2.3-Сурет. Мімо технологиясының принциптерінің құрылысы

Жіберілетін реттілік параллель ағындарға бөлінеді, олардан қабылданатын жердің соңында бастапқы сигнал қайта қалыптасады. Бұл жердегі пайда болвтын қиындықтардың түрі - әр антенна сигналдардың суперпозициясын қабылдайды, ал оларды бір бірінен ажырату керек. Ал ол үшін қабылданатын жердің соңында аймақтағы сигналдарды анықтайтын арнайы ойлап құрастырылған алгоритм түрі қолданылады. Бұл алгоритм сигнал жүретін арналарды анықтауға негізделеді, олар каншалықты күрделі болса, олардың саны соншалықты көп болады. МІМО технологиясының басты кемшіліктері оны күрделілігі, сонымен қатар энергияяны көп қолданатыны болып табылады. МІМО-станциясы мен дәстүрлі станцияның сыйсымдылығы үшін жұмыстың үш режимі қарастырылған:

1. мұрагерленген режим (legacy mode);

2. аралас режим (mixed mode);

3. жасыл алаң режимі (green field mode).

Әр режимнің жұмыс жасауына байланысты өзінің преамбула құрылысы сәйкес келеді – қызметтік алаң пакеті, ол мәліметті жіберу басын көрсетеді және хабарлағыш пен қабылдаңыштың синхронды жұмыс істеуіне көмектеседі. Преамбулада пакеттің ұзындығы жіне оның типі, оның модуляциясы, таңдалған кодтау әдісі, сонымен қатар барлық кодтау параметрлері туралы ақпараттар болады. МІМО станциялары мен қарапайым атанциялардың арасында түсініспеушіліктер пайда болмас үшін МІМО станцияларының арасындағы алмасу кезінде пакет ерекше преамбула мен тақырыпшамен бірге жүреді. Мұндай ақпаратты алған мұрагерленген режимде жұмыс жасайтын станциялар MIMO станциялардың арасындағы сеанстың аяқталуына дейiн жіберулерін бөлiп шығарып қоя тұрады. Одан басқа преамбула құрылымы қабылдағыштың бастапқы мәндерін анықтайды, мысалы, қабылданатын сигналдың қуат бағасын, жиіліктің уқытқа байланысты ығысуы және т.б.

МІМО станцияларынынң жұмыс жасау режимдері.

Мұрагерленген режим. Бұл режим бір антенналы екі станцияның арасындағы айырбасты қамтамасыздандыру үшін қарстырылған. Мәліметтерді жіберу 802.11а хаттамалары бойынша жүргізіледі. Егер хабарлағыш МІМО станциясы, ал қабылдағыш – карапайым станция болса, онда жіберу жүйесінде бір ғана антенна қолданылады және мәліметтерді жіберу үрдісі Wi-Fi стандарттарының алдыңғы түрлеріндегідей жүре береді. Ал егер мәліметтерді жіберу үрдісі кері бағытта – қарапайым станциядан көпантенналыға – онда МІМО станциялары қабылдайтын антенналарды көп қолданады, бірақ кейбір жағдайларда мәліметтерді жіберу жылдамдығы әрқашанда жоғары болмайды. Бұл режимде преамбула құрылысы 802.11а түрі секілді болды.

Аралас режим. Бұл режимдерде МІМО жүйелері арасында,, сонымен қатар қарапайым станциялар арасындағы мәліметтерді алмасу жүзеге асады. Осыған байланысты МІМО жүйелері қабылдағыштын типтеріне байланысты 2 пакет типінен тұрады. Қарапайым станциялармен жұмыс өте баяу жүреді, өйткені олар жоғары жылдамдықтарды қамтамасыз ете алмайды, ал МІМО арасында айтарлықтай тез, бірақ жылдамдық жасыл алаң режимінжегі жылдамдықтан төмен болады. Қарапайым станциядан келген преамбула 802.11а стандартындағындай, ал МІМО пакетінде кішкене өзгеше болып табылады. Егер, МІМО жүйесі хабарлағыш рөлінде болса, онда әр антенна толық преамбуланы емес, циклдық сыбайлас преамбуланы береді. Осының арқасында стнцияның қолданатын қуаты төмендеп, арна тиімдірек пайдаланады. Бірақ бұл режимдемұрагерленген станциялардың барлығ ы жұмыс істей алмайды. Егер құрылғының синхронды алгоритмі өзара байланысқан коррелизацияда болса, онда ол синхрондалудың жоғалуына алып соқтырады.

Жасыл алаң режимі. Бұл режимде МІМО жүйесі түгелімен басымдылықта болады. Мәліметтерді жіберу тек қана мұрагерленген қабылдағыштар арқылы көп антенналар арасында болады. МІМО жүйесінде жіберулер болып жатқан кезде, қарапайым станциялар арна босағанға дейін күтіп тұрады.жасыл алаң режимінде бастапқы екі режимдерден сигналды қабылдай алады, бірақ сигналдарды оларға жібере алмайды. Пакеттер тек қана МІМО станциялары қарастыратын преамбулалармен жіберіледі. Бұл жағдайлар MIMO-OFDM жүйесін максыималды түрде қолдану үшін жасалады. Режимдердің барлық жұмыстарында көршілес станцияның жұмысынан кедергі тудырғызбайтын сақтандыру шаралары қолданылуы керек. Ол сигналдардың бұрмалануынан қорғайды. OSI моделінің физикалық деңгейінде преамбула құрылысында арнайы жолақ болады, ол станцияны мәліметтерді жіберу кезінде уақыт керек екендігін хабарлап отырады. Кейбір сақтандыру әдістері арналық деңгейде де қабылданады. өткізу жолақтарына байланысты жұмыс істеу режимдері төмендегідей жіктеледі:

1. Мұра етілетін режим. Бұл режим Wi-Fi стандарттарының алдыңғы типтерімен келісу үшін керек. Ол 802.11а/g стандарттарына құрылғылар бойынша, сонымен қатар 20 МГц болатын өткізу жолағы бойынша да ұқсайды.

