آشنایی با MIMO در وایرلس

(MIMO (Multiple-Input , Multiple-Output همان‌طور که از نام آن هم پیداست، به Access Pointهای سازگار با استاندارد ۸۰۲.11n، امکان ارسال و دریافت اطلاعات روی چندین مسیر ارتباطی بین مبدا و مقصد، به صورت هم‌زمان را می‌دهد. به عبارت دقیق‌تر وقتی فرستنده چندین سیگنال با محتوای داده‌ای متفاوت را از طریق آنتن‌هایش می‌فرستد، گیرنده این سیگنال‌ها را توسط آنتن‌هایش دریافت می کند. سپس گیرنده اطلاعات دریافت شده توسط هریک از آنتن‌هایش را بررسی و آن‌ها را کنار هم می‌گذارد تا محتوای داده‌های فرستاده شده شفاف شوند. این تکنیک در ارسال و دریافت داده‌ها در تکنولوژی MIMO تحت عنوان Multipath Transmiting شناخته می‌شود. البته این تکنیک جزئیات زیادی دارد که در این فضای محدود امکان طرح آن‌ها نیست.

 مطابق فرآیندهای از پیش تعریف شده در تکنولوژی MIMO، دستگاه فرستنده باید حداقل دو آنتن و دستگاه گیرنده باید حداقل یک آنتن داشته باشد. این وضعیت با عبارت ” ۲:۱ ” توصیف می‌شود. حداکثر آنتن‌های به کار گرفته شده برای پیاده‌سازی شبکه‌ها تحت تکنولوژی MIMO چهار آنتن در سمت گیرنده و فرستنده ( ۴:۴ ) است.

 لازم به ذکر است که از مرحله ۲:۱ تا ۲:۲ و ۳:۱ تا ۳:۲ با افزایش آنتن‌ها، پیشرفت چشم‌گیری در بهبود کارایی شبکه به چشم می‌خورد ، ولی از مرحله ۳:۳ به بعد بهبود کارایی در شبکه آن‌چنان چشم‌گیر نیست. جالب است بدانید که دستگاه‌هایی هم اکنون در بازار موجود هستند که دارای آنتن داخلی می‌باشند ولی از لحاظ کارایی تفاوت چندانی با دستگاه‌های با آنتن خارجی ندارند.

علاوه بر MIMO تکنولوژی دیگری که موجب افزایش کارایی شبکه‌های منطبق بر استاندارد ۸۰۲.11n شده Channel Bonding نام دارد. برای آشنایی با این تکنولوژی در ابتدا باید اصولی را مرور کنیم. دستگاه‌های فرستنده و گیرنده در شبکه‌های بی‌سیم از فرکانس خاصی برای ارسال و دریافت داده استفاده می‌کنند تا تداخلی در ارتباط ایجاد نشود. این فرکانس در هر استانداردی تعیین شده است. IEEE فرکانس ارسال و دریافت را در شبکه‌های پیاده‌سازی شده با ۸۰۲.11n فرکانس‌های ۲.۴‌Ghz و ۵‌Ghz تعیین کرده است. هم‌چنین برای ارسال داده‌ها به صورت بی‌سیم باید یک پهنای باند ثابت توسط گیرنده و فرسنده از قبل تعریف شده باشد. به عنوان نمونه شبکه‌های پیاده‌سازی شده بر مبنای استاندارد ۸۰۲.11g از پهنای باند ۲۰‌Mhz برای ارسال داده‌ها استفاده می‌کنند. IEEE پهنای باند شبکه‌های ۸۰۲.11n را ۲۰‌Mhz و ۴۰‌Mhz در نظر گرفته است.

در حالتی که شبکه‌های ۸۰۲.11n با پهنای باند ۴۰‌Mhz کار می‌کنند، در واقع از دو پهنای باند کنار هم ۲۰‌Mhz بهره می‌برند. در این حالت با توجه به این‌که پهنای باند دوبرابر شده، میزان داده رد و بدل شده هم دو برابر می‌شود. این نحوه ارسال و دریافت داده در پهنای باند ۴۰‌Mhz که متشکل از دو باند ۲۰‌Mhz است را Channel Bonding می‌گویند.

از سوی دیگر وقتی ما داده‌های زیادی داریم و پهنای باند ما تنها ۲۰‌Mhz است، باید داده‌ها را به قطعات کوچک‌تری تقسیم کنیم و در شروع و پایان هر قطعه اطلاعاتی را هم اضافه کنیم که در مقصد، گیرنده بتواند بر اساس آن اطلاعات اضافی دوباره تکه‌های داده را کنار هم قرار داده و آن‌ها را یکپارچه کند. این اطلاعات اضافی برای هر تکه از داده‌ها لازم است. وقتی که ما دو باند ۲۰ مگاهرتز جدا از هم داریم می‌توانیم ۲ تکه کوچک را همزمان بفرستیم. ولی در هر دوی این تکه‌ها که همزمان فرستاده شده‌اند، باید اطلاعات اضافی را هم برای سرهم شدن هر یک از آن‌ها در مقصد اضافه کنیم.

اما حالا تصور کنید که دو باند ۲۰ مگاهرتزی ما درست کنار هم قرار دارند. در این حالت ما می‌توانیم یک حجم دوبرابر از داده را به صورت یکپارچه ارسال کنیم. به عبارت دیگر با کنار هم قرار گرفتن باندها، لازم نیست دوبار داده به صورت جدا بفرستیم و تنها کافی است که داده‌ها را کنار هم قرار داده و روی باند ۴۰ مگاهرتزی ارسال به صورت یکپارچه ارسال کنیم. به طبع آن اطلاعات اضافی هم که باید درج شوند نسبت به حالتی که باندهای ما جدا از هم بود ، نصف خواهند شد چراکه داده‌های ما که قبلاً دو تکه بودند، اکنون یکپارچه شده‌اند.

با توجه به این‌که اطلاعات اضافی کم‌تری برای سرهم کردن تکه‌های داده در مقصد، در این حالت روی باند قرار گرفته، داده‌های اصلی می‌توانند بیش از دو برابر روی باند قرار بگیرند چراکه جای داده‌های اضافی که دیگر به آن‌ها نیاز نداریم را می‌توان به داده‌های اصلی داد.

استفاده از تکنیک فوق در کنار تکنولوژی‌های Channel Bonding و MIMO از اصلی‌ترین دلایل برتری استاندارد ۸۰۲.11n بر استاندارهای قبلی WLAN می‌باشد.

علاوه بر تکنیک‌هایی که در این مقاله به صورت خیلی مختصر به آن‌ها اشاره کردیم، تکنیک‌های دیگری هم برای ارسال بهینه داده تحت استاندارد ۸۰۲.11n وجود دارند که در این‌جا به دلیل کمبود فضا نمی‌توانیم به آن‌ها اشاره کنیم، ولی در صورت علاقه می‌توانید به White Paperهای بسیاری که در این زمینه به صورت رایگان روی اینترنت قرار دارند مراجعه کنید.