 |  |
Сегодня же достаточно приобрести только одну антенну MIMO. Улучшенная антенна MIMO содержит в одном корпусе сразу два набора излучающих элементов, так называемых патчей, каждый из которых подключен к отдельному гнезду. Второй вариант устройства: имеется один набор патчей и запитка для двух портов, что позволяет патчу функционировать в двух направлениях: горизонтальном и вертикальном. В этом случае к двум гнездам присоединяется единственный набор патчей. Именно второй вариант антенн MIMO (с двумя кабельными вводами) вы можете найти в ассортименте нашей компании.
Преимущества технологии MIMO
К главным преимуществам относится возможность улучшения пропускной способности, не расширяя при этом полосу. Так устройство одновременно раздает несколько потоков информации по единственному каналу.
Качество передаваемого сигнала и скорость передачи данных становится лучше. Потому что технология сначала кодирует данные, а затем на приемной стороне восстанавливает их.
Более чем в два раза увеличивается скорость трансляции сигнала.
Увеличиваются и многие другие параметры скорости за счет использования двух независимых кабелей, через которые одновременно происходит раздача и получение информации в виде цифрового потока. Улучшаются качества спектра следующих систем : 3G, 4G/LTE, WiMAX, WiFi, благодаря использованию двух входов и двух выходов.
Сфера применения антенн MIMO
Чаще всего технология MIMO применяется для передачи данных такого протокола, как WiFi. Это объясняется увеличенными пропускной способностью и емкостью. Для примера возьмем протокол 802.11n, в нем при использовании описываемой технологии, можно достичь скорость до 350 Мегабит/сек. Также улучшилось качество передачи данных, даже на тех участках, где сигнал приема низкий. Примером уличной точки доступа с антенной MIMO может послужить всем известная Nanostanion M2.
Сеть WiMAX, при использовании MIMO, теперь может транслировать информацию со скоростью до 40 Мегабит/секунду.
Постоянно ведутся работы по улучшению и усовершенствованию конфигураций технологии. В скором времени это позволит улучшить показатели спектра, усовершенствовать емкость сетей и ускорить скорость передачи данных.
Конструкционные особенности и принцип действия MiMo-антенн для 3G и 4G-модемов
В современном мире доступ в Интернет стал неотъемлемой частью жизни. Однако в силу ряда причин, сотовые операторы не везде могут установить вышки связи, поэтому в некоторых отдаленных регионах качество сигнала оставляет желать лучшего. Помочь в решении вопроса может MIMO-антенна 4G, как покупная, так и изготовленная своими руками по инструкциям, приведенным в этой статье.
Прием и отправка информации в линиях беспроводной связи
В радиоканале полезная информация распространяется от передатчика к приемнику в виде электромагнитных волн. При этом основными параметрами сигнала, от которых напрямую зависит качество связи, будут:
Для того чтобы обеспечить хорошее качество связи недостаточно просто увеличить значение одного или всех сразу вышеописанных показателей. Это связано с тем, что существуют определенные нормативы по электромагнитной безопасности. Поэтому для повышения скорости передачи пакетов данных внутри линии беспроводной связи используют различные оптимизирующие подходы. Один из них – технология, в которой используются антенна MIMO 3G/4G LTE-диапазонов с резонаторами, имеющими между собой низкий коэффициент корреляции.
Важно! Корреляция в простейшем понимании — это степень связи между двумя рассматриваемыми величинами. Например, амплитуда локального радиосигнала будет коррелировать с количеством влаги в воздухе на его пути, а с уровнем воды в океане – нет.
Проходя через пространство, электромагнитная волна обязательно будет встречать на своем пути препятствия из различного материала, испытывая частичное или полное отражение и поглощение. При этом в канале начинают наблюдаться следующие эффекты:
Благодаря заложенным в математическую модель современным и эффективным методам обработки сигналов при использовании технологии MIMO можно без труда разделять полезную информацию и возникающие артефакты (в том числе и шумы).
