`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Технология MIMO -- новая ставка в беспроводных сетях

0 
 

В последние несколько месяцев в компьютерной прессе все чаще встречается аббревиатура MIMO, которая расшифровывается как Multiple Input Multiple Output. Использование этой технологии в беспроводных сетях обещает решить такие кардинальные проблемы, как постоянно увеличивающаяся интерференция, ограниченная полоса пропускания и недостаточный радиус действия. К ней присматривается рабочая группа IEEE 802.11n, изучающая предложения для WLAN следующей генерации со скоростью передачи, превышающей 100 Mbps. Ее активно поддерживает корпорация Intel, о чем свидетельствовало выступление старшего вице-президента Пата Гелсингера на IDF Fall 2003.

Беспроводные технологии находят все большее распространение в сфере вычислительных сетей и коммуникаций. Это обусловлено как координационными усилиями органов стандартизации, так и новыми разработками в данной области. Последние имеют место в целом ряде направлений: улучшаются антенные системы, схемы модуляции, радиотехнические компоненты, механизмы управления доступом к среде, безопасность. Сегодня стандартные радиоинтерфейсы обеспечивают пропускную способность до 54 Mbps, а разработчики беспроводного оборудования уже предпринимают попытки довести этот показатель до значения, превышающего 250 Mbps.

Технология MIMO -- новая ставка в беспроводных сетяхВ области WLAN-технологий существует ряд проблем, не встречающихся в проводных сетях. Так, большинство беспроводных систем использует всенаправленную антенну, обеспечивающую хороший охват пространства, но не концентрирует электромагнитную энергию передатчика на целевого пользователя. Это также означает, что энергия сигнала отражается и рассеивается окружающими объектами и его компоненты достигают приемника с разницей во времени, превышающей допустимую. Так как WLAN используют нелицензируемую полосу частот, в ней могут работать и другие устройства, что приводит к помехам. Таким образом, проблема заключается в том, чтобы создать высокопроизводительный и надежный канал передачи данных, который смог бы функционировать при требуемых ограничениях на мощность излучения, значительном затухании сигнала, вызванном многолучевым отражением, и помехах, создаваемых другими источниками радиоизлучения.

К счастью, существуют технологии, извлекающие пользу из некоторых недостатков, в частности из эффекта многолучевого отражения. Одна из них предполагает применение многоантенных систем. Работа таких систем базируется на механизме пространственно-временной обработки (Space-Time Processing -- STP) сигналов. В данном контексте под STP понимается адаптивная обработка сигналов системой, состоящей из нескольких антенных элементов, с использованием особенностей как пространственной, так и временной областей радиоканала. Вплоть до недавнего времени почти все разработки в области STP относились к базовым станциям или точкам доступа, но не к мобильным наладонным устройствам. Это происходило вследствие недостаточной вычислительной мощности для реализации STP-алгоритмов и малой емкости батарей у последних. Однако прогресс не стоит на месте, и сегодня эти технологии уже доступны и для них.

Техника STP может применяться на передающем, приемном или на обоих концах канала. В первых двух случаях говорят о технологии интеллектуальных антенн (smart antenna). Если система использует интеллектуальные антенны на передающем конце канала, то ее называют Multiple Input Single Output (MISO), если на приемном -- Single Input Multiple Output (SIMO).

Большинство традиционных систем на базе интеллектуальных антенн используют концепцию, известную как формирование диаграммы направленности. Узкая диаграмма направленности позволяет сфокусировать энергию сигнала в определенном направлении (обычно навстречу приемному устройству), что увеличивает отношение сигнал/шум. При узком антенном луче уменьшаются также помехи, улучшается отношение сигнал/помеха и, таким образом, повышается эффективность использования спектра.

Другие схемы, применяющие интеллектуальные антенны, улучшают качество канала за счет коэффициента усиления при приеме на разнесенные антенны. При многолучевом распространении сигнала уровень принимаемой мощности является случайной функцией, зависящей от местоположения пользователя, времени и текущего замирания сигнала. При использовании антенного массива вероятность потери сигнала всеми антеннами уменьшается экспоненциально с увеличением числа некоррелированных сигналов (или антенн). Схема разнесения в современных беспроводных сетях с системами MISO и SIMO использует простую коммутацию, чтобы выбрать (из двух) антенну с наивысшим отношением сигнал/шум.

Как следует из вышесказанного, в системах на базе интеллектуальных антенн (MISO и SIMO) скорость передачи данных не увеличивается, а улучшается только качество канала. Для того чтобы повысить пропускную способность канала, необходимо применять STP (антенные массивы) как на передающем, так и на приемном его концах. Именно такие системы и называются MIMO. Заметим, что концепция MIMO была использована еще в начале 90-х в разработке Bell Labs, которая называлась BLAST -- Bell Labs Layered Space-Time.

В среде с многолучевым замиранием передаваемый сигнал, прежде чем достигнет приемника, рассеивается на различных объектах, таких, как стены, здания, деревья, горы. Этот, казалось бы, негативный эффект и применяется в системах MIMO для увеличения емкости канала. Система с M передающими и M принимающими антеннами способна обеспечить пиковую пропускную способность теоретически в M раз бoльшую, чем обычные системы Single Input Single Output (SISO). Это достигается за счет того, что передатчик разбивает поток данных на независимые последовательности битов и пересылает их одновременно, используя массив антенн. Такая техника называется пространственным мультиплексированием.

Сигналы, естественно, смешиваются в канале, поскольку генерируются в одном диапазоне частот. Поэтому антенны передатчика и приемника должны быть достаточно далеко разнесены в пространстве и/или излучать поляризованную волну для того, чтобы образовать независимые пути распространения. "Достаточно далеко" определяется углом распространения лучей, испускаемых или принимаемых антеннами. Так, например, если многолучевые сигналы поступают со всех азимутальных направлений, то расстояния 0,4l—0,6l вполне достаточно для приема независимо замирающих лучей. В общем, чем меньше угол распространения, тем дистанция между антеннами должна быть больше.

Как уже упоминалось выше, при передаче в одном частотном диапазоне каждая принимающая антенна "видит" все сигналы одновременно. Однако если многолучевое рассеяние достаточно велико, то подпотоки, передаваемые разными антеннами, рассеиваются несколько по-разному, поскольку последние разнесены в пространстве.

Приемник, располагая после обработки настроечной последовательности необходимой информацией о каждом подканале, восстанавливает из отдельных подпотоков первоначальный поток данных.

В области мобильной связи и беспроводных сетей технология MIMO существует не только на бумаге. Кроме уже упомянутой разработки BLAST от Bell Labs, к концу года американская компания Airgo Networks планирует начать поставки чипа AGN100RF для трехантенных систем семейства 802.11, которые позволят удвоить их пропускную способность ("Компьютерное Обозрение", # 36, 2003). Наибольшая трудность сегодня состоит в том, как сделать технологию MIMO доступной. Для этого стоимость и алгоритмов обработки сигналов, и радиокомпонентов должна быть в разумных пределах. Здесь надежды возлагаются на интегрированные решения на базе кремниевых приборов следующей генерации.
0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT