Модем usb mimo как работает

Обновлено: 06.07.2024

Привет. В этот раз мы решили написать статью об антеннах, в контексте антенн для USB-модемов. Расскажем о том, какие они бывают, почему так выглядят, какие проблемы решает каждая из антенн.

Мы учли пожелания в комментариях к предыдущей публикации о том, чтобы писать «проще», в то же время мы не можем не использовать технические описания и терминологию. Надеемся, что у нас получился нужный баланс удобного и одновременно полезного содержания.

Периодически, на электронную почту завода приходят вопросы вроде: «Почему купленная мною 3G антенна не ловит LTE?», или «Вскрыл вашу антенну — одни железки/фольга, где же усилитель?» и много других вопросов.

Антенны являются неотъемлемой частью любого устройства беспроводной связи. Из-за тренда к уменьшению габаритов устройств потребительской электроники, к антеннам, предъявляются жесткие требования. Под антенну на печатной плате выделяется небольшой участок (10% и менее от площади платы). Иногда и вовсе используются антенны на гибких печатных платах — FPCB , что позволяет компоновать устройство не только в плоскости, но и в объеме корпуса. Бывает, инженеры просто размещают «закорючку» на плате (например, PIFA-антенна ), отвечающую за работу устройства в 2G, 3G, 4G сетях. Такая антенна — ненаправленная, с минимальным коэффициентом усиления, её эффективность мала.

Да, подобные технические решения ориентированы преимущественно на работу устройства в зонах уверенного приема сигнала. Но, иногда мы оказываемся в зонах с плохим покрытием, где встроенной антенны недостаточно. В таких случаях может выручить внешняя антенна.

В зависимости от используемого устройства (смартфон, планшет, модем), понадобится антенна, функционал которой реализован под конкретное устройство. О системах усиления интернет-сигнала Orange-900 и Orange-2600, улучшающих качество связи смартфона/планшета, мы говорили ранее. Теперь мы рассмотрим способы усиления сигнала мобильного интернета модема, на примере нескольких классических вариантов антенн.

Антенны-отражатели

Взгляните, как излучает (принимает сигнал) модем в 4G-диапазоне:
Рис. 1 — Компьютерная симуляция 3D диаграммы направленности 4G-модема (f=2.6GHz)

На Рис. 1 изображена 3D диаграмма направленности модема на рабочей частоте 2.6 GHz (сеть 4G). Давайте рассмотрим её подробнее. Как видим, встроенная антенна модема излучает вокруг на 360 градусов по горизонту с небольшим собственным усилением. Перекос излучения по горизонту обусловлен конструкцией антенны модема — за основу взята модель антенны одного из ранее популярных модемов, для наглядности помещенная в радиопрозрачный корпус.

Для того, чтобы повысить соотношение S/N модема можно использовать усилитель интернет-сигнала Connect 3.0 — это двухэлементная антенна, состоящая из рефлектора и активного элемента (модема, который вставляется в специальный держатель). Самого усилителя (если под усилителем понимать активное устройство) здесь нет, как и в любой пассивной антенне, однако, говоря об усилении, в первую очередь мы говорим о направленных свойствах антенны, и чем ярче они выражены, тем больше подобного «усиления» придает антенна.

Рис. 2 — Компьютерная симуляция 3D диаграммы направленности 4G-модема
в усилителе Connect 3.0 (f=2.6GHz)
На Рис. 2 излучение модема в направлении от Connect 3.0 теперь выражено сильнее, причем красный цвет (максимум излучения) стал ярче, что говорит о приобретенной направленности (усилении). Справа на картинке приведена цветовая шкала усиления, по которой можно представить в каком направлении излучение модема максимально.

С помощью рефлектора Connect 3.0, встроенная антенна модема приобрела направленные свойства, в результате чего возросло собственное усиление антенны 6.5 dBi (1 dBi — децибел относительно изотропного источника излучения), а вход модема стал менее подвержен шумам и наводкам, что повышает соотношение S/N и улучшает качество интернет-соединения.

Важно: у модемов разных моделей антенны совершенно по-разному размещены, их конструкции различны, поэтому эффект усиления может быть различным в количественной мере, однако, диаграмма направленности во всех случаях будет принимать схожий вид, что важно для улучшения соотношения S/N.

Такой отражатель вы можете собрать и настроить самостоятельно, например, из обычной пивной банки. Это любопытно для любителей DIY, и, да, она тоже будет работать в сторону усиления. Одно «но» — пивная банка не всегда эстетично и презентабельно смотрится дома, в офисе, в магазине.

