MIMO

År 2009 ändrades standarden 802.11 till 802.11n som ville nå upp till 600 Mbps i trådlösa LAN, WLAN. Alla anpassningar klassades under namnet HT eller High Throughput. Tekniken kunde tillämpas på 2.4 och 5 GHz frekvensband. Dessutom 802.11n designades för att vara bakåtkompatibel med 802.11a och 802.11g.

Innan 802.11n standarden använde trådlösa enheter en enda sändare (Tx) och en enda mottagarkomponent (Rx). Med andra ord kunde dessa trådlösa enheter sända och ta emot en radiosignalsekvens (radio chain). En sådan teknik är känd som SISO, single-in single-out. Detta ändrades med 802.11n till flera antenner, det vill säga flera sändare och flera mottagare därmed flera radiosignalsekvenser.

Bild 1: 802.11n och MIMO

802.11n standarden stödjer minst 2 och upp till 4 radiosignalsekvenser. Det möjliggörs via flera funktioner som förbättrar signalöverföringar och tillförlitlighet. Dessa funktioner är känd som:

  • Channel aggregation
  • spatial multiplexing (SM)
  • MAC layer efficiency
  • Transmit beamforming (TxBF)
  • Maximal-ration combining (MRC)

Channel aggregation

Trådlösa enheter som stödjer 802.11n kan binda ihop ett antal kanaler så att signalöverföringshastighet ökar. Varje OFDM kanal är 20 MHz bredd och varje kanal har 48 underbärare. Tekniken kanal aggregering ökar antal underbärare till 52 per kanal, därmed ökas överföringshastigheten.

Bild 2: Enskild kanal och underbärare

Dessutom möjliggör tekniken att aggregera intill närliggande kanaler exempelvis två 20 MHz kanaler resulterar i en på 40 MHz samt 108 underbärare:

Bild 3: 40 Mhz kanal och 108 underbärare

Observera att när kanaler aggregeras minskar det totala antalet ursprungliga kanaler i ett band. Till exempel i den 5 GHz band som består av 23 icke-överlappande 20-MHz-kanaler resulterar i 11 kanaler. Du får gärna jämföra med de tre icke-överlappande kanaler i 2.4 GHz band.

Spatial Multiplexering

En 802.11-enhet kan hantera flera dataströmmar (radio chain) samtidigt så att dataöverföring kan multiplexeras och skickas på flera dataströmmar (radio chain) i samma radiokanal. Detta kallas “Spatial Multiplexing” vilket går ut på att flera dataströmmar skickas med en precision som gör att de inte stör ut varandra alls trots att kommunikationen alltså sker över samma radiokanal. Hur kan flera radioapparater sända på samma kanal utan att störa varandra?

Varje dataström (radio chain) eller spatial stream har sin egen antenn. Varje antenn är åtskild något avstånd från de andra så att signalerna anländer till mottagarens antenner (även de åtskilda från varandra) troligen i olika fas och amplituder. Detta är särskilt sant när dataströmmarna studsar på några objekt längs vägen till mottagaren. Dessutom kan data distribueras över sändarens dataströmmar på ett förutbestämt sätt.

Antalet dataströmmar som en enhet kan hantera brukar betecknas genom att lägga till ett kolon och ett nummer till MIMO-radiospecifikationen. Till exempel 3 × 3: 2 MIMO betyder att enheten har tre sändare (Tx), tre mottagare (Rx) och två dataströmmar.

Bild 4: MIMO 3×3:2

Frågor

  1. En 802.11n trådlös enhet kan aggregera kanaler på 20 MHz, vilken är den maximala aggregationen?
  2. Vad innebär beteckningen 2×3 MU MIMO?

————— under arbete —————————–