Мобильные устройства
Все внешние антенны LTE — конструкции стационарные. Устанавливаются они на мачту, стену или крышу дома. Сигнал в большинстве случаев они усиливают хорошо. Однако и стоят такие устройства, даже простые «Яги», довольно-таки дорого. В некоторых же случаях обеспечить достойную скорость интернета можно, и не затрачивая особенно больших денег.
Помимо стационарных на рынке существуют также мобильные LTE-антенны. Устройства этого типа подключаются к компьютеру, роутеру или ноутбуку и устанавливаются в доме — на подоконнике или в самой высокой в помещении точке. Использовать такие модели вместо дорогих внешних антенн целесообразно, к примеру, в пригородных поселках или на улицах деревень, частично закрытых от ближайших вышек небольшим холмом. То есть там, где сигнал от станции ловится и без антенны, но скорость интернета не слишком велика или же он несколько нестабилен.
История MIMO
История систем MIMO как объекта беспроводной связи пока весьма не продолжительна. Первый патент на использование MIMO-принципа в радиосвязи был зарегистрирован в 1984 году от имени сотрудника Bell Laboratories Джека Винтерса (Jack Winters). Основываясь на его исследованиях, Джек Селз (Jack Salz) из той же компании опубликовал в 1985 году первую статью по MIMO-решениям. Развитие данного направления продолжалось специалистами Bell Laboratories и другими исследователями вплоть до 1995 года. В 1996 году Грэг Ралей (Greg Raleigh) и Джеральд Дж. Фошини (Gerald J. Foschini) предложили новый вариант реализации MIMO-системы, увеличив тем самым ее эффективность. Впоследствии Грэг Ралей, которому присваивают авторство OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing – мультиплексирование посредством ортогональных несущих) для MIMO, основал компанию Airgo Networks, которая разработала первый MIMO-чипсет под названием True MIMO.
Однако, несмотря на довольно короткий промежуток времени с момента своего появления, MIMO-направление развивается весьма многопланово и включает в себя разнородное семейство методов, которые можно классифицировать по принципу разделения сигналов в приемном устройстве. При этом в MIMO-системах используются как уже вошедшие в практику подходы к разделению сигналов, так и новые. К ним относятся, например, пространственно-временное, пространственно-частотное, пространственно-поляризационное кодирование, а также сверхразрешение по направлению прихода сигнала в приемник. Благодаря обилию подходов к разделению сигналов удалось обеспечить столь долгую разработку стандартов на использование систем MIMO в средствах связи. Однако все разновидности MIMO направлены на достижение одной цели – увеличение пиковой скорости передачи данных в сетях связи за счет улучшения помехоустойчивости.
Простейшая антенна MIMO
Простейшая антенна MIMO – это система из двух несимметричных вибраторов (монополей), ориентированных под углом ±45° относительно вертикальной оси (рис.2).
Рис. 2 Простейшая антенна MIMO
Такой угол поляризации позволяет каналам находиться в равных условиях, поскольку при горизонтально-вертикальной ориентации излучателей одна из поляризационных составляющих неизбежно получила бы большее затухание при распространении вдоль земной поверхности. Сигналы, излучаемые независимо каждым монополем, поляризованы взаимно ортогонально с достаточно высокой взаимной развязкой по кросс-поляризационной составляющей (не менее 20 дБ). Аналогичная антенна используется и на приемной стороне. Такой подход позволяет одновременно передавать сигналы с одинаковыми несущими, модулированными различным образом. Принцип поляризационного разделения обеспечивает удвоение пропускной способности линии радиосвязи по сравнению со случаем одиночного монополя (в идеальных условиях прямой видимости при идентичной ориентации приемных и передающих антенн). Таким образом, по сути любую систему с двойной поляризацией можно считать системой MIMO.
Yota LTE-антенна
Yota — это относительно новый на российском рынке оператор. Однако зона его покрытия имеется уже в том числе и в глубинке России. Ловят модемы этого оператора сигнал в основном неплохо. Однако зона покрытия Yota до сих пор (на 2017 г) меньше, чем у старых операторов — «Билайна», «Мегафона» и МТС.
Продавцы модемов Yota, уговаривая покупателей из поселков или деревень приобрести свою продукцию, обычно успокаивают их тем, что сигнал от этого оператора хорошо ловится в тех же местах, где он стабилен и от «Мегафона». Однако это, к сожалению, не всегда соответствует действительности. Поэтому именно с модемами Yota приходится использовать LTE-антенны, в том числе и внешние, чаще всего.