Технология MIMO
Как уже было сказано выше, основными вопросами при приеме и передаче данных посредством радиоканала является обеспечение помехоустойчивости и высокого качества конечной обработки. Для этого сотовыми операторами применяется технология, в которой считается, что антенна 4G LTE MIMO — лучшая из имеющихся реализаций (Multiple Input Multiple Output). Ее суть заключается в том, что обмен информацией в виде электромагнитных волн осуществляется не одной парой приемо-передатчиков, а целым набором. При этом важно обеспечить низкий коэффициент корреляции между ними, а также двойную (так называемую 2х2) поляризацию.
Полезно! В простейшем случае поляризация волны – это такая характеристика, которая описывает поведение вектора амплитуды (включая его направление), может быть продольной, поперечной или круговой.
С математической точки зрения суть технологии 4G MIMO может быть раскрыта следующим образом. Пусть имеются N передающих и M приемных антенных устройств, тогда свойства каждого канала (зависимость от особенностей многолучевого распространения сигнала) можно описать путем задания нестационарного (меняющегося во времени) комплексного коэффициента hnm, который набором образуют так называемую канальную матрицу H. Тогда, если иметь волновой вектор полезных данных s и волновой вектор шумов n, то направление, из которого пришел принятый сигнал r можно выразить через простую формулу r = H*s + n.
Полезно! Волновой вектор – такая величина, которая определяет направление распространения волны.
Принцип работы MIMO 3G/4G-антенн
В большинстве случаев, поскольку преимущество отдается схеме с 2х2, антенна МИМО 4G – это просто два полосковых резонатора. Их единственной особенностью является расположение друг относительно друга, оно выполнено так, чтобы при помощи ортогональной поляризации (в вертикальной плоскости смещение составляет 45 градусов, а угол между плоскостями антенн – 90 градусов) произвести разделение каналов. Таким образом, при приеме двух сигналов разница в их коэффициентах усиления будет составлять до 20 дБ.
Конструкционные особенности MIMO-антенн
Помимо достаточно сложной теоретической части касательно принципа действия технологии MIMO, антенны, применяемые в ней, также имеют некоторые конструктивные особенности, которые имеют огромное значение при проведении грамотного монтажа:
Важно! Производить дополнительную герметизацию необходимо даже для покупных устройств, нелишним будет поместить в корпус гидрофильное вещество (сорбент силикагель в пакетиках) и выполнять его периодическую замену.
Панельная антенна
На сегодня этот тип антенн получил наибольшее распространение в коммерческой нише (считается, что это панельная антенна 4G – одна из лучших) и используется всеми сотовыми операторами для достижения оптимальной зоны покрытия в необходимой области. Конструктивно такие устройства состоят из двух матриц диполей (в простонародье – «патчей»), которые располагаются в вертикальные ряды и разносятся в пространстве путем помещения в разные корпуса (в пользовательском варианте приемного оборудования чаще в одном корпусе с четырьмя патчами на каждый сегмент).
Подключение производится разными коннекторами на два разных фидера, соответственно, к двум независимым входам излучателя/приемника. В соответствии с теоретической частью, изложенной выше, относительное положение плоскостей полосковых резонаторов может устанавливаться как 45 градусов по отношению к вектору вертикали, так и ортогонально друг к другу.
Применение панельных антенн для работы в сетях 4G
На сегодня рынок предлагает множество антенн, конструктивное исполнение которых значительно варьируется от таких параметров, как диаграмма направленности и рабочий частотный диапазон. Касательно первого: угол раскрытия основного лепестка варьируется в пределах от 30 до 90 градусов, для сотовых антенн — обычно от 60 до 75 градусов. Также вклад в направленность вносит угол наклона, который может быть как регулируемый как механическим путем (вертикальная плоскость), так и стационарным, установленный заводом-изготовителем (горизонтальная плоскость).
Второй параметр как раз определяет частотную селективность антенны (о чем упоминалось ранее) и для сетей 4G диапазон может быть самым разным (от 800 МГц и выше), некоторые сотовые вышки работают сразу на нескольких значениях, например, для LTE это могут быть линии 700 МГц, 800 МГц, 2600 МГц. Если необходимо включение 3G, дополнительно используется полоса 2100 МГц. Естественно, что это требует разделения как в плоскостях поляризации, так и пространственное, а также разных направленностей. Это неизбежно приведет к огромному видовому разнообразию устройств, что и можно наблюдать на рынке.
