Το MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) είναι μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί πολλαπλές κεραίες για την αποστολή και λήψη σημάτων στον τομέα της ασύρματης επικοινωνίας. Η τεχνολογία MIMO χρησιμοποιείται κυρίως στον τομέα του Wi-Fi (WiFi) και της κινητής επικοινωνίας, γεγονός που μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά τη χωρητικότητα του συστήματος, την κάλυψη και την αναλογία σήματος προς θόρυβο. Σε γενικές γραμμές, το M×N MIMO σημαίνει ότι υπάρχουν M κεραίες στο άκρο αποστολής και N κεραίες στο άκρο λήψης.
Από το SISO στο MIMO
SISO (Μία έξοδος με μία είσοδο)
Πριν παρουσιάσουμε το MIMO, πρέπει να εξηγήσουμε τι είναι το SISO. Το SISO είναι μια ενιαία αποστολή και λήψη, είναι ένα σύστημα μεμονωμένης εισόδου και εξόδου, η διαδρομή μεταξύ της κεραίας εκπομπής και της κεραίας λήψης είναι μοναδική και η μετάδοση είναι 1 σήμα. Στα ασύρματα συστήματα, ορίζουμε κάθε σήμα ως χωρική ροή.
Δεδομένου ότι η διαδρομή μεταξύ της κεραίας εκπομπής και λήψης είναι μοναδική, ένα τέτοιο σύστημα μετάδοσης είναι αναξιόπιστο και ο ρυθμός μετάδοσης είναι περιορισμένος.
SIMO (Μία είσοδος πολλαπλών εξόδων)
Προκειμένου να αλλάξει η αναξιοπιστία και η περιορισμένη κατάσταση του SISO, προστίθεται μια κεραία στο τερματικό, έτσι ώστε το άκρο λήψης να μπορεί να λαμβάνει δύο σήματα ταυτόχρονα, δηλαδή μία αποστολή και λήψη περισσότερων. Ένα τέτοιο σύστημα μετάδοσης είναι μίας εισόδου πολλαπλής εξόδου, δηλαδή SIMO.
Αν και υπάρχουν δύο σήματα, τα δύο σήματα αποστέλλονται από την ίδια κεραία εκπομπής, επομένως τα δεδομένα που αποστέλλονται είναι τα ίδια και η μετάδοση εξακολουθεί να είναι μόνο ένα σήμα. Με αυτόν τον τρόπο, δεν έχει σημασία αν χάνεται μέρος του ενός σήματος, εφόσον το τερματικό μπορεί να λάβει πλήρη δεδομένα από το άλλο σήμα. Αν και η μέγιστη χωρητικότητα εξακολουθεί να είναι μία διαδρομή, η αξιοπιστία διπλασιάζεται. Αυτή η προσέγγιση ονομάζεται ποικιλομορφία λήψης.
MISO (Multiple-Input Single-output)
Αν αλλάξουμε τον τρόπο που το σκεφτόμαστε, τι θα γινόταν αν αυξάναμε τον αριθμό των κεραιών εκπομπής σε δύο και διατηρούσαμε τον αριθμό των κεραιών λήψης σε μία;
Επειδή υπάρχει μόνο μία κεραία λήψης, οι δύο διαδρομές πρέπει τελικά να συνδυαστούν σε μία, πράγμα που οδηγεί στο ότι η κεραία εκπομπής μπορεί να στείλει μόνο τα ίδια δεδομένα και η μετάδοση εξακολουθεί να είναι μόνο ένα σήμα. Αυτό μπορεί πραγματικά να επιτύχει το ίδιο αποτέλεσμα με το SIMO, το σύστημα μετάδοσης ονομάζεται πολλαπλή είσοδος μονής εξόδου ή MISO. Αυτή η μέθοδος ονομάζεται επίσης ποικιλότητα εκπομπών.
MIMO (Πολλαπλής Εισόδου Πολλαπλής Εξόδου)
Εάν η κεραία του πομποδέκτη αυξηθεί σε δύο ταυτόχρονα, είναι δυνατόν να στείλετε ανεξάρτητα δύο σήματα και να διπλασιαστεί ο ρυθμός; Η απάντηση είναι ναι, γιατί από την προηγούμενη ανάλυση των SIMO και MISO, η ικανότητα μετάδοσης εξαρτάται από τον αριθμό των κεραιών και στις δύο πλευρές. Και αυτό το σύστημα πολλαπλής μετάδοσης πολλαπλών δεκτών είναι το MIMO.
Η τεχνολογία MIMO επιτρέπει σε πολλές κεραίες να στέλνουν και να λαμβάνουν πολλαπλά σήματα ταυτόχρονα και μπορεί να διακρίνει μεταξύ των σημάτων που αποστέλλονται προς ή από διαφορετικούς χωρικούς προσανατολισμούς. Μέσω της πολυπλεξίας διαίρεσης χώρου και της τεχνολογίας διαφοροποίησης χώρου, η χωρητικότητα του συστήματος, η κάλυψη και η αναλογία σήματος προς θόρυβο μπορούν να βελτιωθούν χωρίς αύξηση της κατανάλωσης εύρους ζώνης.