Небольшой FAQ по антеннам-отражателям:

Вопрос: В технических характеристиках вы пишете что антенна поддерживает практически все стандарты связи — как возможно достигнуть такой широкополосности?"

Ответ: поскольку Connect 3.0 — это двухэлементная антенна, активным элементом которой является модем, все зависит от того — поддерживает ли модем нужный стандарт. Размеры и расположение рефлектора, скрытого в пластиковом корпусе Connect 3.0, позволяют антенне оказывать положительный эффект в таком широком диапазоне частот.

Вопрос: «Почему антенна стоит именно столько (подставьте здесь любую цену)? Продавать за такие деньги штампованный пластик и фольгу — обман»

Ответ: Несмотря на относительную простоту конструкции — антенна работает, выполняет заявленную функцию, что подтверждено сотнями тысяч выпущенных изделий и множеством положительных отзывов от наших клиентов. Мы считаем неправильным обсуждать вопрос экономики и расчета стоимости данного изделия, опираясь лишь на цены материалов, входящих в его стоимость. К сожалению, присутствует множество факторов конечного ценообразования, часто не зависящих от нас.

Антенны направленного действия.

Бывают ситуации, когда решения уровня «Connect 3.0» недостаточно, чтобы «дотянуться» модемом до сигнала БС на расстоянии в несколько километров. Здесь нам помогут направленные антенны типа «волновой канал» и панельные патч-антенны. Эти антенны имеют отличные приемные характеристики в рабочем диапазоне и помогут наладить стабильную связь в условиях слабого приема сигнала (конечно, если он есть вообще).

Современные сети 2-4 поколений используют широкий диапазон частот: от 800 до 2700 МГц, который перекрыть одной направленной антенной с одинаковыми параметрами во всей рабочей полосе очень сложно, но этого и не надо. Нужно лишь правильно выбрать антенну под свою ситуацию, понимая, что если у вас 3G-антенна, то она не поможет, если вы захотите поймать WiFi-сеть или, например, сеть LTE-2600.

Стоит уточнить: из-за специфики частотного распределения, в России есть участки диапазонов, в которых размещены сети разных поколений (принцип технологической нейтральности), как например GSM 1800 (2G) и LTE 1800 (4G), для которых подойдет одна и та же антенна на 1800 МГц, но таких примеров немного.

Рис. 3 — 3G/4G/WiFi панельная антенна «Flat Combi»

Когда нужнее панельная антенна, а когда необходима антенна типа ’’волновой канал’’? У панельной антенны (Пример на Рис.3) широкий рабочий диапазон частот и её проще настроить на базовую станцию. Антенна «Волновой канал» (Пример на Рис.4) более узкополосная — обычно они хорошо работают в одном диапазоне (2G, 3G, 4G), но имеют большее усиление. Панельные антенны менее подвержены механическим повреждениям и «атакам ворон» в виду своей обтекаемой формы. А «волновые каналы», благодаря своей узкополосности менее подвержены наводкам и помехам от других источников сигнала, что положительно сказывается на отношении S/N. Антенны комплектуются разъемами SMA, N или FME, поэтому чтобы подключить их к модему, надо использовать переходник на CRC-9 или TS-9 разъем, в зависимости от модема.

Теперь обсудим расположение наружных антенн. В сетях 3G используется вертикальная поляризация, антенны следует располагать элементами перпендикулярно земле. Об этом написано в паспорте продукта и на сайтах производителей, но не все читают инструкции, поэтому нередко устанавливают связные антенны, как традиционные телевизионные — горизонтально. Результат — антенна в таком положении или вовсе не работает, или почти не работает.

Стандарт 4G/LTE имеет другую поляризацию. Для лучшего приёма антенну стоит располагать под углом 45 градусов к горизонту.

Вопрос: Поддерживают ли подобные антенны технологию MiMo ?

Ответ: Поддерживают. Для работы с технологией MiMo вам понадобятся 2 антенны. Например, для поддержки LTE MiMo рекомендуем использовать 2 волновых канала, расположенных под углами +45 и −45 градусов к горизонту.

