Что такое MIMO и зачем оно нужно?

Чем отличаются антенны с технологией MIMO от других усилителей? Как их правильно выбирать и подключать? Принцип работы MIMO, его назначение и возможности — ответы на эти и другие вопросы представлены в статье. В ней также рассмотрены виды и конструктивные особенности антенн с технологией MIMO.

С развитием беспроводных сетей и внедрением стандартов 3 и 4 поколения существенно улучшилось качество голосовой связи и обмена данными. К примеру, скорость приема и передачи информации в 3G — до 42,2 Мбит/сек, а в 4G — может доходить до 100-150 Мбит/сек.

Однако плотная застройка, посадки высоких деревьев и другие помехи способствуют затуханию волн и ослабляют сигнал. Поэтому даже с установкой самых мощных панельных и параболических антенн сложно обеспечить уверенный прием и заявленные показатели в удаленных городских районах и сельской местности.

Для повышения скорости обмена информацией необходимо увеличить пропускную способность. Каждая вышка сотовой связи работает в определенном диапазоне частот, и рассчитана на обслуживание ограниченного количества клиентов. Можно увеличить скорость путем расширения канала отдельного абонента. Но это сократит общее количество клиентов, которых вышка будет обслуживать в единицу времени.

Чтобы избежать перегруженности и сохранить пропускную способность, придется строить новые станции. Это экономически выгодно в городах с большой плотностью населения, но не окупается в сельской местности. Увеличению скорости способствует и повышение мощности передачи и приема сигнала. Однако в этом случае снижается дальность действия вышки.
На помощь приходит MIMO. Антенны с поддержкой такой технологии способны не только улучшить качество приема на 10-20 %, но и увеличить скорость мобильного интернета более чем в 2 раза (до 300 Мбит/сек).

Аббревиатура MIMO (Multiple Input Multiple Output) переводится как «множественные входы, множественные выходы», а сама технология представляет собой метод пространственного кодирования сигнала. Он относится к достаточно молодым разработкам: первый патент на использование был зарегистрирован в 1984 году.

Метод помогает значительно увеличить пропускную способность канала, при этом прием и передача данных осуществляются с помощью систем из двух и более антенн.

Технология MIMO обеспечивает более эффективное использование частотной полосы и применяется в сетях беспроводной связи Wi-Fi 802.11b/g/ac, WiMAX и 4G LTE.

Увеличение пропускной способности канала достигается за счет разнесения приемных и передающих антенн. Для этого используют разные варианты разделения сигналов — пространственно-частотное, пространственно-поляризационное и пространственно-временное кодирование. В результате антенны оказывают друг на друга минимальное влияние, и в одном частотном диапазоне можно передавать больше данных.

Пропускная способность канала определяется конфигурацией оборудования. В зависимости от количества передающих и принимающих антенн можно увеличить скорость в два, три и восемь раз. Обозначается это как 2X2, 3X3 или 8X8.

В сетях 3G и 4G используют антенны MIMO 2X2 с одновременной горизонтальной и вертикальной поляризацией. Внутри единого корпуса находятся два полосковых резонатора. Благодаря расположению в разных плоскостях и разносу по поляризации под углом -45° или +45° достигается минимальная корреляция между контурами. Такой наклон исключает затухание одной из поляризационных составляющих при распространении.

Оба канала находятся в равных условиях: входной сигнал не мешает данным, которые антенна передает БС сотового оператора. Наличие и особое расположение двух резонаторных контуров обеспечивает уверенный прием, стабильное соединение и повышает производительность беспроводной связи.

Увеличение показателей происходит за счет пространственного мультиплексирования. Скорость интернета при подключении антенны с технологией MIMO намного выше, чем у одноканальных усилителей.

Некоторые модели усилителей с горизонтальной и вертикальной поляризацией, как РЭМО BAS-2346 FLAT, можно устанавливать снаружи и внутри помещений. Но обычно антенны с технологией MIMO относятся к выносным приемо-передающим устройствам, которые закрепляются на фасаде и крыше здания с помощью кронштейнов или мачты. Они бывают:

● Панельные. Обеспечивают улучшение качества мобильной связи при расстоянии от БС до 15 км. Коэффициент усиления составляет 17-20 дБ.

● Параболические. Служат для усиления сигнала на расстоянии 30 км от вышки. Они нуждаются в точной настройке из-за угла охвата 5-20° и склонны к парусности, которая снижается у моделей с сетчатым рефлектором. Имеют коэффициент усиления 21-27 дБ.
Помимо улучшения качества приема антенны 3G/4G/LTE MIMO увеличивают пиковую скорость передачи данных. В идеальных условиях разница с одноканальным усилителем может составлять более чем в 2 раза. Однако на практике этот показатель несколько ниже.

Конструктивно антенны с технологией MIMO 2X2 имеют два выхода, поэтому для подключения к мобильному интернету нужен модем/роутер с двумя входами. Резонансные контуры помещены в герметичный корпус из поликарбоната и ABS пластика, которые устойчивы к резким изменениям температуры, механическим повреждениям, воздействию влаги и солнечных лучей.

Антенны с разъемами SMA и F подсоединяются к стационарному модему или роутеру с помощью двух кабельных сборок. Есть также модели с герметичным пластиковым боксом. Они предусматривают установку встроенного USB модема, для подключения которого потребуются два адаптера.

Наименьшие потери сигнала у антенн MIMO c герметичным боксом и кабелем «витая пара» с экранированием, медной жилой и защитной оболочкой.

Усилители с двойным набором резонансных контуров и пространственным мультиплексированием дороже одноканальных устройств. К тому же для их подключения требуются модемы и роутеры с двумя входами и два кабеля. Однако все дополнительные затраты компенсируются возможностью пользоваться стабильным интернетом с высокой скоростью в самом удаленном уголке.

Следует только помнить:

● Эффективность работы антенны обеспечивает ее конструкция и особое расположение резонансных контуров. Такой результат нельзя получить, просто заменив одно устройство с технологией MIMO на два одноканальных.

● Антенна помогает улучшить качество приема и увеличить скорость обмена информацией при наличии сигнала от БС. При его отсутствии невозможно подключить мобильный интернет.