Ποιοι είναι οι τύποι MIMO;
Το MIMO είναι μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί πολλαπλές κεραίες για την αποστολή και λήψη σημάτων, που αρχικά χρησιμοποιήθηκε για τη μετάδοση δεδομένων σε έναν μόνο χρήστη. Ωστόσο, με την ανάπτυξη της τεχνολογίας μετάδοσης πολλών χρηστών, μια ποικιλία τεχνολογιών MIMO πολλαπλών χρηστών έχουν προκύψει με βάση το MIMO. Προκειμένου να διευκολυνθεί η διαφοροποίηση, το MIMO ενός χρήστη ονομάζεται SU-MIMO (single-user MIMO). Η τεχνολογία MIMO πολλαπλών χρηστών περιλαμβάνει κυρίως τους ακόλουθους τύπους.
MU-MIMO (MIMO πολλών χρηστών):Επιτρέπει στον πομπό να μεταδίδει δεδομένα σε πολλούς χρήστες ταυτόχρονα. Το πρότυπο Wi-Fi 5 άρχισε να υποστηρίζει MU-MIMO για 4 χρήστες και το πρότυπο Wi-Fi 6 αύξησε τον αριθμό των χρηστών σε 8.
CO-MIMO (Συνεταιριστική MIMO):Πολλές ασύρματες συσκευές διαμορφώνονται σε ένα εικονικό σύστημα πολλαπλών κεραιών για να πραγματοποιήσουν την ταυτόχρονη μετάδοση δεδομένων μεταξύ γειτονικών συσκευών εκπομπής και πολλαπλών χρηστών.
Τεράστιο MIMO:Η τεχνολογία κεραιών μεγάλης κλίμακας βελτιώνει σημαντικά τον αριθμό των κεραιών, το παραδοσιακό MIMO χρησιμοποιεί γενικά 2 έως 8 κεραίες, ενώ το Massive MIMO μπορεί να φτάσει τις 64/128/256 κεραίες. Μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη χωρητικότητα του συστήματος και την αποτελεσματικότητα μετάδοσης και είναι η βασική τεχνολογία της κινητής επικοινωνίας 5G.
Σε γενικές γραμμές, η τεχνολογία MIMO πολλαπλών χρηστών μπορεί να ταξινομηθεί ως τεχνολογία MIMO, αλλά όταν αναφερόμαστε στην MIMO, συνήθως αναφερόμαστε στην παραδοσιακή έννοια MIMO, δηλαδή SU-MIMO.
Πώς λειτουργεί το MIMO στο Wi-Fi;
Στον τομέα Wi-Fi, η τεχνολογία MIMO έχει εισαχθεί ξεκινώντας από το πρότυπο Wi-Fi 4 (802.11n). Η MIMO χρησιμοποιεί κυρίως δύο βασικές τεχνολογίες: τη διαστημική διαφοροποίηση και την πολυπλεξία διαίρεσης χώρου. Είτε πρόκειται για τεχνολογία διαφοροποίησης είτε για τεχνολογία πολυπλεξίας, είναι μια τεχνολογία που μετατρέπει ένα δεδομένα σε πολλαπλά δεδομένα, τα οποία μπορούν να ταξινομηθούν ως τεχνολογία κωδικοποίησης χωροχρόνου.
Διαστημική ποικιλομορφία
Η ιδέα της τεχνολογίας χωρικής ποικιλομορφίας είναι να δημιουργεί διαφορετικές εκδόσεις της ίδιας ροής δεδομένων, να τις κωδικοποιεί και να τις διαμορφώνει σε διαφορετικές κεραίες και στη συνέχεια να τις μεταδίδει. Αυτή η ροή δεδομένων μπορεί να είναι η αρχική ροή δεδομένων που θα σταλεί ή μπορεί να είναι μια νέα ροή δεδομένων που σχηματίζεται μετά από έναν συγκεκριμένο μαθηματικό μετασχηματισμό της αρχικής ροής δεδομένων. Ο δέκτης χρησιμοποιεί τον ισοσταθμιστή χώρου για να διαχωρίσει το λαμβανόμενο σήμα, στη συνέχεια να αποδιαμορφώσει και να αποκωδικοποιήσει και να συνδυάσει τα διαφορετικά λαμβανόμενα σήματα της ίδιας ροής δεδομένων για να ανακτήσει το αρχικό σήμα. Η τεχνολογία χωρικής ποικιλομορφίας επιτρέπει πιο αξιόπιστη μετάδοση δεδομένων.
Η χωρική ποικιλομορφία βελτιώνει αποτελεσματικά την αξιοπιστία της μετάδοσης δεδομένων και εφαρμόζεται σε σενάρια όπου η απόσταση μετάδοσης είναι μεγάλη και ο ρυθμός δεν είναι υψηλός.
