что такое мимо антенна
 |  |
Сегодня же достаточно приобрести только одну антенну MIMO. Улучшенная антенна MIMO содержит в одном корпусе сразу два набора излучающих элементов, так называемых патчей, каждый из которых подключен к отдельному гнезду. Второй вариант устройства: имеется один набор патчей и запитка для двух портов, что позволяет патчу функционировать в двух направлениях: горизонтальном и вертикальном. В этом случае к двум гнездам присоединяется единственный набор патчей. Именно второй вариант антенн MIMO (с двумя кабельными вводами) вы можете найти в ассортименте нашей компании.
Преимущества технологии MIMO
К главным преимуществам относится возможность улучшения пропускной способности, не расширяя при этом полосу. Так устройство одновременно раздает несколько потоков информации по единственному каналу.
Качество передаваемого сигнала и скорость передачи данных становится лучше. Потому что технология сначала кодирует данные, а затем на приемной стороне восстанавливает их.
Более чем в два раза увеличивается скорость трансляции сигнала.
Увеличиваются и многие другие параметры скорости за счет использования двух независимых кабелей, через которые одновременно происходит раздача и получение информации в виде цифрового потока. Улучшаются качества спектра следующих систем : 3G, 4G/LTE, WiMAX, WiFi, благодаря использованию двух входов и двух выходов.
Сфера применения антенн MIMO
Чаще всего технология MIMO применяется для передачи данных такого протокола, как WiFi. Это объясняется увеличенными пропускной способностью и емкостью. Для примера возьмем протокол 802.11n, в нем при использовании описываемой технологии, можно достичь скорость до 350 Мегабит/сек. Также улучшилось качество передачи данных, даже на тех участках, где сигнал приема низкий. Примером уличной точки доступа с антенной MIMO может послужить всем известная Nanostanion M2.
Сеть WiMAX, при использовании MIMO, теперь может транслировать информацию со скоростью до 40 Мегабит/секунду.
Постоянно ведутся работы по улучшению и усовершенствованию конфигураций технологии. В скором времени это позволит улучшить показатели спектра, усовершенствовать емкость сетей и ускорить скорость передачи данных.
Для тех у кого MIMO прошло мимо…
Немножко истории
У большого числа технологий, которые имеют место в сегодняшней телекоммуникационной среде «ноги растут» из военных наработок. Технология ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM), например, была предложена ещё в 80-х годах нашими американскими друзьями, но реализовать её удалось совсем недавно лишь потому, что она чрезвычайно требовательна к вычислительной мощности системы (всему виной пресловутое БПФ).
MIMO раньше представлялась только лишь как технология разнесенного приема (имеем одну передающую и N приемных антенн). Реализуя эту идею было выпущено несколько серий военных тропосферных станций (может кому и довелось послужить на таких) и в принципе на том этапе, расходы на разворачивание дополнительных антенн себя оправдывали.
Принцип обработки был прост как лопата: в двух приемных ветках сравнивалось отношение сигнал/шум и в соответствии с оценкой этого значения каждой ветке обработки назначались весовые коэффициенты, играющие роль при принятии решения, грубо говоря, что было передано: 0 или 1. Эта нехитрая система так и была названа критерием оптимального весового сложения (MRC).
Дальше-больше. В 1997 году ирано-американец Аламоути предлагает новинку основанную на уже известных тезисах, назвав её пространственно-временным блоковым кодом (STBC). После этого год от года увеличивается вал публикаций на тему MIMO и тема стает очень актуальной на фоне того, что частотно-энергетическую эффективность систем связи повышать стало все сложнее и сложнее (уже продуманы максимально эффективные сигнально-кодовые конструкции). А дальше пошло-поехало: пространственно-временное решетчатое кодирование, пространственное мультиплексирование, а также большое количество алгоритмов декодирования от простейшего «максимального правдоподобия (ML- max likehood)» до сферического турбодекодирования на GPU и т.д.
Как это работает
Радиоканалы
Вообще эта классификация огромна и её обзор достоен отдельной статьи, но мы остановимся лишь на нескольких моментах.
Проходя путь от передатчика (T) к приемника ( R) наша радиоволна затухает (теряет в энергетике), причем то насколько она потеряет зависит то, есть ли между нашими T и R прямая видимость. Если она есть, то основная вина за потери ложится на потери среды распространения (path loss), если прямой видимости нет, то начинается самое интересное. Сталкиваясь с различными препятствиями волна идет к пункту назначения несколькими путями (многолучевое распространение) и соответственно каждый луч проходит разное расстояние. На приеме все эти лучи могут складывать с противофазе, что дополнительно снижает интенсивность сигнала, что заставляет уровень сигнала постоянно «плавать». Поэтому в зоне неуверенного приема ваши мобильники никак не могут определиться сколько «палочек сигнала» показывать.
