Інформація -інформація про стандарти і технології
Мобільна передача даних LTE відноситься до покоління 4G. За допомогою неї підвищується швидкість приблизно в 10 разів і ефективність передачі даних, в порівнянні з 3G мережею. Однак, не рідко буває, що швидкість прийому і передачі, навіть нового покоління, залишає бажати кращого. Це безпосередньо залежить від якості сигналу, який надходить від базової станції. Для вирішення даної проблеми використовують зовнішні антени.
За своєю конструкцією, LTE антени можуть бути: звичайні і MIMO (подвійні). За допомогою звичайної системи можна добитися швидкості до 50 Мбіт / сек. MIMO ж, може збільшити цю швидкість в два рази. Це здійснюється за рахунок установки в одній системі (коробі) двох антен, розташованих на невеликій відстані один від одного. Вони одночасно приймають і передають сигнал через два окремих кабелю до приймача. За рахунок цього відбувається таке збільшення швидкості.
MIMO (Multiple Input Multiple Output - множинний вхід множинний вихід) - це технологія, яка використовується в бездротових системах зв'язку (WIFI. WI-MAX, стільникові мережі зв'язку), що дозволяє значно поліпшити спектральну ефективність системи, максимальну швидкість передачі даних і ємність мережі. Головним способом досягнення зазначених вище переваг є передача даних від джерела до одержувача через кілька радіо з'єднань, звідки ця технологія і отримала свою назву.
Особливості поширення радіохвиль
Хвилі, що випромінюються різними системами бездротового радіозв'язку в діапазоні понад 100 МГц, багато в чому поводяться як світлові промені. Коли радіохвилі при поширенні зустрічають будь-яку поверхню, то в залежності від матеріалу і розміру перешкоди частина енергії поглинається, частина проходить наскрізь, а решта - відбивається. Причому відображена і пройшла наскрізь енергії сигналу можуть змінити напрямок свого подальшого поширення, а сам сигнал розбивається на кілька хвиль. Кожна з дійшли до приймача хвиль утворює так званий шлях поширення сигналу. Причому через те, що різні хвилі відбиваються від різного числа перешкод і проходять різну відстань, різні шляхи мають різні часові затримки.
Розподіл енергії сигналу при взаємодії з перешкодою
В умовах щільної міської забудови, через велику кількість перешкод, таких як будівлі, дерева, автомобілі та ін. Дуже часто виникає ситуація коли між абонентським обладнанням (MS) і антенами базової станції (BTS) відсутня пряма видимість. В цьому випадку, єдиним варіантом досягнення сигналу приймача є відбиті хвилі. Однак, як зазначалося вище, багаторазово відбитий сигнал уже не володіє вихідної енергією і може прийти із запізненням. Особливу складність також створює той факт, що об'єкти не завжди залишаються нерухомими і обстановка може значно змінитися з плином часу. У зв'язку з цим виникає проблема багатопроменевого поширення сигналу - одна з найбільш істотних проблем в бездротових системах зв'язку.
Для боротьби з багатопроменевим поширенням сигналів застосовується Receive Diversity - рознесений прийом.
Суть його полягає в тому, що для прийому сигналу використовується не одна, а зазвичай дві антени, розташовані на відстані один від одного. Таким чином, одержувач має не одну, а відразу дві копії переданого сигналу, що прийшов різними шляхами. Це дає можливість зібрати більше енергії вихідного сигналу, тому що хвилі, прийняті однієї антеною, можуть не бути прийнятими інший і навпаки. Цю схему організації радіо інтерфейсу можна назвати Single Input Multiple Output (SIMO). Також може бути застосований зворотний підхід: коли використовується кілька антен на передачу і одна на прийом, ця схема називається Multiple Input Single Output (MISO).
В результаті ми приходимо до схеми Multiple Input Multiple Output (MIMO). У цьому випадку встановлюються кілька антен на передачу і прийом. Однак на відміну від зазначених вище схем ця схема рознесення дозволяє не тільки боротися з багатопроменевим поширенням сигналу, але і за рахунок використання декількох антен на передачу і прийом кожній парі передавальної / приймальні антени можна зіставити окремий тракт для передачі інформації. В результаті, теоретично, можна збільшити швидкість передачі даних в стільки разів, скільки додаткових антен буде використовуватися.
Принцип роботи MIMO
Як вже зазначалося вище, для організації технології MIMO необхідна установка декількох антен на передавальної і на приймальній стороні. Зазвичай встановлюється рівне число антен на вході і виході системи, тому що в цьому випадку досягається максимальна швидкість передачі даних. Щоб показати число антен на прийомі і передачі разом з назвою технології «MIMO» зазвичай згадується позначення «AxB», де A - число антен на вході системи, а B - на виході.