Рис. 4 — Антенна «волновой канал» для 4G сетей «Рысь 4G»

Выбирая антенну, определитесь с тем, какой именно сигнал хотите усилить. Для наглядности мы приведем сводную таблицу с характеристиками рассматриваемых антенн:

Многие жители нашей страны живут в частных домах далеко от цивилизации. Кроме свежего воздуха и отсутствия шума они в довесок получают множество бытовых сложностей. Одна из возможных проблем - плохой сигнал сотовой сети, что может привести к недоступности или плохом доступе в сеть интернет. Одним из самих простых способов улучшения ситуации служит покупка USB-модема с внешней антенной. И часто возникает вопрос: зачем в LTE модеме сразу 2 порта, почему антенна для LTE имеет 2 входа и нужны ли 2 кабеля для их соединения?

Зачем в 4G USB модеме сразу 2 порта и нужны ли 2 антенны? Зачем в 4G USB модеме сразу 2 порта и нужны ли 2 антенны?

Ответ кроется в работе технологии MIMO . Её работа заключается в том, что сигнал на передачу распределяется на 2 потока. Каждый из них кодируется отдельно от другого и передаётся в эфир через свою антенну. На приёмной стороне также устанавливаются две антенны, которые принимают немного разные копии этих сигналов. Эта функция называется разнесённым приёмом. Её работа основана на том, что в разных точках пространства и под разными углами сила и качество сигнала немного другие.

В итоге мы получаем систему с двумя входами и двумя выходами, что по английский звучит Multiple Input Multiple Output или сокращённо MIMO. Если на приёмной и передающей стороне по 2 антенны, то это будет режим 2x2 - самый распространённый и легкореализуемый на практике. Но даже в этом случае скорость передачи данных может быть увеличена более чем в 1,5 раза! Также улучшается и уровень сигнала на приёмной стороне.

Именно для работы функции MIMO и нужны 2 порта на USB-модеме. Точно также вы могли встречать антенны для 4G - LTE с 2-мя портами. Иногда их так и называют MIMO-антенны. Но работать эта технология в полную силу будет лишь когда соединены 2 выхода антенны с 2-мя входами USB-модема отдельными кабелями.

MIMO антенна имеет 2 входа для раздельной передачи к приёмнику двух копий сигнала MIMO антенна имеет 2 входа для раздельной передачи к приёмнику двух копий сигнала

А что будет если подключить такую антенну лишь одним кабелем или на USB-модеме вообще отсутствует второй порт? В этом случае работа также будет возможна, но со сниженными характеристиками. В этом случае мы получим систему Multiple Input Single Output - MISO . Если на стороне оператора используется две антенны на передачу, а в модеме 1 порт на приём, то выходит комбинация 2x1.

Передавать и получать данные в этом случае также возможно, но уровень сигнала и скорость передачи данных будут ниже. Поэтому при покупке оборудования обращайте на это внимание. MIMO USB-модемы дороже, но в сложных условиях они дадут лучший эффект:

И если вы планируете покупку внешней антенны, то сразу стоит брать антенну MIMO и покупать комплект из двух кабелей с разъёмами для их включения.

Мы проверяем наличие Wi-Fi, как только окажемся дома, на работе, в ресторане, в аэропорту, в отеле… И, подключившись к беспроводной сети, никто не хочет ждать дольше пары секунд, пока обновится страница в Facebook или скачается электронная почта. Но скорость Wi-Fi порою оставляет желать лучшего, особенно если вы сидите не у себя дома, а в переполненном кафе, офисе или аэропорту. Причина такой неприятности — SU-MIMO, технология однопользовательской передачи данных. В современных роутерах ей на смену приходит более прогрессивная MU-MIMO.

SU-MIMO и MU-MIMO: чем они различаются?

MIMO расшифровывается как multiple input, multiple output — «множественный ввод, множественный вывод». Это метод пространственного кодирования сигнала, использующий систему с множеством каналов передачи и приема данных.

В зависимости от количества пользователей, в адрес которых осуществляется одновременная передача данных, существует два типа MIMO:

SU-MIMO: однопользовательские системы MIMO (Single User MIMO)
MU-MIMO: многопользовательские системы MIMO (Multi User MIMO)

Сейчас в сетях Wi-Fi традиционно используется технология, при которой подключение к точке доступа происходит последовательно, и в определенный отрезок времени все потоки данных адресованы одному пользователю: пока его устройство отправляет или получает данные, остальные скромно ждут своей очереди. Это похоже на получение обеда в столовой: стоя в очереди, вы видите повара на раздаче, но впереди ещё два десятка коллег, и ваша порция достанется вам только после того, как обслужат стоящих перед вами людей. С Wi-Fi в случае SU-MIMO история аналогичная: из-за задержки на ожидание очереди скорость обмена данными снижается, и, даже находясь дома в зоне стабильного приёма, телефон или планшет не всегда подключается к сети мгновенно или долго загружает страницы.

