в нем есть две кабельные сборки обычного ТВ-кабеля SAT703 длиной по 10м каждая. Положили два переходника CRC-9 и 2 переходник TS9 для расширения количества возможных используемых роутеров и модемов. Также есть комплект монтажа к мачте со всеми необходимыми гайками и винтами. И, разумеется, инструкция по установке
Кабельные сборки ТВ-кабеля SAT703 уже снабжены F-разъемами на концах для простоты монтажа. Также преимуществом использования данного кабеля является простота и распространённость его в рознице. Данный кабель привычен и не требует какой-то особенной подготовки и инструмента для его удлинения и монтажа.
В комплекте отдельно покажу наличие CRC-9 переходника. С одной стороны привычный телевизионный кабель, с другой разъем для подключения к антеннам мобильной техники, такой как модемы и роутеры. В комплекте их 2 штуки для каждой кабельной сборки
Рассмотрим переходник с двух сторон. Нареканий к качеству нет.
Также есть переходники TS-9, а тот случай, если у вас есть техника с такими разъемами выхода антенного усиления
Естественно, есть и инструкция по установке на русском языке
Тут все просто, но детально
Комплектация изучена, переходим к рассмотрению антенны со всех сторон
Внешний вид и размеры
Антенна выполнены в виде пластикового модуля с лицевой стороны, с украшением в виде буквы Х. Это так выделен логотип компании Антекс, полагаю
Сбоку антенна имеет небольшое расширение корпуса. Задняя часть закрыта им, она немного шире лицевой части.
Сзади крышка выполнена из крашеного металла, и мы видим торчащие разъемы для подключения антенного кабеля
Около разъемов разместили наклейки с указанием направления поляризации
Размеры достаточно впечатляющие. Я специально решил остановиться детальнее на этом вопросе, чтобы у дальнейших покупателей было полное понимание объемов антенны. Вооружаюсь рулеткой, фотографии измерений расположу ниже
В целом на этом можно было бы переходить к измерениям возможностей антенны, но природное любопытство не позволяет пройти просто так и не посмотреть, что у антенны внутри. Тем более, визуально нет проблем для открытия антенны.
Дополнение
Переходим к установке антенны на мачту.
Монтаж антенны
Устройство монтажа антенны заимствовано от проверенного временем способа крепления спутниковых антенн. Выбран вариант крепления к мачте, как вариант возможного подъема антенны на уровень, где прием мобильной связи лучше.
Для начала крепим кронштейн к антенне 4мя комплектными гайками с фланцем
Затем двумя гайками с шайбами фиксируем затягивающую скобу и специальную металлическую проставку, которая жестко фиксируется на мачте, благодаря имеющимся металлическим зубцам
Наклон и азимут антенны легко настраивается и после этого гайки до конца затягиваются.
В целом нам не так важен наклон и азимут, ведь мы имеем дело не с настройкой спутниковой антенны и покрытие мобильными сетями намного шире.
Поэтому крепим абы как и размещаем в зоне наилучшего приема
Если есть необходимость удлинения кабелей связи с антенной, делаем это. А обратные концы переходника CRC-9 устанавливаем к соответствующим разъемам на модеме или роутере.
Тестирование возможностей антенны по усилению приема мобильной связи.
Для начала сделаю уточнение, что мне нужно усилить прием 4G сети для уверенного пользования интернетом. В условиях тестируемой области пользоваться интернетом практически невозможно, загрузка даже фотографий в мессенджеры занимает огромное время, о полноценном общении по видеосвязи речи быть не может. Вот каково стояние приема до установки антенны
Замеряем скоростные характеристики через популярный сайт
Как видим, скорость очень сильно далека от приемлемой.
Устанавливаем антенну и проверяем силу покрытия
Как видим, покрытие усилилось, оно меняется между 2-мя и 3-мя делениями.
Ну и осталось замерить скорость интернет соединения
Технология MIMO: что это такое и как выбрать?
Если вы самостоятельно выбираете оборудование, то наверняка заметили,что в каталоге несколько антенн, одинаковых по коэффициенту усиления, но разных по цене. Казалось бы, разница всего лишь в одно слово. Давайте разбираться.
«Multiple Input Multiple Output». Если дать как можно более простое определение, то MIMO – это многопотоковая передача данных. Аббревиатуру можно перевести с английского как «несколько входов, несколько выходов».
Суть технологии такова: методом пространственного кодирования сигнала увеличивается полоса пропускания канала, в котором передача данных происходит через некоторое число антенн. Простыми словами: происходит расширение сигнала за счет увеличения количества параллельных антенн. По сути мы просто удваиваем количество потоков.
При трансляции радиоволн, цифровой поток в радиоканале селективно замирает. Это можно заметить, если вы находитесь вдали от зоны, которую могут охватить радиоволны. Для избавления от этой проблемы была создана антенна MIMO, способная транслировать информацию по нескольким каналам с незначительной задержкой. Информация предварительно кодируется, а затем восстанавливается на приемной стороне. В итоге не только увеличивается скорость распределения данных, но и значительно улучшается качество сигнала.
В различных реализациях MIMO имеется ввиду одновременная передача в одном физическом канале нескольких независимых сообщений. С целью реализации действия MIMO применяют многоантенные системы: на передающей стороне имеется Nt передающих антенн, а на приемной стороне Nr приемных.
Представим, что информация это люди, а модем и базовая станция оператора это два города между которыми проложен один путь, а антенна это вокзал. Перевозить людей будем на поезде, который, для примера, может перевезти не больше ста человек. Пропускная способность между такими городами будет ограничена, т.к. поезд может отвезти только сто человек за один раз.
Как это влияет на интернет? MIMO даёт значительный прирост в скорости передачи данных. В зависимости от конфигурации оборудования и количества используемых антенн, можно получить увеличение скорости в два раза. Отличительной особенностью MIMO-антенн является наличие двух антенных разъёмов, и соответственно, использование двух проводов для подключения к модему/роутеру.
Несмотря на то, что многие говорят, и не безосновательно, что MIMO-антенна для сетей 4G LTE фактически представляет собой две антенны в одной, не стоит думать, что при использовании такой антенны стопроцентно будет двухкратный рост скорости. Таковым он является в теории, а на практике разница между обычной и MIMO-антенной в сети 4G LTE может быть и 20-25%. Однако, более важным в данном случае будет стабильный сигнал, который может обеспечить MIMO-антенна.
Мы рекомендуем установку MIMO-антенн для получения максимально быстрого и стабильного интернета в сети 4G LTE.