Эволюция и будущее Wi-Fi (Часть 2)

Опубликовано: 22 Марта, 2023

подпишитесь на информационный бюллетень WindowsNetworking.com, посвященный обновлению статей в режиме реального времени

Введение

В своей последней статье я начал с представления Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) и продолжил описание эволюции технологии Wi-Fi. В этой статье я расскажу о технологии Wi-Fi в самой последней форме, широко известной как 802.11n.

НЕСМОТРЯ НА

Большой новой инновацией в стандарте 802.11n является введение в стандарты Wi-Fi антенн с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO). Раньше конфигурации антенн Wi-Fi были только с одним входом и одним выходом (SISO). Как следует из названия, MIMO означает, что есть несколько антенн для ввода, а также несколько антенн для вывода. MIMO — это одна из трех общих конфигураций, возможных для нескольких антенн. Вот эти конфигурации, показанные на рис. 1:

Один вход, несколько выходов (SIMO)
Несколько входов, один выход (MISO)
Множественный вход и множественный выход (MIMO)

Рис . 1. Различные конфигурации нескольких антенн, любезно предоставлено The Computer Desktop Encyclopedia.

Технология MIMO сразу же принесет пользу пользователям. Первый MIMO удобен, когда к одному и тому же источнику Wi-Fi обращается несколько пользователей. Например, в вашем офисе у вас может быть один узел Wi-Fi в гостиной, и вы и ваши коллеги можете подключиться к этому узлу, когда пьете утренний кофе. До 802.11n, если несколько пользователей обращались к одному узлу Wi-Fi, производительность значительно снижалась. Теперь, благодаря 802.11n и MIMO, каждому пользователю можно назначить одну антенну, и все пользователи (при условии, что количество пользователей меньше или равно количеству антенн) не заметят снижения скорости.

Разнообразие антенн

MIMO также полезен, когда есть только один пользователь. Вернемся на минутку к сценарию офисной гостиной. Теперь предположим, что вы единственный пользователь, имеющий доступ к узлу Wi-Fi. Однако некоторые из ваших коллег сидят на ежевике, работает пара микроволновок, а кто-то даже пользуется беспроводным телефоном. Это классическая проблема для Wi-Fi. Это именно та ситуация, в которой хотелось бы использовать Wi-Fi, но очень сложно получить надежный сигнал в таком шумном (то есть электромагнитном шуме, хотя ваши коллеги тоже могут быть громкими) среде. MIMO может противодействовать этим помехам, отправляя один и тот же сигнал одному и тому же пользователю через несколько антенн. Пользователь, получающий эти сигналы, может затем сравнить каждый из сигналов друг с другом, а затем определить, каким был истинный сигнал (сигнал до помех).

Такой метод противодействия помехам сигнала называется разнесением антенн. Есть пять основных способов добиться разнесения антенн, которые я сейчас опишу.

Пространственное разнообразие

Когда приложение использует пространственное разнесение антенн, базовая станция состоит из множества антенн, каждая из которых физически отделена от других. Чаще всего все эти антенны имеют одинаковые характеристики. Расстояние между этими антеннами может быть любым. Обычно интервал эквивалентен длине одной длины волны передаваемого сигнала. В других случаях антенны могут быть разделены милями (хотя в этом случае я не думаю, что все еще правильно называть их одной базовой станцией). Это наиболее распространенная схема разнесения антенн, которую вы увидите на базовых станциях Wi-Fi 802.11n.

Разнообразие узоров

Разнесение диаграммы направленности чаще всего используется с направленными антеннами. В этой схеме разнесения антенн несколько направленных антенн размещаются в непосредственной близости, причем каждая антенна имеет разную диаграмму направленности. Эта схема разнесения антенн часто может давать лучшие результаты по сравнению со схемами, использующими одну всенаправленную антенну.