Зачем вообще что-то менять, если и так всё хорошо?

«Но мы же нормально жили с существующими технологиями Wi-Fi», — скажете вы. Что ж, вот вам парочка интересных фактов. Большинство пользователей обновляют домашний роутер раз в 3–5 лет. Для мира технологий это эквивалентно 30–50 годам! Например, пять лет назад почти никто даже не думал об Интернете вещей или «умном доме».

Объёмы мобильного трафика непрерывно растут: например, в США каждый год среднестатистическая семья добавляет к домашней сети Wi-Fi три подключенных устройства, а к 2022 году, с наступлением эры Интернета вещей, таких устройств в каждом домовладении будет до 50!

Получается, что и число подключенных устройств, и количество данных, которые мы потребляем, растёт ускоряющимися темпами. Если вы купили роутер пять лет назад, то скорее всего он с трудом справляется даже с существующими нагрузками. Чтобы идти в ногу со временем — не только сегодня, но и в ближайшие несколько лет, лучше перейти на роутер с технологией MU-MIMO. Такой роутер обеспечит передачу данных между множеством устройств одновременно без потери скорости и качества подключения. Даже наоборот, скорость обслуживания подключённых устройств повысится. Беспроводные модули в ваших многочисленных домашних устройствах не будет «топтаться», переминаясь с ноги на ногу, в ожидании своей очереди, он не будет тратить энергию на отправку роутеру запросов на подключение, а значит, сможет работать дольше от одной зарядки.

Как я опознаю роутер с МU-MIMO?

Роутер с поддержкой MU-MIMO визуально отличается бОльшим количеством передающих и принимающих антенн, из-за чего похож на ёжика. Многочисленные антенны как раз и нужны для одновременного обслуживания нескольких устройств без потери скорости.

IoT дружит с MU-MIMO?

В обозримом, а точнее даже скором будущем Интернет вещей (IoT) станет обыденностью. Технология SU-MIMO не позволит эффективно и быстро подключать множество устройств, которые постоянно обмениваются данными с Сетью.

А роутер с MU-MIMO сможет обеспечить достаточную пропускную способность для большого количества подключенных устройств: смартфонов, медиаплееров, смарт-телевизоров, планшетов, игровых ПК и другой умной техники — вплоть до стиральных машин, холодильников, мультиварок. Даже если вся техника и все члены семьи будут одновременно пользоваться Wi-Fi, качество соединения не пострадает.

За что вы полюбите MU-MIMO

Бесперебойная потоковая передача данных: скорость Wi-Fi до 2,53 Гбит/с.
Увеличение радиуса действия: можно из любой комнаты, не задумываясь о потере сигнала, одновременно просматривать страницу онлайн-магазина, отправлять электронную почту и управлять настройкой самого роутера со смартфона.
Технология формирования направленного сигнала (Beamforming technology) обеспечивает охват всей площади дома при повышенной мощности сигнала и достаточном покрытии для каждого мобильного устройства.
Онлайн-игры и потоковые трансляции в высоком разрешении без «подтормаживания».
Одновременное подключение к Wi-Fi большого числа устройств.

Роутеры, в которых реализована эта технология, стали появляться не так давно и на рынке их пока немного. Но когда придет время обновляться, предпочтительно выбирать модель с поддержкой MU-MIMO — такой роутер не устареет морально в ближайшие годы.

SU-MIMO и MU-MIMO: чем они различаются?

SU-MIMO: однопользовательские системы MIMO (Single User MIMO)
MU-MIMO: многопользовательские системы MIMO (Multi User MIMO)

Зачем вообще что-то менять, если и так всё хорошо?

Как я опознаю роутер с МU-MIMO?

IoT дружит с MU-MIMO?

За что вы полюбите MU-MIMO

Бесперебойная потоковая передача данных: скорость Wi-Fi до 2,53 Гбит/с.
Увеличение радиуса действия: можно из любой комнаты, не задумываясь о потере сигнала, одновременно просматривать страницу онлайн-магазина, отправлять электронную почту и управлять настройкой самого роутера со смартфона.
Технология формирования направленного сигнала (Beamforming technology) обеспечивает охват всей площади дома при повышенной мощности сигнала и достаточном покрытии для каждого мобильного устройства.
Онлайн-игры и потоковые трансляции в высоком разрешении без «подтормаживания».
Одновременное подключение к Wi-Fi большого числа устройств.

Читайте также: