MIMO Wi-Fi жылдамдығын қалай арттырады?

Сымсыз байланыс саласында жылдамдық пен тұрақтылық әрқашан пайдаланушылар үшін негізгі талаптар болды. Алғашқы Wi-Fi құрылғылары деректерді беру үшін бір антеннаға сүйенді, бұл оларды қоршаған ортаның кедергілеріне және жылдамдық пен қамтуды шектейтін сигналдың әлсіреуіне сезімтал етеді. Дегенмен, MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) технологиясының пайда болуымен сымсыз желі өнімділігі сапалы секіріске қол жеткізді. Бұл мақала MIMO технологиясының жұмыс принциптерін зерттейді және оның Wi-Fi жылдамдығын қалай айтарлықтай жақсартатынын зерттейді.

MIMO технологиясының принциптері

(а) MIMO дегеніміз не?

MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) бірнеше антенналар арқылы деректерді бір уақытта жіберу және қабылдауды білдіреді. Дәстүрлі бір антенналық жүйелермен салыстырғанда, MIMO екі негізгі технологияны пайдаланады: кеңістіктік әртүрлілік және кеңістіктік мультиплекстеу , деректерді беру тиімділігін айтарлықтай арттырады.

• Кеңістіктік әртүрлілік : бірнеше антенналар арқылы бір сигналдың бірнеше көшірмелерін алу арқылы MIMO кедергілерге төзімділікті жақсарту және бит қателерінің жылдамдығын азайту үшін сигнал жолдарындағы айырмашылықтарды пайдаланады.

• Кеңістіктік мультиплекстеу : Деректер бірнеше тәуелсіз ағындарға бөлінеді және өткізу қабілеттілігін көбейте отырып, әртүрлі антенналар арқылы параллель түрде беріледі. Мысалы, 2×2 MIMO конфигурациясы (екі жіберу + екі қабылдау антеннасы) деректер жылдамдығын екі есеге арттыра алады.

(b) Негізгі технологиялар

• Сәулелендіру : энергияны мақсатты құрылғыларға бағыттау үшін антенна сигналының фазаларын динамикалық түрде реттеп, сигнал күші мен қамтуды жақсартады.

• Арналарды байланыстыру : 20 МГц екі арнаны 40 МГц арнаға біріктіреді (мысалы, 802.11n-де), жоғары жылдамдықтар үшін кеңірек 'деректер магистралін' жасайды.

MIMO-дан практикалық жылдамдықты жақсартулар

(a) Теориялық жылдамдық секірісі

802.11n стандарты бойынша MIMO теориялық жылдамдықты 150 Мбит/с (бір антенна) 600 Мбит/с (4×4 MIMO конфигурациясы) дейін арттырды.
802.11ac (Wi-Fi 5) стандарты  MU-MIMO (Көп пайдаланушы MIMO) енгізді. теориялық жылдамдығы 6,93 Гбит/с дейін жететін бірнеше құрылғыға бір уақытта деректерді жіберуге мүмкіндік беретін

(b) Нақты әлем сценарийлеріндегі өнімділік артықшылықтары

• Үй желілері : Күрделі орналасуларда MIMO 4K ағыны және онлайн ойын сияқты өткізу қабілеті жоғары қолданбалардың бірқалыпты жұмысын қамтамасыз ете отырып, 'өлі аймақтарды' азайтады. Мысалы, ASUS RT-AX88U маршрутизаторы 4×4 MIMO көмегімен 2,4 Гбит/с сыналған жылдамдыққа жетеді.

• Кәсіпорын орталары : Тығыздығы жоғары кеңсе параметрлерінде MIMO желі кептелісін болдырмай, ондаған құрылғыларға бір уақытта қызмет көрсете алады. Cisco компаниясының Catalyst 9100 сериялы кіру нүктелері MU-MIMO көмегімен бір мезгілде пайдаланушы сыйымдылығын үш есе арттырады.

MIMO туынды технологиялары

(а) MU-MIMO

Дәстүрлі MIMO бір құрылғыға көп ағынды жіберуді қолдайды, ал MU-MIMO маршрутизаторларға бір уақытта бірнеше құрылғылармен байланысуға мүмкіндік береді. Мысалы, үй маршрутизаторы деректер ағындарын смартфонға, теледидарға және ноутбукке дербес жібере алады, бұл кезекте тұрудың кешігуін азайтады.

(b) жаппай MIMO

• Принцип : спектрдің тиімділігі мен желі сыйымдылығын арттыра отырып, жоғары бағытталған сәулелерді қалыптастыру үшін ондаған немесе тіпті жүздеген антенналарды орналастырады.

• Қолданба : Wi-Fi 6 (802.11ax) көмегімен Massive MIMO стадиондар мен әуежайлар сияқты тығыздығы жоғары сценарийлерде мыңдаған құрылғылардың қосылуын қолдайды.

MIMO үшін қиындықтар мен оңтайландыру стратегиялары

(a) Қоршаған ортаның кедергісі және антеннаның орналасуы

• Қиындық : Бірнеше антенналар сигналдың шағылысуына кедергі келтіруі мүмкін (мысалы, үй ішіндегі металл жиһаздан).

• Шешім : Сигнал жолдарын динамикалық оңтайландыру үшін интеллектуалды антенна алгоритмдерін (мысалы, адаптивті сәулені қалыптастыру) пайдаланыңыз.

(b) Құрылғының үйлесімділігі

• Қиындық : Ескі құрылғылар кеңейтілген MIMO конфигурацияларына қолдау көрсетпеуі мүмкін (мысалы, 1×1 MIMO-мен шектелген).

• Оңтайландыру : аралас құрылғылар желілерінде тұрақтылықты қамтамасыз ету үшін кері үйлесімділігі бар маршрутизаторларды таңдаңыз.

Болашаққа болжам

6G және метаверстің өсуімен MIMO технологиясы дами береді:

• Қайта конфигурацияланатын интеллектуалды беттер (RIS) : Бағдарламаланатын материалдар ультра жоғары жылдамдықтар мен тым төмен кідірістерге қол жеткізу үшін MIMO-мен біріктірілген электромагниттік толқындарды динамикалық түрде басқарады.

• Терагерц жиілік диапазондары : MIMO виртуалды шындық және голографиялық байланыс сияқты қолданбаларды қолдайтын 6G терагерц байланысында маңызды рөл атқарады.

Қорытынды

Үйдегі Wi-Fi-дан 5G базалық станцияларына дейін MIMO технологиясы көп антенналық ынтымақтастық арқылы сымсыз байланыста төңкеріс жасады. Ол жылдамдық пен тұрақтылықты арттырып қана қоймайды, сонымен қатар MU-MIMO және Massive MIMO сияқты туынды технологиялары бар өзара байланысты құрылғылар дәуірінің негізін қалады. Зияткерлік алгоритмдер мен жаңа материалдар алға жылжыған сайын, MIMO сымсыз желілердегі инновациялар толқынын басқаруды жалғастырады.