Все это безобразие назвали замираниями. Бывают они разными и могут описывать разными законами. При наличии постоянной компоненты (наличии прямой видимости) подойдет распределение Райса, а при её отсутствии — Релеевское (частный вариант). Формул не буду приводить умышленно, они большие и страшные.
MIMO вот ОНО
Разбор того, как ЭТО работает проведем на самом простом примере. У нас есть 2 антенны на передаче и одна на приеме.
k — так называемая комплексная передаточная функция канала (определяющая его ФЧХ и АЧХ), причем различная для каждого момента времени для каждого из принятых сигналов. Главная изюминка как раз и заключается в том, что сигналы для каждой из приемных антенн проходят разные пути.
В соответствии с методом ПВБК, входной поток данных разбивается на пары [с1, с2], причем, на первом полутактовом интервале символ c1 передается через антенну Т1 и символ c2 передается через антенну Т2. На втором полутактовом интервале порядок передачи изменяется: через антенну Т1 передается инверсия символа c2 (на рисунке обозначен как (–c*2), а символ c1 передается через антенну Т2 (на рисунке обозначен как (c*1). Данный алгоритм удобно представить в виде матрицы, где номер строки будет соответствовать номеру передатчика, а номер столбца – номер полутакта (в общем случае – шаг такта) передачи. Символ «*» как уже многие догадались-комплексное сопряжение.
В итоге на входе мы получаем 2 сигнала (мультипликативные отклики за первый и второй такт), проведя ряд занимательных математических преобразований мы получаем исходный сигнал, а точнее пару этих сигналов. Собственно вся фишка и заключается в том, что каждый из этих сигналов передавался 2 раза.
Почему это возможно? Потому что k разный для каждого луча, а матрица Аламоути (рисунок выше) является ортогональной.
Практика
А теперь проведем моделирование и посмотрим выигрыш MIMO перед SISO(single in single out).
Все свои расчеты и моделирование я провожу в Matlab‘e потому, что это самая лучшая в мире очень удобная для таких экспериментов среда.
Вот собственно кусок для расчета кривой Аламоути:
Эта часть для классической схемы:
Из графика видно что выигрыш для вероятности ошибки Pош=10^(-3) примерно 12 [дБ]. И это просто огромная величина.
Обзор антенны-усилителя Антэкс 3G/4G MIMO Максимум. Проверка в деревенских условиях приема связи
Содержание
Содержание
Упаковка и комплектация
Поставляется антенна в прочной картонной упаковке с принтом на лицевой стороне. Параметры антенны расписаны сзади
Вот параметры более детально. они расписаны с боку коробки и сзади. Тут четко указаны стандарты диапазонов связи, которые могут быть усилены данной антенной. К примеру, ее можно использовать как усилитель антенн вашего роутера, чтобы усилить покрытие или расширить возможности вашего Wifi приемника, вообще функционал не ограничен только усилением приема мобильной связи.
Комплект необычно широк, в нем есть две кабельные сборки обычного ТВ-кабеля SAT703 длиной по 10м каждая. Положили два переходника CRC-9 и 2 переходник TS9 для расширения количества возможных используемых роутеров и модемов. Также есть комплект монтажа к мачте со всеми необходимыми гайками и винтами. И, разумеется, инструкция по установке
Кабельные сборки ТВ-кабеля SAT703 уже снабжены F-разъемами на концах для простоты монтажа. Также преимуществом использования данного кабеля является простота и распространённость его в рознице. Данный кабель привычен и не требует какой-то особенной подготовки и инструмента для его удлинения и монтажа.
В комплекте отдельно покажу наличие CRC-9 переходника. С одной стороны привычный телевизионный кабель, с другой разъем для подключения к антеннам мобильной техники, такой как модемы и роутеры. В комплекте их 2 штуки для каждой кабельной сборки
Рассмотрим переходник с двух сторон. Нареканий к качеству нет.
Также есть переходники TS-9, а тот случай, если у вас есть техника с такими разъемами выхода антенного усиления
Естественно, есть и инструкция по установке на русском языке
Тут все просто, но детально
Комплектация изучена, переходим к рассмотрению антенны со всех сторон
Внешний вид и размеры
Антенна выполнены в виде пластикового модуля с лицевой стороны, с украшением в виде буквы Х. Это так выделен логотип компании Антекс, полагаю
Сбоку антенна имеет небольшое расширение корпуса. Задняя часть закрыта им, она немного шире лицевой части.
