Технологии MIMO в стандарте IEEE 802.11
Локальные информационные системы, использующие стандарт IEEE 802.11, развиваются в направлении увеличения скорости обмена (до 100 Мбит/с и выше), что достигается применением ортогонального частотного разделения каналов (OFDM) и технологии многоантенных систем MIMO. Разрабатывается мобильная версия стандарта IEEE 802.11р и дополнение, обеспечивающее предоставление гарантированного качества обслуживания QoS (Quality of Service, стандарт IEEE 802.1 le). Увеличение скорости передачи данных в стандарте IEEE 802.1 In до 300 Мбит/с достигается расширением полосы пропускания до 40 МГц (вместо стандартной 20 МГц) и введением дополнительных антенных каналов приема-передачи (MIMO).
Применение технологии MIMO позволяет решить две важные задачи: повысить надежность приема/передачи и обеспечить связь по пространственно разделенным каналам SDM (Space Division Multiplexing). Повышение надежности (часто более важным является увеличение скорости передачи при той же надежности) достигается применением пространственно-временного блокового кода STBC (Space Timing Block Code), что позволяет уменьшить число проверочных последовательностей и уменьшить защитные интервалы. Пространственное разделение каналов (SDM) благодаря распараллеливанию каналов позволяет так же повысить скорость передачи данных. Как и системе LTE и WiMAX, использующих ортогональное частотное разделение каналов, при пространственно-временном кодировании происходит преобразование одного потока OFDM- символов в два пространственно-временных потока.
Упрощенная схема, поясняющая принцип пространственно-временного кодирования STC приведена на рис.4.16.
Рис.4.16
Схема отражает алгоритм пространственно-временного кодирования (MIMO с STC) при использовании двух антенн. Основная задача технологии MIMO с STC разделение выравнивание (эквалайзинг) сигналов различных каналов. В этом случае модель канала связи представляет собой матрицу 2x2, элементами которой являются комплексные коэффициенты передачи (фединги) каналов. Знание элементов матрицы необходимо для обработки сигналов на приемной стороне. Комплексные коэффициенты передачи матрицы определяются с помощью обучающей последовательности, известной заранее на приемной стороне. Если фединги, измеренные на приемной стороне, пересылаются передатчику и учитываются в процессе кодирования, то это дополнительно повышает эффективность технологии MIMO с STC.
Так как направление излучения двухантенной системы зависит о соотношения фаз сигналов в антеннах (между ее элементами), то направления результирующего излучения будут изменяться в течение времени. Это существенно улучшает прохождение сигнала, особенно в условиях отсутствия прямой видимости.
Для простейшего случая (рис.4.16) последовательный цифровой поток с выхода АЦП с помощью демультиплексора разделяется на два параллельных потока, и поступает на кодер STC. Каждый подпоток кодируется пространственно-временным кодом, в модуляторе переносится в радиодиапазон в одну и ту же полосу частот и излучается в свободное пространство соответствующей антенной.
Сигнал на входе каждой приемной антенны представляет собой векторную сумму сигналов, определяемых передаточной функцией антенн отдельного передатчика и канала связи. Затем в приемнике проводится декодирование и решается задача формирования единого цифрового потока.
Применение в стандарте IEEE 802.1 In нескольких антенн в приемнике и передатчике в базовой конфигурации предусматривает под держку двух антенных каналов оборудование точек доступа АР (Access Point) и одного канала пользовательскими станциями МС. Всего у АР и МС может быть до четырех антенных каналов приема-передачи.
Структура «многоканальный вход - многоканальный выход» MIMO-OFDM (Multiple Input, Multiple Output-OFDM) использует несколько антенн для передачи и приема сигналов. Структура такого типа позволяет обрабатывать сигналы для широкого класса систем многостанционного доступа, которые работают в условиях отсутствия прямой видимости NLOS.
Конфигурация MIMO-OFDM дает возможность за счет применения оборудования для многолучевого приема на базовых станциях использовать ее преимущества при условии отсутствия прямой видимости. Система MIMO-OFDM использует несколько антенн при одновременной передаче малых отрезков информационного потока в сторону мобильного приемника, как, одновременно, и обратный процесс - в сторону базовой станции. Этот процесс, называемый пространственным разнесением, пропорционально увеличивает скорость передачи в число раз, равное числу передающих антенн. В дополнение, поскольку передача данных происходит одновременно в одной и той же полосе частот, и пространственное разделение сигналов, то такая структура повышает эффективность использования спектра. Развитие эта технология получила в методе VOFDM (Vector OFDM).
Стандарт IEEE 802.11 (Very High Throughput), на основе которого будут реализовываться сверхвысокоскоростные локальные беспроводные сети в диапазоне ниже 6 ГГц должен обеспечивать скорость передачи информации до 500 Мбит/с. Эта задача решается путем объединения четырех каналов шириной 20 МГц, использованием OFDMA множественного доступа с ортогональным частотным разделением и применением восьми разнесенных антенн на приемной и передающей стороне.
Приложение 4.1
