MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) on tekniikka, joka käyttää useita antenneja signaalien lähettämiseen ja vastaanottamiseen langattoman viestinnän alalla. MIMO-tekniikkaa käytetään pääasiassa Wi-Fi:n (WiFi) ja matkaviestinnän alalla, mikä voi tehokkaasti parantaa järjestelmän kapasiteettia, kattavuutta ja signaali-kohinasuhdetta. Yleisesti ottaen M×N MIMO tarkoittaa, että lähetyspäässä on M antennia ja vastaanottopäässä N antennia.
SISOsta MIMO:hon
SISO (Single-Input Single-Output)
Ennen kuin esittelemme MIMOn, meidän on selitettävä, mikä SISO on. SISO on yksi lähetys- ja vastaanottojärjestelmä, yksi tulo ja yksi lähtöjärjestelmä, lähetysantennin ja vastaanottoantennin välinen polku on ainutlaatuinen ja lähetys on 1 signaali. Langattomissa järjestelmissä määrittelemme jokaisen signaalin Spatial Stream -virraksi.
Koska lähetys- ja vastaanottoantennien välinen polku on ainutlaatuinen, tällainen lähetysjärjestelmä on epäluotettava ja lähetysnopeus on rajoitettu.
SIMO (Single-Input Multiple-Output)
SISO:n epäluotettavuuden ja rajoitetun tilanteen muuttamiseksi päätelaitteeseen on lisätty antenni, jotta vastaanottopää voi vastaanottaa kahta signaalia samanaikaisesti, eli yhden lähetyksen ja vastaanottaa enemmän. Tällainen siirtojärjestelmä on yksituloinen monilähtö, eli SIMO.
Vaikka signaaleja on kaksi, ne lähetetään samasta lähetysantennista, joten lähetetty data on sama ja lähetys on silti vain yksi signaali. Tällä tavalla ei ole väliä, jos osa signaalista katoaa, kunhan päätelaite voi vastaanottaa täydelliset tiedot toisesta signaalista. Vaikka maksimikapasiteetti on edelleen yksi polku, luotettavuus kaksinkertaistuu. Tätä lähestymistapaa kutsutaan vastaanoton monimuotoisuudeksi.
MISO (Multiple-Input Single-Output)
Jos muutamme ajattelutapaamme, mitä tapahtuisi, jos lähetysantennien lukumäärä kasvaisi kahteen ja vastaanottoantennien lukumäärä säilyisi yhteen?
Koska vastaanottoantenneja on vain yksi, nämä kaksi polkua on lopulta yhdistettävä yhdeksi, mikä johtaa siihen, että lähettävä antenni voi lähettää vain samaa dataa, ja lähetys on silti vain yksi signaali. Tämä voi itse asiassa saavuttaa saman vaikutuksen kuin SIMO, siirtojärjestelmää kutsutaan usean tulon yksittäislähtöksi tai MISO:ksi. Tätä menetelmää kutsutaan myös päästöjen diversiteetiksi.
MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)
Jos lähetin-vastaanottimen antenni kasvaa kahteen samanaikaisesti, onko mahdollista lähettää itsenäisesti kaksi signaalia ja kaksinkertaistaa nopeus? Vastaus on kyllä, koska edellisen SIMOn ja MISO:n analyysin perusteella siirtokapasiteetti riippuu molemmilla puolilla olevien antennien lukumäärästä. Ja tämä usean vastaanottimen monilähetysjärjestelmä on MIMO.
MIMO-tekniikan ansiosta useat antennit voivat lähettää ja vastaanottaa useita signaaleja samanaikaisesti, ja ne voivat erottaa signaalit, jotka lähetetään eri tilasuunnille tai eri tilasuunnille. Avaruusjakoisen multipleksoinnin ja avaruusdiversiteettiteknologian avulla järjestelmän kapasiteettia, peittoa ja signaali-kohinasuhdetta voidaan parantaa lisäämättä kaistanleveyden kulutusta.
Mitkä ovat MIMO-tyypit?
MIMO on tekniikka, joka käyttää useita antenneja signaalien lähettämiseen ja vastaanottamiseen, ja sitä käytettiin alun perin tiedonsiirtoon yhdelle käyttäjälle. Monen käyttäjän siirtotekniikan kehittyessä MIMOn pohjalta on kuitenkin syntynyt erilaisia monen käyttäjän MIMO-tekniikoita. Erottamisen helpottamiseksi Single-user MIMO on nimeltään SU-MIMO (single-user MIMO). Usean käyttäjän MIMO-tekniikka sisältää pääasiassa seuraavat tyypit.
MU-MIMO (monen käyttäjän MIMO): Antaa lähettimen lähettää tietoja useille käyttäjille samanaikaisesti. Wi-Fi 5 -standardi alkoi tukea MU-MIMOa 4 käyttäjälle, ja Wi-Fi 6 -standardi nosti käyttäjien määrän kahdeksaan.
CO-MIMO (osuustoiminnallinen MIMO):Useista langattomista laitteista muodostetaan virtuaalinen moniantennijärjestelmä datan samanaikaisen siirron toteuttamiseksi vierekkäisten lähetyslaitteiden ja useiden käyttäjien välillä.
Massiivinen MIMO: Laajamittainen antennitekniikka parantaa huomattavasti antennien määrää, perinteinen MIMO käyttää yleensä 2-8 antennia, kun taas Massive MIMO voi saavuttaa 64/128/256 antenneja. Se voi parantaa huomattavasti järjestelmän kapasiteettia ja siirtotehokkuutta, ja se on 5G-matkaviestinnän avainteknologia.
