TEHNOLOGIA MIMO

TEHNOLOGIA MIMO

1. Descriere tehnologie:

Tehnologia MIMO(Multiple-Input,Multiple-Output) este o tehnologie care foloseste mai multe antene pe laturile emitator si receptor (de aceea tehnologiei MIMO i se mai spune tehnologia "antenei inteligente"). MIMO exploateaza faptul ca semnalele de radiofrecventa se reflecta de regula din obiectele aflate in calea lor generand fenomenul numit cale multipla. MIMO foloseste o tehnica numita multiplexare spatiala prin care se transmit fluxuri de date multiple la aceeasi frecventa, dar prin canale spatiale diferite. MIMO preia transmisia pe mai multe cai si o converteste dintr-un neajuns intr-un beneficiu. MIMO face mult mai eficient un canal deoarece multiplexarea spatiala mareste raportul viteza baud/hertz. Componenta "multiple-input" a denumirii MIMO inseamna ca un echipament WLAN trimite doua sau mai multe semnale radio spre mai multe antene, iar "multiple-output" inseamna ca doua sau mai multe semnale radio provin de la mai multe antene si ajung in echipamentul radio.

Figura 1: Sistem MIMO

MIMO este o inovatie semnificativa si o tehnologie ce a fost adaptata pentru a putea functiona si pentru alte cateva standarde wireless inafara de 802.11, ca de exemplu standardul 4G. MIMO foloseste o tehnica numita multiplexare spatiala cum am mentionat mai sus pentru a transporta doua sau mai multe streamuri de date simultan pe acelasi canal de frecventa. Multiplexarea spatiala sta la baza standardului 802.11n si are potentialul de a dubla capacitatea canalului cand doua streamuri de date sunt trimise. Generand streamuri spatiale multiple este nevoie de transmitatoare si receptoare multiple si de cai distincte, necorelate pentru fiecare stream ce se trimite prin mediu. Caile multiple se pot obtine folosind antene polarizate sau cai multiple in canal.

Caile multiple sunt un fenomen obisnuit in canalele wireless, unde semnalul este reflectat de ziduri si obiecte. Reflexiile se combina distorsionand semnalul la receptor.In timp ce standardele mai vechi - 802.11a/b/g - lucreaza pentru a preveni efectul de multicale, multi-emitatoarele MIMO folosesc multi-caile ca avantaj. Receptoarele din sistemele MIMO sunt capabile sa prelucreze foarte bine informatiile din fiecare multi-cale, eliminand astfel amestecul de componente iesite din faza in care produc uneori distorsiuni in semnal.

Un sistem MIMO are un anumit numar de emitatoare N si un anumit numar de receptoare M, asa cum e aratat in figura de mai jos. Semnalul de la fiecare din cele N emitatoare poate ajunge la fiecare din cele M receptoare pe cai diferite in canal. MIMO lucreaza mai bine daca aceste cai sunt distincte spatial, rezultand in receptionarea de semnale care sunt necorelate. Multi-caile ajuta la decorelarea canalelor, si astfel sporesc eficienta multiplexarii spatiale.

Figura 2: Sistem MIMO NxM

2.Caracteristici:

a)Viteza de trecere si aria acoperita:

Performanta wireless este de obicei caracterizata de graficul "viteza de trecere - aria acoperita". Viteza de trecere este reprezentata de obicei pe axa y, iar aria acoperita pe axa x intr-un sistem de coordonate cartezian. Viteza de trecere va scadea pe masura ce receptorul de indeparteaza de emitator, adica pe masura ce creste aria acoperita. Figura 3: Graficul viteza de trecere - arie de acoperire prezinta aceasta curba pentru trei configuratii de puncte de acces: 802.11g (gri deschis), 802.11n cu 2x2 MIMO (albastru inchis) si 802.11n cu 3x3 MIMO (albastru deschis). Curbele arata ca pe masura ce viteza scade, distanta creste.

Figura 3: Graficul viteza de trecere - arie de acoperire

Producatorii de cipuri se asteapta ca viteza de trecere 802.11n sa fie mai mare de cel putin cinci ori fata de cea 802.11g, iar aria de acoperire de doua ori mai mare. Oricum este important de stiut ca performantele reale sunt dependente de multi factori, incluzand interferentele mediului, designul sistemului, al retelei si structura cladirilor. Prin urmare, performantele 802.11n pot varia de la o firma la alta, de la o cladire la alta.

b)Benzile de 2,4 si 5 GHz:

Echipamentele 802.11n pot functiona fie in banda de 2,4GHz , fie in cea de 5GHz. Tabelul "2,4 GHz vs. 5 GHz" prezinta gamele benzilor de frecventa particulare, utilizarea si alocarea regionala.

Figura 4: Tabelul 2,4 GHz vs. 5 GHz

c)Moduri de operare:

Un dispozitiv 802.11n poate fi configurat sa functioneze in trei moduri: mod compatibil cu vechile standarde, mod mixt si mod Greenfield.

