Mimo och beamforming

Innehåll
 

För att överföra data på radio krävs god radioförbindelse, få fel, lite brus och en kännedom om radiokanalens egenheter. Det uppenbara sättet att komma runt detta med brute force, att öka signalstyrkan, är för det mesta varken lämpligt eller tillåtet. Istället gäller det att vara smart. Radioenergi har man inte så gott om, så det är dumt att slösa den blint åt alla håll. Dels förblir det mesta av den outnyttjad, dels kan den störa andra brukare intill. Kunde man forma radiostrålen från en accesspunkt så att den pekade som en strålkastare rakt på den bärbara enheten vore mycket vunnet. Energin från en trådlös nod ska inte slösas på blomkrukor och stolsben i onödan. Tänk dessutom på den nya trenden med trådlösa enheter som kan suga upp radioenergin och använda den till att driva annan elektronik med. Varför bidra till sådant?

Världen är full av störningar. Elaka mikrovågsugnar och trådlösa telefoner som inte är 802.11-medvetna, som ställer till det på wifi-banden. Klienterna måste konkurrera med störningarna och när en dator känner en störning på bandet, håller den tillbaka sin egen sändning, med lägre överföringshastighet som resultat. Med ordentligt riktbara antenner är det möjligt att vända störningarna ryggen, att skärma av dem och inte störas av dem. Det är vad som sker i riktantennens baklob.

Andra förbättringar handlar om att utnyttja tilldelat spektrum maximalt, det vill säga åstadkomma maximal spektral verkningsgrad. Har man fått en kanal tilldelad ska man fylla ut den med data ända ut i hörnen. En spektrumanalys ska visa ett fyrkantigt block av bärvågor, inte någon slapp gausskurva som vid fasskiftmodulation.

Spektrum för en tetra-bärvåg med QAM-modulation, så kallad brick-wall som fyller ut kanalen maximalt.

Bärvågen ges ett fyrkantigt utseende (brick-wall-spektrum) genom QAM-modulation, en modulationstyp avsedd enbart för digital information. QAM-bärvågen kan göras olika komplex och ju högre QAM-nivåer man väljer, desto fyrkantigare spektrum. Egentligen är det en hel massa smala bärvågor som staplas bredvid varandra, ju fler, desto fyrkantigare slutresultat. Men desto känsligare blir systemet. Med bättre förhållanden, kan flera QAM-nivåer användas och mimo provar hela tiden hur hög QAM-nivå som kan användas. Läs mer om spektral verkningsgrad.

Men det finns smartare metoder än så. Man kan dela upp dataströmmen i flera delströmmar, oftast tre, och sända på varsin antenn. De olika delströmmarna kan nå mottagaren från olika håll. Om mottagaren har flera antenner kan den lyssna på flera dataströmmar samtidigt. Kan man rikta mottagarantennen så att den bara hör sändaren och inte bryr sig om störningar och brus från omgivningen kan man förbättra mottagningen ytterligare. Det är det som är mimo, Multiple Input Multiple Output. Metoden används inte bara i datornät utan är en egenskap hos både lte och 3g-telefoni, såväl som i Wimax-nät.

Det ska erkännas att mimo är lite magiskt, även för en van radiotekniker. I mimo har man plockat ihop allt det gottaste radiotekniken av idag har att erbjuda, både i form av märkligt utformade elektroniskt omkopplingsbara stripline-antenner, de mest avancerade modulationsmetoderna och en möjlighet att dra nytta av det som annars bara anses störande, som interferens och flervägsutbredning.

Radiogrunder

Varken mimo eller något annat trådlöst system fungerar tillfredsställande om inte de grundläggande kriterierna för radiovågors utbredning är uppfyllda. I stort sett handlar det om att ge radiovågen en sportslig chans att nå fram och inte ha saker (folk, hus, jordskorpa, stålverk) i vägen.

Sektorantenner för stordistribution utomhus. Bild: Cisco.

Sten dämpar radiovågor genom absorption, dvs gör om vågen till värme. En bra tumregel är att en radiovåg inte kan tränga djupare in i sten (berg, betong, tegel) än en halv våglängd. Därför når mellanvågen, med ungefär 200 meters vågländ, åtminstone ibland, ned i tunnelbanan, medan mikrovågor med 12 centimeters våglängd knappt går igenom en husvägg.

Metall är ledande och därmed förödande. Det kortsluter radiovågen och bildar en spegel som reflekterar bort vågen. Rum inneslutna i metall är tysta i radiohänseende och brukar kallas för Faradays burar. Det kan vara önskvärt, eller inte. Takplattor i innertaket med aluminiumfolie som brandskydd är därför mindre lyckade i hus med trådlöst nätverk. Det kan också finnas plåt inuti en vägg, utan att det syns. Delvis kortslutna rum, med till exempel ett helsvetsat nät av armeringsjärn i väggen släpper inte in vågor med en halv våglängd som är längre än delningen i armeringen. Jämför vågfällorna i form av metallgaller i en mikrovågsugn. Det går att se igenom, men radioenergin kommer inte ut. Kortare våglängder än delningen dämpas visserligen också, men inte så mycket.

Metall i omgivningen stör radiostrålningen och får den fint formade radiostrålen att byta skepnad eller studsa åt fel håll. Se till att det är metall-fritt i närheten av sändaren, minst tio våglängder åt alla håll.

Fartyg tenderar att vara gjorda av metall och däcken och skotten släpper inte igenom radiovågor.