MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) je tehnologija koja koristi više antena za slanje i primanje signala u području bežične komunikacije. MIMO tehnologija uglavnom se koristi u području Wi-Fi (WiFi) i mobilne komunikacije, što može učinkovito poboljšati kapacitet sustava, pokrivenost i omjer signala i šuma. Općenito govoreći, M×N MIMO znači da postoji M antena na kraju odašiljača i N antena na kraju primatelja.
Od SISO do MIMO
SISO (jedan ulaz i jedan izlaz)
Prije uvođenja MIMO-a, moramo objasniti što je SISO. SISO je jedinstveni sustav slanja i primanja, sustav s jednim ulazom i jednim izlazom, put između odašiljačke antene i prijemne antene je jedinstven, a prijenos je 1 signal. U bežičnim sustavima svaki signal definiramo kao prostorni tok.
Budući da je put između odašiljačke i prijamne antene jedinstven, takav prijenosni sustav je nepouzdan, a brzina prijenosa ograničena.
SIMO (jedan ulaz višestruki izlaz)
Kako bi se promijenila nepouzdanost i ograničena situacija SISO-a, na terminalu je dodana antena, tako da kraj primanja može primiti dva signala u isto vrijeme, to jest jedan poslati i primiti više. Takav prijenosni sustav je single input multiple output, odnosno SIMO.
Iako postoje dva signala, dva signala se šalju s iste odašiljačke antene, tako da su poslani podaci isti, a prijenos je i dalje samo jedan signal. Na taj način nije bitno ako se dio jednog signala izgubi, sve dok terminal može primiti potpune podatke iz drugog signala. Iako je maksimalni kapacitet još uvijek jedan put, pouzdanost je udvostručena. Ovaj pristup se naziva različitost recepcije.
MISO (više ulaza, jedan izlaz)
Ako promijenimo način razmišljanja o tome, što bi se dogodilo kada bismo povećali broj odašiljačkih antena na dvije, a zadržali broj prijemnih na jednu?
Budući da postoji samo jedna prijemna antena, dvije se staze na kraju moraju spojiti u jednu, što vodi do toga da odašiljačka antena može slati samo iste podatke, a prijenos je i dalje samo jedan signal. Ovo zapravo može postići isti učinak kao SIMO, prijenosni sustav se naziva višestruki ulaz i jedan izlaz ili MISO. Ova metoda se još naziva i emisijska raznolikost.
MIMO (višestruki ulaz višestruki izlaz)
Ako se antena primopredajnika poveća na dvije u isto vrijeme, je li moguće neovisno slati dva signala i udvostručiti brzinu? Odgovor je potvrdan, jer iz prethodne analize SIMO-a i MISO-a prijenosni kapacitet ovisi o broju antena s obje strane. A ovaj sustav s više prijemnika i višestrukim prijenosom je MIMO.
MIMO tehnologija omogućuje više antena da šalju i primaju više signala u isto vrijeme i može razlikovati signale poslane u ili iz različitih prostornih orijentacija. Kroz prostorno multipleksiranje i tehnologiju prostorne raznolikosti, kapacitet sustava, pokrivenost i omjer signala i šuma mogu se poboljšati bez povećanja potrošnje propusnosti.
Koje su vrste MIMO-a?
MIMO je tehnologija koja koristi više antena za slanje i primanje signala, izvorno korištena za prijenos podataka do jednog korisnika. Međutim, s razvojem višekorisničke tehnologije prijenosa, razne višekorisničke MIMO tehnologije pojavile su se na temelju MIMO-a. Kako bi se olakšalo razlikovanje, jednokorisnički MIMO naziva se SU-MIMO (single-user MIMO). Višekorisnička MIMO tehnologija uglavnom uključuje sljedeće vrste.
MU-MIMO (MIMO za više korisnika): Omogućuje odašiljaču prijenos podataka više korisnika istovremeno. Wi-Fi 5 standard je počeo podržavati MU-MIMO za 4 korisnika, a Wi-Fi 6 standard povećao je broj korisnika na 8.
CO-MIMO (Kooperativni MIMO): Više bežičnih uređaja formirano je u virtualni sustav s više antena kako bi se ostvario istovremeni prijenos podataka između susjednih uređaja za odašiljanje i više korisnika.
Masivni MIMO: Tehnologija velike antene uvelike poboljšava broj antena, tradicionalni MIMO općenito koristi 2 do 8 antena, dok Massive MIMO može doseći 64/128/256 antena. Može uvelike poboljšati kapacitet sustava i učinkovitost prijenosa te je ključna tehnologija 5G mobilne komunikacije.