Modul compatibil configureaza statia sa functioneze ca un dispozitiv 802.11a sau 802.11g. In acest mod, statia 802.11n se prezinta ca un echipament 802.11a/g. Acest mod poate fi utilizat atunci cand o companie cumpara un nou echipament 802.11g/a/n, dar nu doreste sa migreze inca spre functionarea in 802.11n.

Modul mixt configureaza statia sa functioneze ca un echipament 802.11n, dar care trebuie sa coexiste cu vechile echipamente 802.11 pe acelasi canal de comunicatie. In configuratia mixta, 802.11n trebuie sa asigure protectia echipamentelor mai vechi 802. Preambulul 802.11n arata ca unul 802.11g. Acesta contine un camp mic de date ce indica durata de timp in care transmitatorul emite. Echipamentele 802.11g trebuie sa se conformeze acestei informatii si sa astepte ca dispozitivul 802.11n sa incheie transmisia inainte de a utiliza canalul. Acest mecanism este foarte eficient deoarece informatia suplimentara adaugata in preambul consuma doar 8 microsecunde, asigurand compatibilitatea 802.11g.

Modul Greenfield presupune ca in retea functioneaza doar statii 802.11n, prin urmare nu este necesara nicio protectie. Modul Greenfield ofera cea mai mare performanta posibila, mai mare decat cea a modului mixt.

Statiile pot utiliza canale cu latime dubla fara sa se adapteze vechilor dispozitive care pot utiliza doar canale cu o singura latime. Problema cu modul Greenfield este aceea ca daca un echipament non-802.11n ajunge in aria de acoperire a 802.11n care functioneaza in modul Greenfield, echipamentul 802.11n nu va proteja traficul de la vechiul dispozitiv si se va incurca cu pachetele standardului vechi.

d)Formarea fasciculului de transmisie

Figura 5: Sablonul de radiatie a unei antene directionale

Majoritatea antenelor punctelor de acces din cadrul firmelor si din locuinte sunt antene omni-directionale care radiaza uniform energie in toate directiile orizontale. Pe de alta parte, o antena directionala concentreaza cea mai mare parte a energiei intr-o singura directie (figura 5:"Sablonul de radiatie a unei antene directionale").

Formarea fasciculului de transmisie (TBF) este o tehnica care foloseste antene directionale pentru a mari aria de acoperire a sistemului wireless si indirect pentru a imbunatati viteza de trecere. TBF utilizeaza o serie de antene de transmisie avand acelasi semnal, cu deosebirea ca magnitudinile si fazele sunt ajustate la fiecare transmitator, asa incat sa rezulte un fascicul concentrat. Daca se cunoaste dinainte locatia receptorului destinatie, TBF va dirija fasciculul in acea directie. TBF concentreaza energia, prin urmare imbunatateste si puterea semnalului care ajunge la statia de receptie.

e)Agregarea cadrelor

Statiile 802.11 vechi (de exemplu cele 802.11b) au nevoie de mai mult timp pentru a transmite un cadru de aceeasi dimensiune fata de o statie 802.11n deoarece viteza de transmisie este mai mica. Ca rezultat statiile vechi consuma o cantitate de timp in exces pe canalul wireless comparativ cu statiile 802.11n. Standardul 802.11n incearca sa compenseze aceasta pierdere permitand echipamentelor 802.11n sa puna la un loc, intr-un singur cadru, mai multe cadre (figura "Agregarea cadrelor").

Figura 6: Agregarea cadrelor

Exista doua tipuri de agregare: agregarea transportului si agregarea pachetelor. Agregarea transportului combina cateva pachete IP intr-un singur cadru 802.11n cu un singur CRC pentru nivelul de control al accesului la mediu (MAC). Agregarea pachetelor combina cateva cadre individuale 802.11n intr-un singur cadru 802.11n agregat. Fiecare cadru 802.11n individual are propriul CRC.

f)Spatiere inter-cadre redusa

Spatierea inter-cadre redusa (RIFS) micsoreaza intarzierea dintre transmisia cadrelor, marind eficienta in cazul OFDM. RIFS permite unei statii sa pastreze controlul asupra canalului wireless pentru a transfera cadre suplimentare. RIFS este o tehnica destinata trimiterii in rafala a cadrelor.

g)Economisirea energiei

Intr-un sistem MIMO exista doua moduri de economie a energiei. Economia de energie MIMO reduce puterea consumata prin utilizarea unui singur transmitator MIMO. Acest mod economiseste energie prin oprirea unuia sau mai multor transmitatoare MIMO. Economisirea energiei cu MIMO este diferita fata de cea a modului U-APSD (Unscheduled Automatic Power Save Delivery) 802.11.

U-APSD este utilizata in principal de telefoanele Wi-Fi (Wireless Fidelity).

U-APSD opreste toate transmitatoarele si receptoarele pe o perioada predeterminata de timp. In timpul modului de asteptare U-APSD, punctul de acces trebuie sa stocheze temporar cadrele destinate. Cand statia reintra in functiune punctul de acces transmite statiei cadrele stocate temporar.