2. Қос мұра етілетін режим. Құрылғылар 4МГц жолқты пайдаланады, оның өзінде жіберілетін мәлімет жоғарғы және төменгі арналармен де жіберіле береді (әрқайсысының ұзындығы 20МГц), бірақ олардағы фазалардың ығысуы 90°-ты құрайды. Пакеттің құрылысы қабылдағышы қарапайым станция болатындай негізделіп жасалған. Сигналдардың қайталануы ауытқуларды төмендетеді, сонымен қатар мәліметтерді жіберу жылдамдықтарын жоғарлатады.

3. Өткізу қабілеті жоғары болатын режим. Құрылғы екі жиіліктің жолақтарын ұстап тұрады - 20 және 40 МГц. Бұл режимде станциялар тек қана МІМО пакеттерімен алмасады. Желі жылдамдығы максималды болып табылады.

4. Жоғарғы арна режимі. Бұл режимде 40 МГц диапазонының жоғарғы жағы қолданылады. Станция кез келген пакет түрлерімен алмаса алады.

5. Төменгі арна режимі.бұл режимде 40 МГц диапазонының төменгі жағы пайдаланылады. Станция кез келген пакет түрлерімен алмаса алады.

Тезәрекеттiктiң жоғарылауының әдiстерi. Мәліметтерді жіберу жылдамдығы көптеген факторларға байланысты болады (2.3-кесте), бірақ ең бастысы өткізу жолақтарына байланысты болады. Ол кең болған сайын, алмау жылдамдығы жоғары. Екінші фактор – параллель ағындар. 802.11n стандартында арналардың максимал саны 4 тең. Сонымен қатар осы жерде модуляция типі мен кодтау әдістері де рөл ойнайды. Егер сақтандырғыш битте көп болса, онда керек мәліметтерді жіберу жылдамдығы төмендеп қалады. 802.11n стандартында кодтаудың ең жоғарғы салыстырмалы жылдамдығы 5/6 дейін жетеді, яғни 5 бит болатын мәліметке 1 артық бит болып табылады. 2.3 кестеде QAM және BPSK квадраттық модуляциясы кезіндегі алмасу жылдамдықтары көрсетілген. Көрініп тұрғандай, QAM жалғыз модуляциясының параметрлерінде жұмыс жасау жылдамдығы жоғары.

2.3 кесте. Әр түрлі модуляциялар типтеріндегі мәліметтерді жіберу жылдамдығы

Модуляция	Кодтаудың салыстырмалы жылдамдығы	Өткізу жолағы, МГц	Сигнал жүретін арналардың саны	Арналар саны	800 нс кезіндегі мәліметтерді жіберу жылдамдығы	400 нс кезіндегі мәліметтерді жіберу жылдамдығы
BPSK	½	20	52	1	6,5	7,2
64-QAM	5/6				65	72
BPSK	½			2	13	14,4
64-QAM	5/6				130	144
BPSK	½			3	19,5	21,7
64-QAM	5/6				195	216,7
BPSK	½			4	26	28,9
64-QAM	5/6				260	288,9
BPSK	½	40	108	1	13,5	15
64-QAM	5/6				135	150
BPSK	½			2	27	30
64-QAM	5/6				270	300
BPSK	½			3	40,5	45
64-QAM	5/6				405	450
BPSK	½			4	54	60
64-QAM	5/6				540	600

802.11n хабарлағыштары мен қабылдағыштары. ІЕЕЕ 802.11n стандартында сымсыз адаптер мен қолжетімділік нүктесінде 4 антеннаны қолдануға болады. 802.11n стандартында ұзындығы 20 МГц болатын байланыс арналарында қарастырылады, сонымен қатар қосарланған ұзындықтарда қарастырыла береді. Хабарлағышы ортақ құрылымдық сұлба 2.4-суретте көрсетілген. Жіберілетін мәліметтер қайталанатын ұзын бірдей символдар болмас үшін скремблерден өтеді. Ол жердегі кодтар нөл мен бірден тұрады. Содан кейін бөлінген мәліметтер N ағындарға бөлінеді және қателерді тікелей түзететін (FEC) кодерлерге келіп түседі. Бір немесе екі антенналы жүйелерде N=1, ал егер үш немесе төрт антенна болса, онда N=2.

Кодтау негізінен кезекке байланысты жеке аралық ағындарға бөлінеді. әр ағындағы биттер алдымен ығысып, артынан модельденеді. Ары қарай уақыт аралық ағындарға айналады, олар Фурьенің кері түрленуі арқылы блоктан өтіп, антеннаға келеді. Уақыт аралық ағындардың саны антенналар санына тең болады. Қабылдағыштың құрылысы хабарлағыш құрылысына ұқсас болып табылады (2.5-сурет), бірақ барлық іс-әрекеттер кері бағытта орындалады.