Yleisesti ottaen monen käyttäjän MIMO-tekniikka voidaan luokitella MIMO-teknologiaksi, mutta kun puhumme MIMOsta, tarkoitamme yleensä perinteistä MIMO-konseptia, nimittäin SU-MIMOa.
Miten MIMO toimii Wi-Fi:ssä?
Wi-Fi-alalla MIMO-tekniikka on otettu käyttöön Wi-Fi 4 (802.11n) -standardista alkaen. MIMO käyttää pääasiassa kahta avainteknologiaa: avaruusdiversiteettiä ja avaruusjakomultipleksointia. Olipa kyseessä diversiteettiteknologia tai multipleksointitekniikka, se on tekniikka, joka muuttaa yhden tiedon useiksi tiedoiksi, jotka voidaan luokitella aika-avaruuskoodausteknologiaksi.
Avaruuden monimuotoisuus
Spatial diversity -teknologian ideana on tehdä samasta datavirrasta eri versioita, koodata ja moduloida ne eri antenneissa ja sitten lähettää ne. Tämä datavirta voi olla alkuperäinen lähetettävä datavirta tai se voi olla uusi datavirta, joka on muodostettu alkuperäisen tietovirran tietyn matemaattisen muunnoksen jälkeen. Vastaanotin erottaa vastaanotetun signaalin tilataajuuskorjaimen avulla, demoduloi ja dekoodaa ja yhdistää saman datavirran eri vastaanotetut signaalit alkuperäisen signaalin palauttamiseksi. Spatial diversity -teknologia mahdollistaa luotettavamman tiedonsiirron.
Spatiaalinen monimuotoisuus parantaa tehokkaasti tiedonsiirron luotettavuutta ja koskee skenaarioita, joissa lähetysetäisyys on pitkä ja nopeus ei ole suuri.
Avaruusjakoinen multipleksointi
Avaruusjakoinen multipleksointitekniikka tarkoittaa, että lähetettävä data jaetaan useiksi tietovirroiksi, jotka koodataan ja moduloidaan eri antenneilla ja sitten lähetetään järjestelmän siirtonopeuden parantamiseksi. Antennit ovat toisistaan riippumattomia, antenni vastaa itsenäistä kanavaa, vastaanotin käyttää tilataajuuskorjainta erottamaan vastaanotetun signaalin, minkä jälkeen demoduloidaan, dekoodataan, yhdistetään useita datavirtoja alkuperäisen signaalin palauttamiseksi.
Avaruusjakoinen multipleksointi parantaa tehokkaasti tiedonsiirtonopeutta ja soveltuu skenaarioihin, joissa lähetysetäisyydet ovat lyhyet ja nopeusvaatimukset ovat suuret.
Mikä on M×N MIMO?
WLAN-tuotteiden teknisissä tiedoissa näkyy yleensä ilmaisin M×N MIMO, myös kirjoitettu MTNR, mitä tämä ilmaisin tarkoittaa? Itse asiassa sitä käytetään edustamaan MIMO-antennien lukumäärää, M edustaa antennien lukumäärää lähettävällä puolella, N edustaa antennien lukumäärää vastaanottavalla puolella. Esimerkiksi 4×3 MIMO tarkoittaa, että neljä antennia lähettää ja kolme antennia vastaanottaa.
Suurin osa markkinoilla olevista kodin langattomista reitittimistä voi nähdä useita antenneja, yksi antenni voi usein tukea vastaanottoa ja lähetystä, joten voit vain arvioida antennien lukumäärän mukaan, antennien lukumäärä on M ja N arvo. langatonta reititintä, jossa on 4 antennia, voidaan pitää 4x4 MIMO:na, tietysti tuotekohtaiset tekniset tiedot ovat voimassa. Mitä enemmän antenneja, sitä korkeampi suorituskyky, sitä kalliimpi hinta.
MIMO-järjestelmässä, jos vastaanotto- ja vastaanottoantennien lukumäärä ei ole sama, lähetettävien tilavirtojen lukumäärä on pienempi tai yhtä suuri kuin pienempien antennien lukumäärä vastaanotto-/lähetyspäässä. Esimerkiksi 4×4 (4T4R) MIMO-järjestelmä voi lähettää neljä tai vähemmän spatiaalista virtaa, kun taas 3×2 (3T2R) MIMO-järjestelmä voi lähettää kaksi tai yksi spatiaalinen virta.
Käytännön sovelluksissa ap:illa on yleensä suurempi määrä antenneja, jotka vaihtelevat 4 antennista 16 antenniin, mutta päätelaitteissa (kuten matkapuhelimissa) on yleensä vain 1-2 antenneja. Vaikka antennitekniikka kehittyy jatkuvasti, mutta päätetuotteen koon rajoittamana, vaikka siihen mahtuisi 1-2 antennia, se on paljon pienempi kuin AP:n antennien määrä, mikä tarkoittaa, että päätelaite rajoittaa lähetettävissä olevia virtoja, mikä johtaa siihen, että tilavirtojen määrän kasvusta ei voida nauttia täysin, mikä johtaa antenniresurssien tuhlaukseen AP. Onneksi monen käyttäjän MIMO-tekniikka on ilmaantunut ja ratkaissut tämän ongelman, kuten MU-MIMO, jonka avulla tukiasema voi lähettää signaaleja useilla päätelaitteilla samanaikaisesti, ja useiden päätteiden antennien kokonaismäärä on yhtä suuri kuin AP:n antenneja, jotta tukiaseman kyky voidaan toistaa täysin.
