Cambium MU-MIMO

Dziś na stół bierzemy sprzęt od Cambium Networks, o którym ostatnio głośnio na rynku ze względu na technologię Elevate, a mianowicie stację bazową ePMP3000. Otrzymaliśmy do testów model w wersji „full wypas”, czyli bazę wspierającą technologię 4x4 Multi User MIMO (MUMIMO). Celem naszego testu jest sprawdzenie czy technologia MUMIMO, którą od kilku lat propaguje Cambium, rzeczywiście pozwala wycisnąć z technologii AC wave 2 więcej niż udało się konkurencji stosując rozwiązania AC wave 1.

ePMP3000 to punkt dostępowy wykonany w technologii 802.11 AC wave 2, który może jednocześnie obsługiwać końcówki klienckie 802.11ac wave 2 oraz 802.11n. Pozwala to na łagodny, stopniowy upgrade sieci z technologii N (Cambium, UBNT, Mikrotik) do technologii AC wave 2 ze wsparciem dla MUMIMO. Nasze testowanie szczęśliwie zbiegło się z pojawieniem się w ofercie Cambium pierwszej niskobudżetowej jednostki klienckiej AC wave 2, a mianowicie Force300-13L, których to oczywiście użyjemy do naszych testów.

Niby o gustach się nie dyskutuje, ale wizualnie wydaje nam się, że konkurencja radzi sobie nieznacznie lepiej… Prawda jest jednak taka, że to nie konkurs piękności, a trwałości oraz wydajności. Sprzęt jest solidnie zapakowany i robi bardzo pozytywne wrażenie. Trzyletnia gwarancja producenta utwierdza nas w przekonaniu, że to jest dobra inwestycja. Naszą szczególną uwagę zwraca antena sektorowa, która wraz z uchwytami montażowymi waży ponad 7kg! W każdym pudełku znajduje się zasilacz, przewód zasilający oraz uchwyty montażowe.

Symulowaliśmy ruch ściągania danych TCP przy użyciu aplikacji iperf 3.1.3 z wykorzystaniem 3 niezależnych komputerów (3 laptopy z Windows 10). Sprzęt rozstawiliśmy w dość ciasnym pokoju, co okazało się wielkim wyzwaniem dla MUMIMO. Tak jak technologia MIMO potrafi skorzystać z odbić sygnału, to w przypadku MUMIMO odbicia są dużym wyzwaniem.

Po długich próbach udało nam się znaleźć takie pozycje dla końcówek klienckich, żeby włączył się tryb MUMIMO. Według zapewnień producenta przy instalacjach zewnętrznych nie ma problemu z soundingiem, gdyż nie występują wielokrotne odbicia sygnału z 4 anten nadawczych stacji bazowej. Na liście urządzeń klienckich podłączonych do stacji bazowej można podejrzeć, które z urządzeń mogą skorzystać z technologii MUMIMO. Taka końcówka ma wartość > 0 w kolumnie Groupable SMs.

Nasze testy wykonaliśmy dla kanału 20MHz oraz 40MHz. Odpuściliśmy sobie testowanie 80MHz, gdyż naszym zdaniem mało logiczne jest używanie takiej wielkości kanału dla zastosowań punkt-wielopunkt w większości lokalizacji (choć oczywiście znajdziemy wyjątki). Sprzęt ustawiliśmy w konfiguracji TDD 75:25 z synchronizacją GPS. Podział 75:25 oznacza, że 75% czasu stacji bazowej zarezerwowane jest dla transmisji w kierunku „do klienta” – czyli ściąganie danych klienta (download), a 25% czasu bazy zarezerwowane jest dla transmisji „od klienta” – czyli wysyłanie danych klienta (upload).

Test przeprowadziliśmy w opisany poniżej sposób:

• Transmisja tylko z PC3 do PC1 (60 sekund, jedna sesja TCP) = ~125Mbps (iperf: 122Mbps)
• Transmisja tylko z PC3 do PC2 (60 sekund, jedna sesja TCP) = ~125Mbps (iperf: 122Mbps)
• Jednoczesna transmisja z PC3 do PC1 oraz do PC2 (120 sekund, po jednej sesji do każdego PC = ~252Mbps (iperf: 2x123Mbps)

Identycznie jak dla 20MHz przeprowadziliśmy test dla 40MHz:

• Transmisja tylko z PC3 do PC1 (60 sekund, jedna sesja TCP) = ~250Mbps (iperf: 246Mbps)
• Transmisja tylko z PC3 do PC2 (60 sekund, jedna sesja TCP) = ~250Mbps (iperf: 246Mbps)
• Jednoczesna transmisja z PC3 do PC1 oraz do PC2 (120 sekund, po jednej sesji do każdego PC = ~400Mbps (iperf: 2x196Mbps)

Okazuje się, że technologia MUMIMO promowana przez Cambium naprawdę działa! Muszę przyznać, że to niecodzienny widok patrzeć jak dołączenie do transmisji kolejnego klienta, zamiast spowodować spadek wydajności bazy powoduje jej podwojenie! Nasze testy udowodniły 100% zysk pasma (pełne podwojenie!) dla kanału 20MHz. Dla kanału 40MHz był to już tylko sześćdziesięcioprocentowy wzrost. Zwróciliśmy się do lokalnego przedstawiciela Cambium o komentarz w tej sprawie i dowiedzieliśmy się, że dalsza optymalizacja kodu stacji bazowej będzie prowadzona w kierunku stopniowego zwiększania zysku MUMIMO dla kanałów powyżej 20MHz. Ważne jest, aby zrozumieć, że MUMIMO to nie podwójna prędkość dla klienta tylko podwójna pojemność bazy, a to przekłada się na wielkości pakietów oferowanych klientom. Wzrost pojemności dzięki MUMIMO ma dodatkowe atuty, których nie sposób pominąć. Po pierwsze zysk pojemności następuje bez zwiększenia kanału, a po drugie nie wymaga zwiększania jakości sygnału jak to ma miejsc w przypadku systemów z wyższymi modulacjami. Oznacza to, że jeśli dzisiaj z bazy osiągamy 100-150Mbps, to przez zastosowanie końcówek wspierających MUMIMO uzyskamy 200-300Mbps bez zmiany kanału. Nie skupialiśmy się na testowaniu kierunku od klienta, ale przy naszym testowym ustawieniu TDD=75:25, uzyskaliśmy ~35Mbps dla kanału 20MHz oraz ~75Mbps dla kanału 40MHz. Wydajność widmowa pojedynczego sektora pracującego w kanale 20MHz, z końcówkami AC wave 2, przy MUMIMO wynosi więc: (250+35)Mbps / 20MHz = 14.25 bit/s/Hz, co przy zastosowaniu synchronizacji GPS oraz użyciu tej samej częstotliwości w przeciwnych kierunkach czterosektorowej stacji bazowej daje nam wynik 28.5 bit/s/Hz!