A MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) egy olyan technológia, amely több antennát használ jelek küldésére és fogadására a vezeték nélküli kommunikáció területén. A MIMO technológiát elsősorban a Wi-Fi (WiFi) és a mobilkommunikáció területén használják, amely hatékonyan javíthatja a rendszer kapacitását, lefedettségét és jel-zaj arányát. Általánosságban elmondható, hogy az M×N MIMO azt jelenti, hogy M antenna van a küldő oldalon és N antenna a vevő oldalon.
A SISO-tól a MIMO-ig
SISO (Single-Input Single-Output)
A MIMO bemutatása előtt el kell magyaráznunk, mi az a SISO. A SISO egyetlen küldés és fogadás, egy bemeneti és egy kimeneti rendszer, az adóantenna és a vevőantenna közötti út egyedi, az átvitel 1 jelből áll. A vezeték nélküli rendszerekben minden jelet térbeli adatfolyamként határozunk meg.
Mivel az adó és a vevő antenna közötti út egyedi, egy ilyen átviteli rendszer megbízhatatlan és az átviteli sebesség korlátozott.
SIMO (egy bemenetes több kimenet)
A SISO megbízhatatlanságának és korlátozott helyzetének megváltoztatása érdekében a terminálon antennát helyeznek el, hogy a vevőoldal egyszerre két jelet tudjon fogadni, azaz egyszeri küldést és többet fogadni. Egy ilyen átviteli rendszer egy bemeneti több kimenet, azaz SIMO.
Bár két jel van, a két jelet ugyanarról az adóantennáról küldik, így a küldött adatok ugyanazok, és az átvitel továbbra is csak egy jel. Ily módon nem számít, ha az egyik jel egy része elveszik, mindaddig, amíg a terminál teljes adatot tud fogadni a másik jelből. Bár a maximális kapacitás még mindig egy út, a megbízhatóság megduplázódik. Ezt a megközelítést vételi sokféleségnek nevezik.
MISO (több bemenetes egykimenet)
Ha megváltoztatjuk a gondolkodásmódunkat, mi történne, ha az adóantennák számát kettőre növelnénk, a vevőantennák számát pedig egyre tartanánk?
Mivel csak egy vevőantenna van, a két utat végül egybe kell kapcsolni, ami oda vezet, hogy az adóantenna csak ugyanazt az adatot tudja küldeni, és az adás továbbra is csak egy jel. Ez tulajdonképpen ugyanazt a hatást érheti el, mint a SIMO, az átviteli rendszert több bemenetű egy kimenetnek vagy MISO-nak hívják. Ezt a módszert emissziós diverzitásnak is nevezik.
MIMO (több bemenet, több kimenet)
Ha az adó-vevő antennáját egyszerre kettőre növeljük, lehetséges-e egymástól függetlenül két jelet küldeni és megduplázni a sebességet? A válasz igen, mert a SIMO és MISO korábbi elemzése alapján az átviteli kapacitás mindkét oldalon az antennák számától függ. És ez a több vevőből álló többszörös átviteli rendszer a MIMO.
A MIMO technológia lehetővé teszi, hogy több antenna egyszerre több jelet küldjön és fogadjon, és meg tudja különböztetni a különböző térbeli irányultságokból küldött jeleket. A térosztásos multiplexelés és a térdiverzitás technológia révén a rendszer kapacitása, lefedettsége és jel-zaj aránya javítható a sávszélesség-fogyasztás növelése nélkül.
Melyek a MIMO típusai?
A MIMO egy olyan technológia, amely több antennát használ a jelek küldésére és fogadására, eredetileg egyetlen felhasználónak történő adatátvitelre használták. A többfelhasználós átviteli technológia fejlődésével azonban számos többfelhasználós MIMO technológia jelent meg a MIMO alapján. A megkülönböztetés megkönnyítése érdekében az egyfelhasználós MIMO-t SU-MIMO-nak (single-user MIMO) hívják. A többfelhasználós MIMO technológia főként a következő típusokat tartalmazza.
MU-MIMO (többfelhasználós MIMO): Lehetővé teszi, hogy az adó egyidejűleg több felhasználóhoz továbbítson adatokat. A Wi-Fi 5 szabvány elkezdte támogatni a MU-MIMO-t 4 felhasználó számára, a Wi-Fi 6 szabvány pedig 8-ra növelte a felhasználók számát.
CO-MIMO (együttműködő MIMO): Több vezeték nélküli eszközt egy virtuális többantennás rendszerré alakítanak ki, hogy megvalósítsák az egyidejű adatátvitelt a szomszédos átviteli eszközök és több felhasználó között.
Masszív MIMO: A nagyszabású antennatechnológia jelentősen javítja az antennák számát, a hagyományos MIMO általában 2-8 antennát használ, míg a Massive MIMO elérheti a 64/128/256 antennát. Nagymértékben javíthatja a rendszer kapacitását és az átviteli hatékonyságot, és az 5G mobilkommunikáció kulcsfontosságú technológiája.
