Что такое MIMO

Технология, которая обещает увеличить производительность сетей Wi-Fi

Трудно представить, что еще пять лет назад высокоскоростные беспроводные сети передачи данных казались несбыточной мечтой. Появление на рубеже веков технологии Wi-Fi, основанной на стандартах IEEE 802.11, сразу же привлекло всеобщее внимание. Эти сети работали так хорошо и стоили так недорого, что мгновенно получили признание, как на потребительском, так и на корпоративном рынках. Несмотря на ограничения пропускной способности (по сравнению с современными локальными сетями), даже самые медленные сети Wi-Fi соответствовали требованиям нового рынка услуг широкополосного доступа, предлагаемых домашним пользователям операторами кабельной связи, телефонными и другими компаниями.

Появление устройств со стоимостью ниже 100 долл., совмещающих функции маршрутизаторов, точек доступа и сетевых экранов, позволило отнести беспроводные локальные сети к разряду типовых решений для домашних и офисных сетей, где одновременная работа нескольких компьютеров стала скорее правилом, чем исключением. Вслед за 802.11b был выпущен стандарт 802.11a, обеспечивающий пятикратное увеличение скорости передачи данных, а затем и ставший сегодня практически универсальным 802.11g.

Современные инновации в области беспроводных технологий могут устранить многие из существующих проблем и обеспечить еще большую пропускную способность и надежность работы сети. В новой технологии, получившей название MIMO (аббревиатура термина multiple-input, multiple-output, обозначающего применение многочисленных входов и выходов), предполагается применение двух или большего числа как передающих, так и принимающих антенн.

Магия MIMO

Основное преимущество MIMO заключается в способности осуществлять прием сигналов, пришедших по разным маршрутам, что всегда сопутствует радиосвязи. Их удалось использовать, добившись существенного увеличения скорости передачи и, следовательно, улучшения пропускной способности.

В первую очередь нужно представить, что происходит при приеме множественных сигналов. Допустим, вы едете в машине по центру города и слушаете радио. Вы знаете, что антенна, установленная в машине, принимает сигналы передатчика радиостанции. Но на ваше радио поступают также и другие сигналы той же станции, приходящие по различным направлениям. Дело в том, что здания, провода, особенности ландшафта и многие другие объекты, находящиеся между передатчиком и приемником, могут отражать и преломлять сигналы. В результате каждый из них попадает в ваш приемник, проходя по разным маршрутам (отсюда и термин multipath — «многомаршрутный»), и к тому же в разное время. Поскольку дополнительные сигналы не синхронизированы с основным, они способны его усиливать или ослаблять.

Из-за сдвига фаз появляются помехи и искажения, которые вы можете заметить во время движения автомобиля по городу. К ним относятся затухание сигналов, пульсирующий прием, неожиданное пропадание звука. В цифровых коммуникациях эти факторы могут приводить к снижению быстродействия и к увеличению количества ошибок передачи данных.

Добавление антенн, как это делается в некоторых беспроводных системах, помогает «рассортировать» сигналы и позволяет выбрать антенну, получающую в каждой точке приема наибольший из них. Сколько нужно таких антенн? Компания Netgear недавно представила устройства, использующие семь внутренних антенн, которые могут формировать до 127 различных комбинаций принимаемых сигналов. Данная технология получила название разнесенного приема, и, хотя это еще и не MIMO, она продемонстрировала, что можно сделать с несколькими антеннами.

В технологии MIMO дополнительные маршруты распространения сигналов могут использоваться для передачи большего объема информации и последующего восстановления сигналов на принимающей стороне. Это некий аналог нашей возможности без труда определять на слух, используя только два уха, различные источники звука или выделять и понимать отдельные фрагменты разговора на фоне шума вечеринки. Применение нескольких приемников для таких целей не является новым изобретением — этот метод используется для некоторых видов радиосвязи по крайней мере полвека. Однако до недавнего времени процедура обработки сигналов стоила слишком дорого, чтобы ее можно было применять на практике. Важным фактором, оказавшим положительное влияние на возможность использования MIMO, является появление недорогих высокопроизводительных микросхем с миллионами транзисторов.

В системах MIMO для выделения сигналов, передаваемых на одной частоте, может применяться пространственное мультиплексирование. Более того, можно кодировать такие сигналы, чтобы использовать их для восстановления информации. Технология, получившая название «пространственно-временного блочного кодирования» (space-time block coding, STBC), похожа на системы с контролем четности или другой схемой обнаружения и коррекции ошибок, которые, повышая надежность передачи информации, улучшают пропускную способность.

Битва за 802.11n

Когда мы говорим о готовящемся в IEEE стандарте для высокоскоростных (200 Мбит/с и выше) беспроводных сетей передачи данных, необходимо подчеркнуть, что пока неизвестно, на какой технологии он будет основан. На сегодняшний день две группы разработчиков предлагают различные подходы. Одна сторона представлена консорциумом World Wide Spectrum Efficiency (WWiSE), другая — организацией с немного странным названием TGn Sync (сокращение от Task Group N, рабочей группы IEEE 802.11).

В TGn Sync входит более 25 компаний, в том числе Agere Systems, Atheros Communications, Intel, Nokia, Philips Electronics и Sony. Спецификации, предлагаемые TGn Sync, должны обеспечить скорость передачи около 313 Мбит/с с использованием двух антенн и каналов связи с частотой 40 МГц.

Лидером консорциума WWiSE является пионер технологий MIMO — компания Airgo Networks. Среди ее союзников — Broadcom, Conexant Systems, STMicroelectronics и Texas Instruments. В предложении WWiSE регламентируется применение частотного канала 20 МГц и обеспечивается более высокая эффективность. Минимальное быстродействие составит в конфигурации с двумя передающими антеннами 135 Мбит/с.

В настоящее время у спецификаций, предложенных TGn Sync, немало сторонников. Однако победитель должен получить не менее 75% голосов. В лучшем случае спецификация протокола 802.11n будет опубликована в 2007 году.