Пространственные потоки в MIMO

Пространственные потоки в устройствах WiFi-стандарта с MIMO

SS - Spatial Stream (Пространственный Поток)

Общее определение Пространственного потока

Пространственные потоки чаще всего наблюдаются в беспроводных коммуникациях в тех случаях когда используется технология MIMO (Multiple Input Multiple Output). Когда радиосигналы передаются или принимаются одновременно в MIMO, такие сигналы передаются различными антеннами и мультиплексируются при использовании пространственного разнесения радиосигналов в одном и том же частотном канале. Такие пространственно разнесенные сигналы называются Пространственными Потоками. Таким образом устройство стандарта WiFi 802.11 может передавать несколько информационных потоков параллельно с разделением по Пространственным Потокам.

 

 

В данном случае используются множественные антенны как на принимающей, так и на передающей сторонах в устройствах WiFi. Для одновременной передачи и приема различных сигналов WiFi используется общая техника, называемая Пространственное мультиплексирование сигналов (spatial multiplexing). Когда радиосигналы передаются одновременно с разных антенн они должны передаваться через раздельные пространственные потоки, чтобы избежать коллизий.

Необходимо пояснить, что в свободном пространстве при возможности обмена радиосигналами в прямой видимости (LOS/Line of Sight) используются пространственные потоки различной поляризации. Это единственная возможность отправить и принять два различных сигнала на одном частотном канале. В данном случае существуют только две ортогональные (90гр) поляризации, которые полностью отличны одна от другой.  Это могут быть две различные поляризации: линейные (горизонтальная и вертикальная) или две круговые (CW и CCW). Любые другие поляризации являются комбинациями этих вариантов. Итак, если иметь ввиду известные физические ограничения, то для уличного LOS-канала могут эффективно использоваться только 2 пространственных потока. В случае применения решения внутри помещений возникают совершенно иные условия распространения сигнала, здесь уже и проблемой и потенциалом выступает многолучевое распространение сигналов (multipath). Много различных потоков могут распространяться даже без использования различной поляризации и мнократные переотражения приводят к сдвигам фаз и получению множественных копий с различными характеристиками. Важно, чтобы антенны не были слишком близко друг к другу и обычно одной длины волны бывает достаточно для подходящего уровня пространственного разнесения.

Каждый пространственный поток имеет собственную модуляцию, скорость кодирования и т.д.. В современных решениях на базе технологии WiFi IEEE 802.11n может использоваться MIMO до 4x4 (4 передатчика и 4 приемника) и до 4-х пространственных потоков. Комбинирование пространственных потоков от 1 до 4-х ведет к увеличению итоговой полосы пропускания, как описано в следующей таблице.

Термины из таблицы, о которых не говорилось ранее:
MCS - Modulation and Conding Schema (схема модуляции и кодирования),
GI - Guard Interval (защитный интервал, фактически время между отправкой фреймов в радиоканале Wi-Fi).


wi-life-mcs-ss-datarates



Интересное изображение, которое отлично визуализирует как комбинируются элементы данной таблицы в конечный результат в виде скоростей, доступных в сети WiFi, мы нашли на сайте Арубы (Aruba):

spatial streams-1




Пространственное мультиплексирование является элементом радиотехнологии, который выполняется как базовый функционал на чипе и затем передается в радиосреду. Для правильной работы этой функции радиоканал между передатчиком и приемником должен быть "чистым" (скорее идеальным) и каждый Пространственный Поток(ПП/SS) должен передаваться и приниматься корректно. Каждый дополнительный ПП увеличивает сложность радиопередачи и вероятность появления ошибок, что требует более высокого уровня SNR (соотношение сигнал/шум) и большего уровня разнесения радиосигналов на приемнике для надежного использования технологии. Это очень серьезное ограничение.

 

 


К сожалению текущие чипы технологии WiFi IEEE802.11 не могут надежно поддерживать три пространственных потока на всей типичной ячейке, покрываемой Точкой Доступа WiFi. Это ведет к тому, что распределение возможностей получения сервиса от различных комбинаций пространственных потоков напоминает окружности (хотя в реальности это скорее амеба, которую можно усреднить в окружность). Далее рассмотрим пример с тремя пространственными потоками. Внутренний круг имеет наилучший SNR и имеет достаточно "производительности" для поддержания трех пространственных потоков. Средний круг, имеющий следующий уровень SNR, обеспечивает поддержку двух пространственных потоков. Внешний круг обеспечивает работу только с одним пространственным потоком из-за наихудшего SNR. Фактическая зона покрытия каждым кругом может меняться в зависимости от производителя Wi-Fi решения, использования вспомогательных технологий и состояния радиочастотного окружения в диапазоне частот WiFi.

 

wi-life-spatial-streams-2








Для получения анонсов при выходе новых тематических статей или появлении новых материалов на сайте предлагаем подписаться.


Присоединяйтесь к нашей группе на Facebook: www.facebook.com/Wi.Life.ru
Мы публикуем интересные новости о Wi-Fi со всего света, информацию о выходе новых статей и расширении контента основных модулей ресурса Wi-Life.ru


Wi-Life.Team

Использование материалов этого сайта разрешено только с согласия Wi-Life.ru и наличии прямой ссылки на источник.