Для роботи технології MIMO необхідні деякі зміни в структурі передавача в порівнянні зі звичайними системами. В першу чергу, на передавальній стороні необхідний дільник потоків, який буде розділяти дані, призначені для передачі на кілька низькошвидкісних підпотоків, число яких залежить від числа антен. Наприклад, для MIMO 2х2 і швидкості надходження вхідних даних 100 Мбіт / сек дільник буде створювати 2 потоку по 50 Мбіт / сек кожен. Далі кожен їх даних потоків повинен бути переданий через свою антену. В одному з можливих способів організації технології MIMO сигнал передається від кожної антени з різною поляризацією, що дозволяє ідентифікувати його при прийомі.
На приймальній стороні кілька антен приймають сигнал з радіоефіру. Причому антени на приймальній стороні також встановлюються з деяким просторовим рознесенням, за рахунок чого забезпечується рознесений прийом. Прийняті сигнали надходять на приймачі, число яких відповідає числу антен і трактів передачі. Причому на кожен з приймачів надходять сигнали від усіх антен системи. Кожен з таких суматорів виділяє із загального потоку енергію сигналу тільки того тракту, за який він відповідає. Залежно від принципу роботи системи, що передається сигнал може повторюватися через певний час, або передаватися з невеликою затримкою через інші антени.
Розглянутий вище принцип організації радіозв'язку відноситься до так званої Single user MIMO (SU -MIMO), де існує лише один передавач і приймач інформації. В цьому випадку і передавач і приймач можуть чітко узгодити тільки свої дії. Така схема підходить, наприклад для організації зв'язку в будинку офісі між двома пристроями. У свою чергу більшість систем, такі як WI-FI, WIMAX, стільникові системи зв'язку є багато користувачів, тобто в них існує єдиний центр і кілька віддалених об'єктів, з кожним з яких необхідно організувати радіосоедіненіе. В цьому випадку, вирішують дві проблеми: з одного боку базова станція передає сигнал до багатьох абонентам через одну і ту ж антенну систему (MIMO broadcast), і в той же час приймає сигнал через ті ж антени від декількох абонентів (MIMO MAC - Multiple Access Channels).
Принцип організації технології MIMO
Технологія MIMO в останнє десятиліття є одним з найактуальніших способів збільшення пропускної здатності та ємності бездротових систем зв'язку. Розглянемо деякі приклади використання MIMO в різних системах зв'язку.
Стандарт WiFi 802.11n - один з найбільш яскравих прикладів використання технології MIMO. Згідно з ним він дозволяє підтримувати швидкість до 300 Мбіт / сек. Причому попередній стандарт 802.11g дозволяв надавати лише 50 Мбіт / сек. Крім збільшення швидкості передачі даних, новий стандарт завдяки MIMO також дозволяє забезпечити кращі характеристики якості обслуговування в місцях з низьким рівнем сигналу.
Стандарт WiMAX також має два релізу, які розкривають нові можливості перед користувачами за допомогою технології MIMO. Перший - 802.16e - надає послуги мобільного широкосмугового доступу. Він дозволяє передавати інформацію зі швидкістю до 40 Мбіт / сек у напрямку від базової станції до абонентського обладнання. Однак MIMO в 802.16e розглядається як опція і використовується в найпростішої конфігурації - 2х2. У наступному релізі 802.16m MIMO розглядається як обов'язкова технологія, з можливою конфігурацією 4х4. В даному випадку WiMAX вже можна віднести до стільникових систем зв'язку, а саме четвертому їх поколінню (за рахунок високої швидкості передачі даних). У разі мобільного використання, теоретично, може бути досягнута швидкість 100 Мбіт / сек. У фіксованому виконанні швидкість може досягати 1 Гбіт / сек.
Найбільший інтерес представляє використання технології MIMO в системах стільникового зв'язку. Дана технологія знаходить своє застосування, починаючи з третього покоління систем стільникового зв'язку. Наприклад, в стандарті UMTS, в Rel. 6 вона використовується спільно з технологією HSPA з підтримкою швидкостей до 20 Мбіт / сек, а в Rel. 7 - з HSPA +, де швидкості передачі даних досягають 40 Мбіт / сек. Однак в системах 3G MIMO так і не знайшла широкого застосування.
Системи 4G, а саме LTE, також передбачають використання MIMO в конфігурації до 8х8. Це в теорії може дати можливість передавати дані від базової станції до абонента понад 300 Мбіт / сек. Також важливим позитивним моментом є стійке якість з'єднання навіть на краю стільники. При цьому навіть на значній відстані від базової станції, або при знаходженні в глухому приміщенні буде спостерігатися лише незначне зниження швидкості передачі даних.
Таким чином, технологія MIMO застосовується практично у всіх системах бездротової передачі даних. Причому потенціал її не вичерпаний. Вже зараз розробляються нові варіанти конфігурації антен, аж до 64х64 MIMO. Це в майбутньому дозволить досягти ще більших швидкостей передачі даних, ємності мережі та спектральної ефективності.