MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) on tehnoloogia, mis kasutab raadioside valdkonnas signaalide saatmiseks ja vastuvõtmiseks mitut antenni. MIMO-tehnoloogiat kasutatakse peamiselt Wi-Fi (WiFi) ja mobiilside valdkonnas, mis võib tõhusalt parandada süsteemi mahtu, leviala ja signaali-müra suhet. Üldiselt tähendab M×N MIMO seda, et saatvas otsas on M antenni ja vastuvõtuotsas N antenni.
SISO-st MIMO-sse
SISO (ühe sisendiga ühe väljundiga)
Enne MIMO tutvustamist peame selgitama, mis on SISO. SISO on ühekordne saatmine ja vastuvõtmine, ühe sisendi ja ühe väljundiga süsteem, tee saateantenni ja vastuvõtuantenni vahel on ainulaadne ning edastamine on 1 signaal. Traadita süsteemides määratleme iga signaali ruumilise voona.
Kuna saate- ja vastuvõtuantennide vaheline tee on ainulaadne, on selline edastussüsteem ebausaldusväärne ja edastuskiirus piiratud.
SIMO (ühe sisendiga mitu väljundit)
SISO ebausaldusväärsuse ja piiratud olukorra muutmiseks lisatakse terminali antenn, et vastuvõtuots saaks korraga vastu võtta kahte signaali ehk ühekordselt saata ja rohkem vastu võtta. Selline edastussüsteem on ühe sisendiga mitu väljundit, see tähendab SIMO.
Kuigi signaale on kaks, saadetakse need kaks signaali samast saateantennist, seega on saadetud andmed samad ja edastamine on siiski ainult üks signaal. Sel viisil pole vahet, kui osa ühest signaalist kaob, kui terminal suudab teisest signaalist täielikud andmed vastu võtta. Kuigi maksimaalne võimsus on endiselt üks tee, on töökindlus kahekordistunud. Seda lähenemist nimetatakse vastuvõtu mitmekesisuseks.
MISO (mitme sisendiga ühe väljundiga)
Kui me muudame oma mõtteviisi, mis juhtuks, kui suurendaksime saateantennide arvu kahele ja säilitaksime vastuvõtuantennide arvu ühele?
Kuna vastuvõtuantenne on ainult üks, tuleb need kaks teed lõpuks üheks ühendada, mis viib selleni, et saateantenn saab saata ainult samu andmeid ja edastamine on ikkagi ainult üks signaal. See võib tegelikult saavutada sama efekti kui SIMO, edastussüsteemi nimetatakse mitme sisendiga ühe väljundiga või MISO-ks. Seda meetodit nimetatakse ka emissioonide mitmekesisuseks.
MIMO (mitme sisendiga mitu väljundit)
Kui transiiveri antenni suurendada korraga kahele, kas on võimalik iseseisvalt saata kahte signaali ja kahekordistada kiirust? Vastus on jah, sest eelmisest SIMO ja MISO analüüsist selgub, et edastusvõimsus sõltub mõlema poole antennide arvust. Ja see mitme vastuvõtjaga mitme edastuse süsteem on MIMO.
MIMO-tehnoloogia võimaldab mitmel antennil korraga saata ja vastu võtta mitut signaali ning eristada signaale, mis on saadetud erinevatest ruumiorientatsioonidest. Ruumijaotuse multipleksimise ja ruumi mitmekesisuse tehnoloogia abil saab süsteemi võimsust, leviala ja signaali-müra suhet parandada ilma ribalaiuse tarbimist suurendamata.
Millised on MIMO tüübid?
MIMO on tehnoloogia, mis kasutab signaalide saatmiseks ja vastuvõtmiseks mitut antenni, mida algselt kasutati andmete edastamiseks ühele kasutajale. Mitme kasutajaga edastustehnoloogia arenedes on aga MIMO baasil tekkinud mitmesugused mitme kasutajaga MIMO tehnoloogiad. Eristamise hõlbustamiseks nimetatakse ühe kasutaja MIMO-d SU-MIMO-ks (ühe kasutaja MIMO). Mitme kasutajaga MIMO-tehnoloogia hõlmab peamiselt järgmisi tüüpe.
MU-MIMO (mitme kasutaja MIMO): Võimaldab saatjal edastada andmeid korraga mitmele kasutajale. Wi-Fi 5 standard hakkas MU-MIMO-d toetama 4 kasutaja jaoks ja Wi-Fi 6 standard suurendas kasutajate arvu 8-ni.
CO-MIMO (ühistu MIMO): Mitu traadita seadet moodustatakse virtuaalseks mitme antenni süsteemiks, et teostada samaaegset andmete edastamist külgnevate edastusseadmete ja mitme kasutaja vahel.
Massiivne MIMO: Suuremahuline antennitehnoloogia parandab oluliselt antennide arvu, traditsiooniline MIMO kasutab tavaliselt 2 kuni 8 antenni, samas kui massiivne MIMO võib ulatuda 64/128/256 antennini. See võib oluliselt parandada süsteemi läbilaskevõimet ja edastustõhusust ning on 5G mobiilside võtmetehnoloogia.