Сзади крышка выполнена из крашеного металла, и мы видим торчащие разъемы для подключения антенного кабеля
Около разъемов разместили наклейки с указанием направления поляризации
Размеры достаточно впечатляющие. Я специально решил остановиться детальнее на этом вопросе, чтобы у дальнейших покупателей было полное понимание объемов антенны. Вооружаюсь рулеткой, фотографии измерений расположу ниже
В целом на этом можно было бы переходить к измерениям возможностей антенны, но природное любопытство не позволяет пройти просто так и не посмотреть, что у антенны внутри. Тем более, визуально нет проблем для открытия антенны.
Дополнение
Переходим к установке антенны на мачту.
Монтаж антенны
Устройство монтажа антенны заимствовано от проверенного временем способа крепления спутниковых антенн. Выбран вариант крепления к мачте, как вариант возможного подъема антенны на уровень, где прием мобильной связи лучше.
Для начала крепим кронштейн к антенне 4мя комплектными гайками с фланцем
Затем двумя гайками с шайбами фиксируем затягивающую скобу и специальную металлическую проставку, которая жестко фиксируется на мачте, благодаря имеющимся металлическим зубцам
Наклон и азимут антенны легко настраивается и после этого гайки до конца затягиваются.
В целом нам не так важен наклон и азимут, ведь мы имеем дело не с настройкой спутниковой антенны и покрытие мобильными сетями намного шире.
Поэтому крепим абы как и размещаем в зоне наилучшего приема
Если есть необходимость удлинения кабелей связи с антенной, делаем это. А обратные концы переходника CRC-9 устанавливаем к соответствующим разъемам на модеме или роутере.
Тестирование возможностей антенны по усилению приема мобильной связи.
Для начала сделаю уточнение, что мне нужно усилить прием 4G сети для уверенного пользования интернетом. В условиях тестируемой области пользоваться интернетом практически невозможно, загрузка даже фотографий в мессенджеры занимает огромное время, о полноценном общении по видеосвязи речи быть не может. Вот каково стояние приема до установки антенны
Замеряем скоростные характеристики через популярный сайт
Как видим, скорость очень сильно далека от приемлемой.
Устанавливаем антенну и проверяем силу покрытия
Как видим, покрытие усилилось, оно меняется между 2-мя и 3-мя делениями.
Ну и осталось замерить скорость интернет соединения
Конструкционные особенности и принцип действия MiMo-антенн для 3G и 4G-модемов
В современном мире доступ в Интернет стал неотъемлемой частью жизни. Однако в силу ряда причин, сотовые операторы не везде могут установить вышки связи, поэтому в некоторых отдаленных регионах качество сигнала оставляет желать лучшего. Помочь в решении вопроса может MIMO-антенна 4G, как покупная, так и изготовленная своими руками по инструкциям, приведенным в этой статье.
Прием и отправка информации в линиях беспроводной связи
В радиоканале полезная информация распространяется от передатчика к приемнику в виде электромагнитных волн. При этом основными параметрами сигнала, от которых напрямую зависит качество связи, будут:
Для того чтобы обеспечить хорошее качество связи недостаточно просто увеличить значение одного или всех сразу вышеописанных показателей. Это связано с тем, что существуют определенные нормативы по электромагнитной безопасности. Поэтому для повышения скорости передачи пакетов данных внутри линии беспроводной связи используют различные оптимизирующие подходы. Один из них – технология, в которой используются антенна MIMO 3G/4G LTE-диапазонов с резонаторами, имеющими между собой низкий коэффициент корреляции.
Важно! Корреляция в простейшем понимании — это степень связи между двумя рассматриваемыми величинами. Например, амплитуда локального радиосигнала будет коррелировать с количеством влаги в воздухе на его пути, а с уровнем воды в океане – нет.
Проходя через пространство, электромагнитная волна обязательно будет встречать на своем пути препятствия из различного материала, испытывая частичное или полное отражение и поглощение. При этом в канале начинают наблюдаться следующие эффекты:
Благодаря заложенным в математическую модель современным и эффективным методам обработки сигналов при использовании технологии MIMO можно без труда разделять полезную информацию и возникающие артефакты (в том числе и шумы).