Для модема Yota можно, в принципе, применить антенну и от сторонних производителей. Но можно купить и модель марки именно Yota. Тем более, что модемы от этого оператора часто идут уже в комплекте с антенной.
Дальнейшая эволюция MIMO
К тому моменту, когда технология MIMO была специфицирована в релизе 7, шло активное распространение по миру стандарта 3G. Были попытки совместить сети третьего поколения с технологией MIMO, но широкого распространения не получили. По данным Глобальной Ассоциации Поставщиков Мобильного Оборудования (Global mobile Suppliers Association, GSA) от 04.11.2010 на тот момент из 2776 типов устройств с поддержкой HSPA, представленных на рынке, только 28 моделей поддерживают MIMO. К тому же внедрение MIMO сети с низким проникновением MIMO-терминалов приводит к снижению пропускной способности сети. Компания Nokia разработала технологию для минимизации потерь пропускной способности, но она показала бы свою эффективность только в том случае, когда проникновение MIMO-терминалов составило бы не менее 40% абонентских устройств. Добавляя к выше сказанному, стоит напомнить, что 14 декабря 2009 года состоялся запуск первой в мире мобильной сети на базе технологии LTE, которая позволяла достичь гораздо более высоких скоростей. Исходя из этого видно, что операторы были нацелены на скорейшее развертывание сетей LTE, нежели на модернизацию сетей третьего поколения.
На сегодняшний день можно отметить бурный рост объема трафика в сетях подвижной связи 4 поколения, и чтобы обеспечить необходимую скорость всем своим абонентам, операторам приходится искать различные методы по повышению скорости передачи данных или по повышению эффективности использования частотного ресурса. MIMO же позволяет в имеющейся полосе частот передавать почти в 2 раза больше данных за тот же временной промежуток при варианте 2х2. Если же использовать антенную реализацию 4х4, то, к сожалению, максимальная скорость загрузки информации составит 326 Мбит/с, а не 400 Мбит/с, как предполагает теоретический расчет. Это связано с особенностью передачи через 4 антенны. Каждой антенне выделены определенные ресурсные элементы (РЭ) для передачи опорных символов. Они необходимы для организации когерентной демодуляции и оценки каналов. Расположение этих РЭ изображено на рис. 3. Передающим антеннам присваивают номера логических антенных портов. Символы, помеченные R0 передает порт 0, символы R1 – порт 1 и т.д. В итоге 14,3% от всех РЭ выделено на передачу опорных символов, чем и обусловлено различие теоретической и практических скоростей.
Рис. 3 Расположение РЭ для передачи опорных символов в субкадре при MIMO 4×4
В заключение можно сделать вывод, что MIMO оправдала себя как перспективная технология для построения мобильных систем широкополосного радиодоступа со скоростями в сотни Мб/с.
Подробно ознакомиться с функционированием технологии MIMO, конфигурацией антенн MIMO на сетях операторов мобильной связи, а также перспективах применения многоантенных систем (Massive MIMO) в сетях новых поколений можно в новой книге «Мобильная связь на пути к 6G».
- Степутин А.Н. Мобильная связь на пути к 6G = Mobile communication on the road to 6G : / А. Н. Степутин, А. Д. Николаев. — Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2017.
- http://3gclub.ict-online.ru/analytics/a76468
- http://www.osp.ru/telecom/2011/02/13007425/
- Рыжков А.Е., Сиверс М.А., Воробьев В.О., Гусаров А.С., Слышков А.С., Шуньков Р.В. Системы и сети радиодоступа 4G: LTE, WiMax. – СПб: Линк, 2012. – 226 с.
- http://www.connect.ru/article.asp?id=9885
{jcomments on}
Направленные модели
Принимать сигналы устройства LTE, в зависимости от конструкции, могут от одной или сразу нескольких вышек. Направленные модели монтируются обычно на крыше дома и направляются при этом в сторону ближайшей станции. К преимуществам таких антенн относят в первую очередь то, что они практически не ловят помех. Однако установка и настройка подобных устройств — дело очень сложное. Монтируют направленные антенны LTE обычно только квалифицированные специалисты. Еще одним недостатком устройств этого типа является ненадежность передачи. Ведь если станция по каким-либо причинам вдруг перестанет работать, сигнал в доме тут же пропадет.