Općenito govoreći, višekorisnička MIMO tehnologija može se klasificirati kao MIMO tehnologija, ali kada govorimo o MIMO-u, obično se pozivamo na tradicionalni MIMO koncept, odnosno SU-MIMO.
Kako MIMO radi u Wi-Fi-ju?
U Wi-Fi području, MIMO tehnologija je uvedena počevši od Wi-Fi 4 (802.11n) standarda. MIMO uglavnom koristi dvije ključne tehnologije: prostornu raznolikost i prostorno multipleksiranje. Bilo da se radi o tehnologiji raznolikosti ili tehnologiji multipleksiranja, to je tehnologija koja pretvara jedan podatak u više podataka, što se može klasificirati kao tehnologija prostorno-vremenskog kodiranja.
Prostorna raznolikost
Ideja tehnologije prostorne raznolikosti je napraviti različite verzije istog toka podataka, kodirati ih i modulirati u različitim antenama, a zatim ih poslati. Ovaj tok podataka može biti izvorni tok podataka koji se šalje ili može biti novi tok podataka formiran nakon određene matematičke transformacije izvornog toka podataka. Prijemnik koristi prostorni ekvilizator za odvajanje primljenog signala, zatim demodulaciju i dekodiranje, te kombiniranje različitih primljenih signala istog toka podataka za oporavak izvornog signala. Tehnologija prostorne raznolikosti omogućuje pouzdaniji prijenos podataka.
Prostorna raznolikost učinkovito poboljšava pouzdanost prijenosa podataka i primjenjuje se na scenarije u kojima je udaljenost prijenosa velika, a brzina niska.
Prostorno multipleksiranje
Tehnologija multipleksiranja s prostornom podjelom znači da se podaci koji se prenose dijele na više tokova podataka, koji se kodiraju i moduliraju pomoću različitih antena, a zatim prenose, kako bi se poboljšala brzina prijenosa sustava. Antene su neovisne jedna o drugoj, antena je ekvivalent neovisnom kanalu, prijemnik koristi prostorni ekvilizator za odvajanje primljenog signala, a zatim se demodulira, dekodira, nekoliko tokova podataka spaja kako bi se vratio izvorni signal.
Prostorno podijeljeno multipleksiranje učinkovito poboljšava brzinu prijenosa podataka i prikladno je za scenarije s kratkim udaljenostima prijenosa i zahtjevima za velikom brzinom.
Što je M×N MIMO?
U specifikacijama WLAN proizvoda obično vidite indikator M×N MIMO, također napisano MTNR, koje je značenje ovog indikatora? Zapravo, koristi se za predstavljanje broja MIMO antena, M predstavlja broj antena na odašiljačkoj strani, N predstavlja broj antena na prijemnoj strani. Na primjer, 4×3 MIMO znači četiri antene za odašiljanje i tri antene za prijem.
Većina kućnih bežičnih usmjerivača na tržištu može vidjeti nekoliko antena, jedna antena često može podržati primanje i slanje, tako da možete jednostavno procijeniti prema broju antena, broj antena je vrijednost M i N. Na primjer, bežični usmjerivač s 4 antene može se smatrati 4x4 MIMO, naravno, specifične specifikacije proizvoda prevladavaju. Što više antena, to je veća izvedba, to je skuplja cijena.
U MIMO sustavu, ako broj prijamnih i prijamnih antena nije jednak, broj prostornih tokova koji se mogu odašiljati manji je ili jednak broju manjih antena na prijemnom/oddajnom kraju. Na primjer, 4×4 (4T4R) MIMO sustav može odašiljati četiri ili manje prostornih tokova, dok 3×2 (3T2R) MIMO sustav može odašiljati dva ili jedan prostorni tok.
U praktičnim primjenama, aplikacije obično imaju veći broj antena, u rasponu od 4 antene do 16 antena, ali terminali (kao što su mobilni telefoni) obično imaju samo 1-2 antena. Čak i ako se antenska tehnologija neprestano poboljšava, ali ograničena veličinom terminalnog proizvoda, čak i ako može primiti 1-2 antena, to je daleko manje od broja antena AP-a, što znači da je broj prostornih streamovi koji se mogu odašiljati ograničeni su terminalom, što rezultira činjenicom da se ne može u potpunosti uživati u stopi povećanja broja prostornih streamova, što dovodi do rasipanja resursa antene na AP. Srećom, pojavila se multi-user MIMO tehnologija koja je riješila ovaj problem, kao što je MU-MIMO, koja omogućuje AP-u da odašilje signale s više terminala u isto vrijeme, a ukupan broj antena više terminala jednak je broju antene AP-a, tako da se sposobnost AP-a može u potpunosti reproducirati.