Технология MIMO
Как уже было сказано выше, основными вопросами при приеме и передаче данных посредством радиоканала является обеспечение помехоустойчивости и высокого качества конечной обработки. Для этого сотовыми операторами применяется технология, в которой считается, что антенна 4G LTE MIMO — лучшая из имеющихся реализаций (Multiple Input Multiple Output). Ее суть заключается в том, что обмен информацией в виде электромагнитных волн осуществляется не одной парой приемо-передатчиков, а целым набором. При этом важно обеспечить низкий коэффициент корреляции между ними, а также двойную (так называемую 2х2) поляризацию.
Полезно! В простейшем случае поляризация волны – это такая характеристика, которая описывает поведение вектора амплитуды (включая его направление), может быть продольной, поперечной или круговой.
С математической точки зрения суть технологии 4G MIMO может быть раскрыта следующим образом. Пусть имеются N передающих и M приемных антенных устройств, тогда свойства каждого канала (зависимость от особенностей многолучевого распространения сигнала) можно описать путем задания нестационарного (меняющегося во времени) комплексного коэффициента hnm, который набором образуют так называемую канальную матрицу H. Тогда, если иметь волновой вектор полезных данных s и волновой вектор шумов n, то направление, из которого пришел принятый сигнал r можно выразить через простую формулу r = H*s + n.
Полезно! Волновой вектор – такая величина, которая определяет направление распространения волны.
Принцип работы MIMO 3G/4G-антенн
В большинстве случаев, поскольку преимущество отдается схеме с 2х2, антенна МИМО 4G – это просто два полосковых резонатора. Их единственной особенностью является расположение друг относительно друга, оно выполнено так, чтобы при помощи ортогональной поляризации (в вертикальной плоскости смещение составляет 45 градусов, а угол между плоскостями антенн – 90 градусов) произвести разделение каналов. Таким образом, при приеме двух сигналов разница в их коэффициентах усиления будет составлять до 20 дБ.
Конструкционные особенности MIMO-антенн
Помимо достаточно сложной теоретической части касательно принципа действия технологии MIMO, антенны, применяемые в ней, также имеют некоторые конструктивные особенности, которые имеют огромное значение при проведении грамотного монтажа:
Важно! Производить дополнительную герметизацию необходимо даже для покупных устройств, нелишним будет поместить в корпус гидрофильное вещество (сорбент силикагель в пакетиках) и выполнять его периодическую замену.
Панельная антенна
На сегодня этот тип антенн получил наибольшее распространение в коммерческой нише (считается, что это панельная антенна 4G – одна из лучших) и используется всеми сотовыми операторами для достижения оптимальной зоны покрытия в необходимой области. Конструктивно такие устройства состоят из двух матриц диполей (в простонародье – «патчей»), которые располагаются в вертикальные ряды и разносятся в пространстве путем помещения в разные корпуса (в пользовательском варианте приемного оборудования чаще в одном корпусе с четырьмя патчами на каждый сегмент).
Подключение производится разными коннекторами на два разных фидера, соответственно, к двум независимым входам излучателя/приемника. В соответствии с теоретической частью, изложенной выше, относительное положение плоскостей полосковых резонаторов может устанавливаться как 45 градусов по отношению к вектору вертикали, так и ортогонально друг к другу.
Применение панельных антенн для работы в сетях 4G
На сегодня рынок предлагает множество антенн, конструктивное исполнение которых значительно варьируется от таких параметров, как диаграмма направленности и рабочий частотный диапазон. Касательно первого: угол раскрытия основного лепестка варьируется в пределах от 30 до 90 градусов, для сотовых антенн — обычно от 60 до 75 градусов. Также вклад в направленность вносит угол наклона, который может быть как регулируемый как механическим путем (вертикальная плоскость), так и стационарным, установленный заводом-изготовителем (горизонтальная плоскость).
Второй параметр как раз определяет частотную селективность антенны (о чем упоминалось ранее) и для сетей 4G диапазон может быть самым разным (от 800 МГц и выше), некоторые сотовые вышки работают сразу на нескольких значениях, например, для LTE это могут быть линии 700 МГц, 800 МГц, 2600 МГц. Если необходимо включение 3G, дополнительно используется полоса 2100 МГц. Естественно, что это требует разделения как в плоскостях поляризации, так и пространственное, а также разных направленностей. Это неизбежно приведет к огромному видовому разнообразию устройств, что и можно наблюдать на рынке.