Laias laastus võib mitme kasutajaga MIMO-tehnoloogia liigitada MIMO-tehnoloogia alla, kuid MIMO-le viitades viitame tavaliselt traditsioonilisele MIMO-kontseptsioonile, nimelt SU-MIMO-le.
Kuidas MIMO WiFi-s töötab?
Wi-Fi valdkonnas on kasutusele võetud MIMO tehnoloogia alates Wi-Fi 4 (802.11n) standardist. MIMO kasutab peamiselt kahte võtmetehnoloogiat: ruumi mitmekesisus ja ruumijaotuse multipleksimine. Olenemata sellest, kas tegemist on mitmekesisustehnoloogia või multipleksimistehnoloogiaga, on see tehnoloogia, mis muudab ühe andmed mitmeks andmeks, mida võib liigitada aegruumi kodeerimistehnoloogiaks.
Ruumi mitmekesisus
Ruumilise mitmekesisuse tehnoloogia idee on teha samast andmevoost erinevad versioonid, kodeerida ja moduleerida need erinevates antennides ning seejärel edastada. See andmevoog võib olla saadetav algne andmevoog või uus andmevoog, mis on moodustatud pärast esialgse andmevoo teatud matemaatilist teisendamist. Vastuvõtja kasutab ruumi ekvalaiserit vastuvõetud signaali eraldamiseks, seejärel demoduleerimiseks ja dekodeerimiseks ning sama andmevoo erinevate vastuvõetud signaalide kombineerimiseks algse signaali taastamiseks. Ruumilise mitmekesisuse tehnoloogia võimaldab usaldusväärsemat andmeedastust.
Ruumiline mitmekesisus parandab tõhusalt andmeedastuse usaldusväärsust ja kehtib stsenaariumide puhul, kus edastuskaugus on pikk ja kiirus ei ole suur.
Ruumijaotusega multipleksimine
Ruumijaotusega multipleksimise tehnoloogia tähendab, et edastatavad andmed jagatakse mitmeks andmevooguks, mis kodeeritakse ja moduleeritakse erinevate antennidega ning seejärel edastatakse, et parandada süsteemi edastuskiirust. Antennid on üksteisest sõltumatud, antenn võrdub sõltumatu kanaliga, vastuvõtja kasutab vastuvõetud signaali eraldamiseks ruumiekvalaiserit ja seejärel demoduleeritakse, dekodeeritakse, liidetakse mitu andmevoogu, et taastada algne signaal.
Ruumijaotusega multipleksimine parandab tõhusalt andmeedastuskiirust ja sobib lühikeste edastuskauguste ja suure kiirusega stsenaariumide jaoks.
Mis on M × N MIMO?
WLAN-i toodete spetsifikatsioonides näed tavaliselt indikaatorit M×N MIMO, ka kirjas MTNR, mida see indikaator tähendab? Tegelikult kasutatakse seda MIMO antennide arvu tähistamiseks, M tähistab saatva poole antennide arvu, N tähistab vastuvõtva poole antennide arvu. Näiteks 4×3 MIMO tähendab nelja antenni edastamist ja kolme antenni vastuvõtmist.
Enamik turul olevaid koduseid traadita ruuteriid näeb mitut antenni, üks antenn võib sageli toetada vastuvõtmist ja saatmist, nii et saate hinnata lihtsalt antennide arvu järgi, antennide arv on M ja N väärtus. 4 antenniga juhtmevaba ruuterit võib pidada 4x4 MIMO-ks, prevaleerivad muidugi konkreetsed toote spetsifikatsioonid. Mida rohkem antenne, seda suurem on jõudlus, seda kallim on hind.
MIMO-süsteemis, kui vastuvõtu- ja vastuvõtuantennide arv ei ole võrdne, on edastatavate ruumiliste voogude arv väiksem või võrdne vastuvõtu-/saatmisotsas olevate väiksemate antennide arvuga. Näiteks 4 × 4 (4T4R) MIMO süsteem võib edastada nelja või vähem ruumilist voogu, samas kui 3 × 2 (3T2R) MIMO süsteem võib edastada kahte või ühte ruumilist voogu.
Praktilistes rakendustes kipub ap-l olema suurem arv antenne, ulatudes 4 antennist kuni 16 antennini, kuid terminalidel (näiteks mobiiltelefonidel) on tavaliselt ainult 1-2 antenni. Isegi kui antennitehnoloogia paraneb pidevalt, kuid seda piirab lõpptoote suurus, isegi kui see mahutab 1-2 antenni, on see palju väiksem kui AP antennide arv, mis tähendab, et ruumiliste antennide arv. edastatavaid vooge piirab terminal, mille tulemuseks on asjaolu, et ruumiliste voogude arvu suurenemise kiirust ei saa täielikult nautida, mille tulemuseks on antenniressursside raiskamine AP. Õnneks on tekkinud ja selle probleemi lahendanud mitme kasutajaga MIMO tehnoloogia, näiteks MU-MIMO, mis võimaldab AP-l edastada signaale korraga mitme terminaliga ning mitme terminali antennide koguarv on võrdne AP antennid, et AP võimet saaks täielikult mängida.