Általánosságban elmondható, hogy a többfelhasználós MIMO technológia a MIMO technológiához sorolható, de amikor a MIMO-ra hivatkozunk, akkor általában a hagyományos MIMO koncepcióra utalunk, nevezetesen a SU-MIMO-ra.
Hogyan működik a MIMO Wi-Fi-n?
A Wi-Fi területén a MIMO technológiát a Wi-Fi 4 (802.11n) szabványtól kezdve vezették be. A MIMO főként két kulcstechnológiát használ: a térdiverzitást és a térosztásos multiplexelést. Legyen szó diverzitástechnológiáról vagy multiplexelési technológiáról, ez egy olyan technológia, amely egy adatot több adattá alakít, amelyek a tér-idő kódolási technológiához sorolhatók.
A tér sokszínűsége
A térbeli diverzitás technológia ötlete abban áll, hogy ugyanabból az adatfolyamból különböző változatokat készítsenek, ezeket különböző antennákban kódolják és modulálják, majd továbbítsák. Ez az adatfolyam lehet az eredeti küldendő adatfolyam, vagy lehet az eredeti adatfolyam bizonyos matematikai átalakítása után létrejött új adatfolyam. A vevő a térkiegyenlítő segítségével szétválasztja a vett jelet, majd demodulálja és dekódolja, majd kombinálja ugyanannak az adatfolyamnak a különböző vett jeleit, hogy visszaállítsa az eredeti jelet. A térbeli diverzitás technológia megbízhatóbb adatátvitelt tesz lehetővé.
A térbeli diverzitás hatékonyan javítja az adatátvitel megbízhatóságát, és olyan forgatókönyvekre vonatkozik, ahol az átviteli távolság nagy, és a sebesség nem magas.
Térosztásos multiplexelés
A térosztásos multiplexelési technológia azt jelenti, hogy a továbbítandó adatokat több adatfolyamra osztják, amelyeket különböző antennák kódolnak és modulálnak, majd továbbítanak a rendszer átviteli sebességének javítása érdekében. Az antennák egymástól függetlenek, egy antenna egy független csatornának felel meg, a vevő térkiegyenlítővel választja el a vett jelet, majd demodulálva, dekódolva több adatfolyamot összevonva visszaállítja az eredeti jelet.
A térosztásos multiplexelés hatékonyan javítja az adatátviteli sebességet, és alkalmas rövid átviteli távolságú és nagy sebességű forgatókönyvekre.
Mi az M×N MIMO?
A WLAN-termékek specifikációiban általában egy M×N MIMO jelzőt látni, amit MTNR-nek is írnak, mit jelent ez a jelző? Valójában a MIMO antennák számát jelöli, M a küldő oldalon lévő antennák számát, N pedig a vevőoldali antennák számát. Például a 4×3 MIMO azt jelenti, hogy négy antenna ad és három antenna fogad.
A legtöbb otthoni vezeték nélküli router a piacon több antennát is lát, egy antenna gyakran támogatja a vételt és a küldést, így egyszerűen az antennák száma alapján ítélheti meg, az antennák száma M és N értéke. egy 4 antennás vezeték nélküli router 4x4 MIMO-nak tekinthető, természetesen a konkrét termékleírás az irányadó. Minél több antenna van, annál nagyobb a teljesítmény, annál drágább az ár.
Egy MIMO rendszerben, ha a vevő és vevő antennák száma nem egyenlő, a továbbítható térbeli adatfolyamok száma kisebb vagy egyenlő, mint a vevő/küldő oldalon lévő kisebb antennák száma. Például egy 4×4-es (4T4R) MIMO-rendszer négy vagy kevesebb térbeli adatfolyamot tud továbbítani, míg a 3×2-es (3T2R) MIMO-rendszer két vagy egy térbeli adatfolyamot tud továbbítani.
A gyakorlati alkalmazásokban az aps általában több antennával rendelkezik, 4 antennától 16 antennáig, de a terminálok (például mobiltelefonok) általában csak 1-2 antennával rendelkeznek. Még ha az antennatechnológia folyamatosan fejlődik is, de a végtermék mérete korlátozza, még ha 1-2 antenna befogadására is képes, akkor is jóval kevesebb, mint az AP antennáinak száma, ami azt jelenti, hogy a térbeli A továbbítható streameket a terminál korlátozza, ami azt eredményezi, hogy a térbeli streamek számának növekedési üteme nem élvezhető teljes mértékben, ami az antenna erőforrásainak pazarlását eredményezi. AP. Szerencsére megjelent a többfelhasználós MIMO technológia, amely megoldotta ezt a problémát, például a MU-MIMO, amely lehetővé teszi, hogy egy AP egyszerre több terminállal is továbbítson jeleket, és a több terminál antennáinak száma megegyezik a AP antennáit, hogy az AP képessége teljes mértékben lejátszható legyen.
