802.11n-, MIMO- und Multipath-Umgebungen

  • Robert Nicholson
  • 0
  • 4593
  • 619

In zwei früheren Beiträgen - Multipath-Umgebungen und wie sie die Wi-Fi-Verbreitung beeinflussen und wie Sie das Beste aus 802.11-Multipath-Umgebungen machen - habe ich das etwas nebulöse Thema Multipath-Fading und Technologien untersucht, die die negativen Auswirkungen auf Wi-Fi-Netzwerke minimieren. Jetzt ziehe ich eine 180 und spreche darüber, wie wichtig die Mehrwegeausbreitung ist.

Ein Forscher und drahtloser Pionier, Dr. Greg Raleigh, war besonders maßgeblich an der Entscheidung beteiligt, wie Multipath-Umgebungen vorteilhaft genutzt werden können. Eine der bekannteren Entwicklungen, die sich aus der Forschung ergeben, ist die MIMO-Smart-Antennentechnologie (Multiple Input / Multiple Output).

So funktioniert MIMO

Qualcomm, ein Entwickler von drahtlosen Chipsätzen, der das von Dr. Raleigh gegründete Unternehmen Airgo übernommen hat, hat die beste Definition für die Funktionsweise von MIMO:

MIMO-Systeme teilen einen Datenstrom in mehrere eindeutige Ströme auf, von denen jeder moduliert und über eine andere Funkantennenkette gleichzeitig auf demselben Frequenzkanal übertragen wird. MIMO ist eine revolutionäre Technik, die 100 Jahre des Nachdenkens umkehrt, wie Funksignale übertragen werden. MIMO nutzt Umgebungsstrukturen und Mehrwegsignalreflexionen, um die Funkübertragungsleistung tatsächlich zu verbessern.

Durch die Verwendung von Multipath ist jede MIMO-Empfangsantennen-Funkkette eine lineare Kombination der mehreren übertragenen Datenströme. Die Datenströme werden am Empfänger mithilfe von MIMO-Algorithmen getrennt, die auf Schätzungen aller Kanäle zwischen jedem Sender und jedem Empfänger beruhen. Jede Mehrwegeroute kann dann als separater Kanal behandelt werden, wodurch mehrere "virtuelle Drähte" erzeugt werden, über die Signale übertragen werden. MIMO verwendet mehrere räumlich getrennte Antennen, um diese "virtuellen Drähte" zu nutzen und mehr Daten zu übertragen. Zusätzlich zum Multiplizieren des Durchsatzes wird die Reichweite aufgrund eines Vorteils der Antennendiversität erhöht, da jede Empfangsantenne eine Messung jedes gesendeten Datenstroms aufweist. Mit MIMO wächst die maximale Datenrate pro Kanal linear mit der Anzahl der verschiedenen Datenströme, die auf demselben Kanal übertragen werden.

Das beschreibt auf den Punkt gebracht die Grundmieter hinter MIMO-Antennensystemen.

Zwei verschiedene Umgebungsbedingungen

Um Verwirrung bei der Erörterung der MIMO- und Mehrwegeausbreitung zu vermeiden, ist es wichtig, die beiden unterschiedlichen, jedoch miteinander verbundenen Umgebungsbedingungen zu definieren, denen die MIMO-HF-Ausbreitung ausgesetzt ist: RF Sichtlinie, und RF Nicht-Sichtlinie.

RF Sichtlinie (LoS): Unter dieser Bedingung tritt bei der HF-Signalausbreitung - unabhängig davon, ob Single Input / Single Output (SISO) oder MIMO-Technologie - keine physikalische Störung entlang des Verbindungspfads auf. Dies beseitigt alle Mehrwegevorteile, die durch die MIMO-Technologie erzielt werden, und alle Nachteile der Mehrwegeausblendung, die durch die SISO-Technologie auftreten.

Selbst bei gleichen Wettbewerbsbedingungen hat die MIMO-Technologie einen deutlichen Vorteil, da sie ein Verfahren verwendet, das als räumliches Multiplexing bezeichnet wird. Wenn ein SISO-System und ein MIMO-System mit einem identischen Datenstrom versorgt werden, ist die Datenrate des MIMO-Systems das X-fache der Datenrate des SISO-Systems, wobei X die Anzahl der Empfangs- / Sendeantennenpaare ist. Selbst die minimale Verdopplung der Datenrate ist bei den heutigen bandbreitenintensiven Anwendungen von Bedeutung.

RF Nicht-Sichtlinie (NLoS): Dies ist ein Zustand, in dem das HF-Signal auf dem Verbindungsweg auf erhebliche physikalische Störungen stößt und nur veränderte HF-Signale die Empfangsantenne erreichen. Diese veränderten HF-Signale neigen dazu, sich gegenseitig zu stören, oftmals destruktiv, was zu einem Mehrweg-Fading führt, dem Fluch herkömmlicher Funkgeräte mit SISO-Technologie.

Drahtlose Pioniere wie Dr. Raleigh entschieden sich, die spezifischen Mehrweg-Phänomene zu nutzen, bei denen empfangene Signale von einer Sendeantenne unterschiedliche Phasen-, Zeit- oder Signalstärkeeigenschaften von empfangenen Signalen haben, die von einer anderen Antenne gesendet werden. Diese Denkweise brachte eines der allzu seltenen "Ah ha!" Momente. Die Verwendung mehrerer Sende- / Empfangsantennenpaare zur Überwindung von Mehrwegeschwund ergänzt auch das Konzept höherer Datenraten, die sich aus mehreren HF-Strömen ergeben.

Das letzte Puzzleteil, bei dem die MIMO-Technologie schließlich zusammenkam, war das Aufkommen einer neuen und meiner Meinung nach erstaunlichen Empfängertechnologie. Durch die Verwendung fortschrittlicher digitaler Signalverarbeitungshardware und hochentwickelter Algorithmen, die sich mit der Raum-Zeit-Codierung befassen, wird es möglich, die mehrwegdifferenzierten HF-Signale zu entschlüsseln, obwohl sie alle auf derselben Frequenz liegen.

Fazit

Ich bin erstaunt, wie sich die Zeiträume für die Technologieentwicklung weiter verkürzen, wobei die jüngsten Entwicklungen bei 802.11n, insbesondere die MIMO-Technologie, ein Beispiel sind. Noch wichtiger ist die Tatsache, dass diese Fortschritte die Art und Weise, wie jeder auf Datennetze und das Internet zugreift, wirksam verändern werden.

Der 802.11n-Standard bietet zusätzliche Funktionen und technische Durchbrüche, die weniger bekannt sind als MIMO. Ich werde diese Attribute in meinem nächsten Beitrag anschauen.




Bisher hat noch niemand einen Kommentar zu diesem Artikel abgegeben.

Tipps, nützliche Informationen und Neuigkeiten aus der Welt der Technik!
Nützliche Informationen und die neuesten technologischen Nachrichten aus der ganzen Welt. Videoüberprüfungen von Handys, Tablets und Computern.