Установка антенн для модема своими руками
После того как сделан выбор, и антенна куплена, а также приобретены дополнительные коннекторы, ее необходимо установить. Настоятельно рекомендуется перед проведением работ сделать хотя бы примерный набросок (лучше чертеж в масштабе), на котором будут обозначены линии коаксиального кабеля, его длина, произведены расчеты потерь сигнала, показаны местоположения близлежащих вышек и возможных препятствий. Поиск сотовых излучателей и их характеристик можно произвести при помощи специальных мобильных приложений, а в качестве основы для карт использовать OpenStreetMap (http://openstreetmap.ru). После этого необходимо собрать нужный инструмент, материалы и произвести монтаж:
Важно! Существует еще метод непрямого крепления антенны к фасаду здания, а именно: с установкой короткой мачты. Он применяется тогда, когда устройство надо вынести выше, например, над коньком кровельной фермы. В этом случае на мачте также монтируется оборудование, и она хомутами пристегивается к стене.
Как сделать антенну самостоятельно
Итак, антенные решетки позволяют принимать и до нужного значения усиливать сигнал. При этом они делятся на три типа:
Последние наиболее простые в изготовлении и, по сути, все остальные антенны являются их продвинутыми модификациями. Для самостоятельного изготовления существует множество вариантов устройств, здесь будут рассмотрены несколько проверенных типов, зарекомендовавших себя.
Простая секторная антенна
В магазине можно найти устройство, представляющее собой фокусирующий рефлектор, на штанге которого нужно установить модем. Обычно такие модели стоят дорого, а изготовить их своими руками – задача не из самых сложных. Наилучшим материалом для отражателя станет крышка от старого корпуса ПК, из инструментов понадобятся только маркер (карандаш), ножницы по металлу, напильник и шкурка. Порядок действий такой:
Кстати, если требуется выполнить временный (комнатный) вариант, можно использовать любой подручный материал, начиная от фольгированного картона.
Панельная антенна
Чтобы изготовить такую уличную 4G MIMO-антенну, понадобится следующий набор материалов:
Внимание! Запомните, что дипольные пластины – то же самое, что и патчи!
В первую очередь, необходимо собрать патчи в сегмент. Для этого надо взять лист бумаги размером с рефлектор антенны, разложить на нем по чертежу патчи и спаять их между собой на медном соединителе.
В основной пластине отражателя необходимо произвести сверловку отверстия для коаксиального кабеля (волновое сопротивление 50 Ом). Приклеить пластины диэлектрика и к нему – сегмент из дипольных пластин, в результате должна получиться антенна, как показано на рисунке.
Центральную жилу кабеля надо припаять к медному пятаку, а экран – к рефлектору.
Кстати! Если сделать две таких антенны и разнести их в пространстве под углом 90 градусов друг к другу, получится полноценное устройство с селекцией по поляризации. Также можно экспериментировать с формой рефлектора, например, он может быть параболический.
Направленная антенна Харченко
В Глобальной сети касательно этого типа приемного устройства ведутся постоянные споры, однако это действительно рабочая модель. Единственным нюансом при ее изготовлении является то, что необходимо ознакомиться с некоторым теоретическим минимумом, а при практической реализации соблюдать высокую степень аккуратности. Порядок действий следующий:
Внимание! Расположение рамки относительно рефлектора (параллельно или перпендикулярно) будет влиять на то, как поляризована антенна, т. е. при сборке двух устройств будет получен полноценный MIMO-приемник.
Направленная MIMO-антенна от KREOSAN
Это нашумевшая конструкция, которая использует все преимущества двойной поляризации и претендует на звание лучшей 4G-антенны. Более того, она проста в настройке, поскольку регулировать ее нужно только в двух плоскостях. Существуют несколько моделей для MIMO 3G-сети и 4G-сети (для разных частот), но принцип изготовления одинаков. Для сборки антенны понадобятся:
После сборки антенна устанавливается на кронштейн, который можно смонтировать на мачте и остается только направить ее на ближайшую вышку сотового оператора. Кстати, касательно всех перечисленных выше антенн наиболее удобно как приемник использовать модем с уже имеющимися двумя разъемами Pigtail, а на коаксиальном кабеле — соответствующий переходник.