Πολυπλεξία διαίρεσης χώρου
Η τεχνολογία πολυπλεξίας διαίρεσης χώρου σημαίνει ότι τα δεδομένα που θα μεταδοθούν χωρίζονται σε πολλαπλές ροές δεδομένων, οι οποίες κωδικοποιούνται και διαμορφώνονται από διαφορετικές κεραίες και στη συνέχεια μεταδίδονται, έτσι ώστε να βελτιωθεί ο ρυθμός μετάδοσης του συστήματος. Οι κεραίες είναι ανεξάρτητες η μία από την άλλη, μια κεραία είναι ισοδύναμη με ένα ανεξάρτητο κανάλι, ο δέκτης χρησιμοποιεί έναν ισοσταθμιστή χώρου για να διαχωρίσει το λαμβανόμενο σήμα και στη συνέχεια αποδιαμορφώθηκε, αποκωδικοποιήθηκε, ενώ πολλές ροές δεδομένων συγχωνεύτηκαν για να επαναφέρουν το αρχικό σήμα.
Η πολυπλεξία διαίρεσης χώρου βελτιώνει αποτελεσματικά τον ρυθμό μετάδοσης δεδομένων και είναι κατάλληλη για σενάρια με μικρές αποστάσεις μετάδοσης και απαιτήσεις υψηλής ταχύτητας.
Τι είναι το M×N MIMO;
Στις προδιαγραφές των προϊόντων WLAN, συνήθως δείτε έναν δείκτη M×N MIMO, γραμμένο επίσης MTNR, ποια είναι η σημασία αυτού του δείκτη; Στην πραγματικότητα, χρησιμοποιείται για να αναπαραστήσει τον αριθμό των κεραιών MIMO, το M αντιπροσωπεύει τον αριθμό των κεραιών στην πλευρά αποστολής, το N αντιπροσωπεύει τον αριθμό των κεραιών στην πλευρά λήψης. Για παράδειγμα, 4×3 MIMO σημαίνει τέσσερις κεραίες εκπομπής και τρεις κεραίες λήψης.
Οι περισσότεροι από τους οικιακούς ασύρματους δρομολογητές στην αγορά μπορούν να δουν πολλές κεραίες, μια κεραία μπορεί συχνά να υποστηρίξει λήψη και αποστολή, επομένως μπορείτε απλά να κρίνετε ανάλογα με τον αριθμό των κεραιών, ο αριθμός των κεραιών είναι η τιμή των M και N. Για παράδειγμα, ένα ασύρματο router με 4 κεραίες μπορεί να θεωρηθεί 4x4 MIMO, φυσικά υπερισχύουν οι συγκεκριμένες προδιαγραφές του προϊόντος. Όσο περισσότερες κεραίες, τόσο υψηλότερη είναι η απόδοση, τόσο πιο ακριβή είναι η τιμή.
Σε ένα σύστημα MIMO, εάν ο αριθμός των κεραιών λήψης και λήψης δεν είναι ίσος, ο αριθμός των χωρικών ροών που μπορούν να μεταδοθούν είναι μικρότερος ή ίσος με τον αριθμό των μικρότερων κεραιών στο άκρο λήψης/αποστολής. Για παράδειγμα, ένα σύστημα MIMO 4×4 (4T4R) μπορεί να μεταδώσει τέσσερις ή λιγότερες χωρικές ροές, ενώ ένα σύστημα MIMO 3×2 (3T2R) μπορεί να μεταδώσει δύο ή μία χωρική ροή.
Σε πρακτικές εφαρμογές, τα aps τείνουν να έχουν μεγαλύτερο αριθμό κεραιών, που κυμαίνεται από 4 κεραίες έως 16 κεραίες, αλλά τα τερματικά (όπως τα κινητά τηλέφωνα) έχουν συνήθως μόνο 1-2 κεραίες. Ακόμα κι αν η τεχνολογία της κεραίας βελτιώνεται συνεχώς, αλλά περιορίζεται από το μέγεθος του τερματικού προϊόντος, ακόμα κι αν μπορεί να φιλοξενήσει 1-2 κεραίες, είναι πολύ μικρότερη από τον αριθμό των κεραιών του AP, πράγμα που σημαίνει ότι ο αριθμός των χωρικών τα ρεύματα που μπορούν να μεταδοθούν περιορίζονται από το τερματικό, με αποτέλεσμα το ρυθμό αύξησης του αριθμού των χωρικών ροών να μην μπορεί να απολαύσει πλήρως, με αποτέλεσμα τη σπατάλη πόροι κεραίας στο AP. Ευτυχώς, η τεχνολογία MIMO πολλαπλών χρηστών έχει εμφανιστεί και έχει λύσει αυτό το πρόβλημα, όπως το MU-MIMO, το οποίο επιτρέπει σε ένα AP να μεταδίδει σήματα με πολλαπλά τερματικά ταυτόχρονα και ο συνολικός αριθμός κεραιών πολλαπλών τερματικών είναι ίσος με τον αριθμό των κεραίες του AP, ώστε η ικανότητα του AP να μπορεί να αναπαραχθεί πλήρως.