Установка антенн для модема своими руками
После того как сделан выбор, и антенна куплена, а также приобретены дополнительные коннекторы, ее необходимо установить. Настоятельно рекомендуется перед проведением работ сделать хотя бы примерный набросок (лучше чертеж в масштабе), на котором будут обозначены линии коаксиального кабеля, его длина, произведены расчеты потерь сигнала, показаны местоположения близлежащих вышек и возможных препятствий. Поиск сотовых излучателей и их характеристик можно произвести при помощи специальных мобильных приложений, а в качестве основы для карт использовать OpenStreetMap (http://openstreetmap.ru). После этого необходимо собрать нужный инструмент, материалы и произвести монтаж:
Важно! Существует еще метод непрямого крепления антенны к фасаду здания, а именно: с установкой короткой мачты. Он применяется тогда, когда устройство надо вынести выше, например, над коньком кровельной фермы. В этом случае на мачте также монтируется оборудование, и она хомутами пристегивается к стене.
Как сделать антенну самостоятельно
Итак, антенные решетки позволяют принимать и до нужного значения усиливать сигнал. При этом они делятся на три типа:
Последние наиболее простые в изготовлении и, по сути, все остальные антенны являются их продвинутыми модификациями. Для самостоятельного изготовления существует множество вариантов устройств, здесь будут рассмотрены несколько проверенных типов, зарекомендовавших себя.
Простая секторная антенна
В магазине можно найти устройство, представляющее собой фокусирующий рефлектор, на штанге которого нужно установить модем. Обычно такие модели стоят дорого, а изготовить их своими руками – задача не из самых сложных. Наилучшим материалом для отражателя станет крышка от старого корпуса ПК, из инструментов понадобятся только маркер (карандаш), ножницы по металлу, напильник и шкурка. Порядок действий такой:
Кстати, если требуется выполнить временный (комнатный) вариант, можно использовать любой подручный материал, начиная от фольгированного картона.
Панельная антенна
Чтобы изготовить такую уличную 4G MIMO-антенну, понадобится следующий набор материалов:
Внимание! Запомните, что дипольные пластины – то же самое, что и патчи!
В первую очередь, необходимо собрать патчи в сегмент. Для этого надо взять лист бумаги размером с рефлектор антенны, разложить на нем по чертежу патчи и спаять их между собой на медном соединителе.
В основной пластине отражателя необходимо произвести сверловку отверстия для коаксиального кабеля (волновое сопротивление 50 Ом). Приклеить пластины диэлектрика и к нему – сегмент из дипольных пластин, в результате должна получиться антенна, как показано на рисунке.
Центральную жилу кабеля надо припаять к медному пятаку, а экран – к рефлектору.
Кстати! Если сделать две таких антенны и разнести их в пространстве под углом 90 градусов друг к другу, получится полноценное устройство с селекцией по поляризации. Также можно экспериментировать с формой рефлектора, например, он может быть параболический.
Направленная антенна Харченко
В Глобальной сети касательно этого типа приемного устройства ведутся постоянные споры, однако это действительно рабочая модель. Единственным нюансом при ее изготовлении является то, что необходимо ознакомиться с некоторым теоретическим минимумом, а при практической реализации соблюдать высокую степень аккуратности. Порядок действий следующий:
Внимание! Расположение рамки относительно рефлектора (параллельно или перпендикулярно) будет влиять на то, как поляризована антенна, т. е. при сборке двух устройств будет получен полноценный MIMO-приемник.
Направленная MIMO-антенна от KREOSAN
Это нашумевшая конструкция, которая использует все преимущества двойной поляризации и претендует на звание лучшей 4G-антенны. Более того, она проста в настройке, поскольку регулировать ее нужно только в двух плоскостях. Существуют несколько моделей для MIMO 3G-сети и 4G-сети (для разных частот), но принцип изготовления одинаков. Для сборки антенны понадобятся:
После сборки антенна устанавливается на кронштейн, который можно смонтировать на мачте и остается только направить ее на ближайшую вышку сотового оператора. Кстати, касательно всех перечисленных выше антенн наиболее удобно как приемник использовать модем с уже имеющимися двумя разъемами Pigtail, а на коаксиальном кабеле — соответствующий переходник.
Заключение
Как видно, в элементарной теории антенн нет ничего сложного и разобравшись с основными понятиями можно с легкостью как выбрать необходимую антенну из числа предлагаемых на рынке, так и сконструировать или собрать ее самому. При этом следует помнить, что главная работа заключается не только в том, чтобы сделать антенну, ее еще необходимо правильно настроить. Для этого дополнительно рекомендуется ознакомиться с материалом по теме цифровой обработки сигналов, где обычно в самом начале разбирается теоретический минимум по существующим типам каналов связи и методам передачи информации в них.