Заключение
Как видно, в элементарной теории антенн нет ничего сложного и разобравшись с основными понятиями можно с легкостью как выбрать необходимую антенну из числа предлагаемых на рынке, так и сконструировать или собрать ее самому. При этом следует помнить, что главная работа заключается не только в том, чтобы сделать антенну, ее еще необходимо правильно настроить. Для этого дополнительно рекомендуется ознакомиться с материалом по теме цифровой обработки сигналов, где обычно в самом начале разбирается теоретический минимум по существующим типам каналов связи и методам передачи информации в них.
Технология MIMO — Подробный обзор, принцип работы
В маркетинге часто используют применяемые в устройствах технологии, чтобы завлечь покупателей. Поэтому вы уже могли слышать о Wi-Fi адаптерах с MIMO или о другой компьютеризированной техники. Что такое технология MIMO и зачем она вообще нужна можно узнать из этой статьи.
Что такое MIMO?
MIMO применяют в беспроводных сетях Wi-Fi, LTE, WiMAX, вследствие чего увеличивают пропускную способность и используют частотную полосу намного эффективнее. По факту технология разрешает в едином частотном коридоре увеличивать скорость передачи данных с помощью использования как минимум пары антенн для передачи и пары антенн для приема.
SU-MIMO и MU-MIMO: чем они различаются?
Метод пространственного кодирования можно разделить на два типа. Различие в типах из-за количества пользователей, в адрес которых будет одновременно передаваться сигнал:
SU-MIMO увеличивает скорость Wi-Fi соединения между парой устройств, позволяющей принимать и отправлять несколько потоков информации. Данная технология была внедрена 10 лет назад, совместно с применением стандарта 802.11n в маршрутизаторах и Wi-Fi адаптерах.
В чем преимущество технологии перед существующими?
Беспроводной интернет по технологии MU-MIMO заиграл новыми красками за счет:
Это значит, что устройства не будут как раньше ожидать, пока основной канал на компьютере перестанет забирать весь трафик, чтобы потом забрать львиную пропускную способность канала себе.
Технология MIMO принципы и алгоритмы для Multi User использует следующие:
Роутер с МU-MIMO
Сила новой технологии в количестве MIMO антенн. Чем их больше, тем мощнее можно генерировать сигнал Wi-Fi сети. Роутер точно поддерживает MU-MIMO, если в нем напичкано минимум 4 антенны.
IoT дружит с MU-MIMO?
Да. Роутер с беспроводным Wi-Fi с внедренной технологией позволит подключать и взаимодействовать с множеством IoT-устройствами одновременно. В свою очередь, это помогает избежать задержек, когда устройствам нужно быстро «пообщаться» между собой. Такими устройствами могут выступать:
Поддержка последних достижений в технологии MIMO есть не во всех устройствах прошлых лет. Но это не значит, что новые роутеры не смогут с ними взаимодействовать. Смогут, но только с использованием стандартных вариаций подключения Wi-Fi в другой частотном диапазоне.
За что вы полюбите MU-MIMO
Определившись с тем, что это за технология MIMO, рекомендуется изучить функции, из-за которых вы полюбите новую ветвь развития беспроводной сети:
Заключение
Что такое технология MIMO? Это технология, расширяющая пропускную способность канала. Технология прошла заметную стадию развития и эволюционировала в MU-MIMO, которая вобрала в себя наработки военных радаров для улучшения и усиления сигналов, вкупе с увеличением пропускной способности для одновременного подключения нескольких клиентских устройств.
Технология MU-MIMO: что это такое, и зачем нужен роутер с её поддержкой?