Поляризационное разнообразие

Поляризационное разнесение состоит из пары (или нескольких пар) антенн, каждая из которых имеет противоположную поляризацию. Поскольку сигналы, передаваемые каждой из этих антенн, имеют противоположную поляризацию, интерференция, воспринимаемая этими сигналами, будет разной. Поэтому более вероятно, что один из этих сигналов будет понят приемником или, по крайней мере, приемник сможет использовать оба сигнала для восстановления исходной передачи.

Адаптивные массивы

Адаптивные массивы состоят из одного массива с несколькими элементами, которые могут легко менять свои шаблоны поляризации. Антенны такого типа очень дороги и требуют большого количества схем управления, что увеличивает расходы. По этой причине маловероятно, что в этой технологии когда-либо будут использоваться технологии Wi-Fi.

Передача/прием разнообразия

Разнесение передачи/приема может иметь место, когда базовая станция имеет одну антенну для передачи и отдельную антенну для приема. Эта схема не дает преимуществ при передаче, однако она снижает затраты и устраняет необходимость в дуплексере. Здесь нет ничего слишком захватывающего, просто знайте, что когда вы это видите, кто-то пытался сэкономить немного денег.

Будущие преимущества

Ранее я упоминал, что MIMO сразу принесет пользу пользователям. Хотя это правда, впереди еще больше преимуществ.

Кодирование на грязной бумаге

Одна технология, которой я очень рад, называется Dirty Paper Coding (DPC). DPC по сути является математической задачей и включает в себя сложное предварительное кодирование сигналов перед передачей. Прежде чем я объясню, что такое DPC, позвольте мне объяснить, какую проблему он собирается решить. Для этого давайте вернемся к сценарию офисной гостиной, где вы и некоторые из ваших коллег подключаетесь к базовой станции (конечно, чтобы читать статьи WindowsNetworking.com!). Итак, как я объяснял ранее, MIMO позволяет назначать каждую антенну одному пользователю, так что каждый пользователь использует свои собственные антенны базовой станции. Когда это происходит, сигналы (помимо помех от микроволновых печей, беспроводных телефонов и т. д.) мешают друг другу и, таким образом, уменьшают дальность передачи. ЦОД обещает решить эту проблему. По сути, теория DPC говорит, что если вы знаете оба передаваемых сигнала, вы, следовательно, знаете помехи (и эффект помех), и вы должны иметь возможность изменять сигналы так, чтобы помехи восстанавливали сигнал, чтобы приемник принимал предполагаемый сигнал.

Это звучит легко, но это не так. Это потому, что если вы измените один из сигналов, то и видимые помехи также изменятся, что потребует от вас изменения другого сигнала, который снова изменяет помехи. Таким образом, при передаче сложных сигналов через базовую станцию Wi-Fi очень сложно рассчитать изменения, необходимые для DPC. Еще сложнее сделать это достаточно быстро, чтобы пользователь не заметил задержки.

Несколько источников для одного пользователя

Несколько источников для одного пользователя (MSSU) — это то, о чем я просто не могу найти никакой информации в Интернете; это то, о чем я думал, что, я думаю, должно быть доступно в ближайшее время. В этом сценарии к базовой станции MIMO подключается только один пользователь. Теперь вместо того, чтобы каждая антенна передавала копию одних и тех же данных, данные можно было разделить, и каждая антенна могла передавать часть данных, которые затем могли быть повторно собраны приемником. Это что-то вроде вашего личного торрента. Теоретически пользователь мог бы получить тот же объем данных за половину времени. Однако на практике это было бы не так; во-первых, беспроводная часть общего пути, по которому проходят данные, должна быть узким местом, чтобы можно было увидеть какие-либо улучшения. Конечно, беспроводной путь обычно не является узким местом пути передачи данных, возможно, поэтому мне не удалось найти никакой информации об этом. Но я думаю, что это возможно в будущем, и я буду ждать, когда это произойдет.

Компьютерные сети