Мы проверяем наличие Wi-Fi, как только окажемся дома, на работе, в ресторане, в аэропорту, в отеле… И, подключившись к беспроводной сети, никто не хочет ждать дольше пары секунд, пока обновится страница в Facebook или скачается электронная почта. Но скорость Wi-Fi порою оставляет желать лучшего, особенно если вы сидите не у себя дома, а в переполненном кафе, офисе или аэропорту. Причина такой неприятности — SU-MIMO, технология однопользовательской передачи данных. В современных роутерах ей на смену приходит более прогрессивная MU-MIMO.
SU-MIMO и MU-MIMO: чем они различаются?
MIMO расшифровывается как multiple input, multiple output — «множественный ввод, множественный вывод». Это метод пространственного кодирования сигнала, использующий систему с множеством каналов передачи и приема данных.
В зависимости от количества пользователей, в адрес которых осуществляется одновременная передача данных, существует два типа MIMO:
Сейчас в сетях Wi-Fi традиционно используется технология, при которой подключение к точке доступа происходит последовательно, и в определенный отрезок времени все потоки данных адресованы одному пользователю: пока его устройство отправляет или получает данные, остальные скромно ждут своей очереди. Это похоже на получение обеда в столовой: стоя в очереди, вы видите повара на раздаче, но впереди ещё два десятка коллег, и ваша порция достанется вам только после того, как обслужат стоящих перед вами людей. С Wi-Fi в случае SU-MIMO история аналогичная: из-за задержки на ожидание очереди скорость обмена данными снижается, и, даже находясь дома в зоне стабильного приёма, телефон или планшет не всегда подключается к сети мгновенно или долго загружает страницы.
Зачем вообще что-то менять, если и так всё хорошо?
«Но мы же нормально жили с существующими технологиями Wi-Fi», — скажете вы. Что ж, вот вам парочка интересных фактов. Большинство пользователей обновляют домашний роутер раз в 3–5 лет. Для мира технологий это эквивалентно 30–50 годам! Например, пять лет назад почти никто даже не думал об Интернете вещей или «умном доме».
Объёмы мобильного трафика непрерывно растут: например, в США каждый год среднестатистическая семья добавляет к домашней сети Wi-Fi три подключенных устройства, а к 2022 году, с наступлением эры Интернета вещей, таких устройств в каждом домовладении будет до 50!
Получается, что и число подключенных устройств, и количество данных, которые мы потребляем, растёт ускоряющимися темпами. Если вы купили роутер пять лет назад, то скорее всего он с трудом справляется даже с существующими нагрузками. Чтобы идти в ногу со временем — не только сегодня, но и в ближайшие несколько лет, лучше перейти на роутер с технологией MU-MIMO. Такой роутер обеспечит передачу данных между множеством устройств одновременно без потери скорости и качества подключения. Даже наоборот, скорость обслуживания подключённых устройств повысится. Беспроводные модули в ваших многочисленных домашних устройствах не будет «топтаться», переминаясь с ноги на ногу, в ожидании своей очереди, он не будет тратить энергию на отправку роутеру запросов на подключение, а значит, сможет работать дольше от одной зарядки.
Как я опознаю роутер с МU-MIMO?
Роутер с поддержкой MU-MIMO визуально отличается бОльшим количеством передающих и принимающих антенн, из-за чего похож на ёжика. Многочисленные антенны как раз и нужны для одновременного обслуживания нескольких устройств без потери скорости.
IoT дружит с MU-MIMO?
В обозримом, а точнее даже скором будущем Интернет вещей (IoT) станет обыденностью. Технология SU-MIMO не позволит эффективно и быстро подключать множество устройств, которые постоянно обмениваются данными с Сетью.
А роутер с MU-MIMO сможет обеспечить достаточную пропускную способность для большого количества подключенных устройств: смартфонов, медиаплееров, смарт-телевизоров, планшетов, игровых ПК и другой умной техники — вплоть до стиральных машин, холодильников, мультиварок. Даже если вся техника и все члены семьи будут одновременно пользоваться Wi-Fi, качество соединения не пострадает.
За что вы полюбите MU-MIMO
Роутеры, в которых реализована эта технология, стали появляться не так давно и на рынке их пока немного. Но когда придет время обновляться, предпочтительно выбирать модель с поддержкой MU-MIMO — такой роутер не устареет морально в ближайшие годы.
