MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) és una tecnologia que utilitza múltiples antenes per enviar i rebre senyals en el camp de la comunicació sense fil. La tecnologia MIMO s'utilitza principalment en el camp de la Wi-Fi (WiFi) i la comunicació mòbil, que pot millorar eficaçment la capacitat del sistema, la cobertura i la relació senyal-soroll. En termes generals, M×N MIMO significa que hi ha M antenes a l'extrem emissor i N antenes a l'extrem receptor.
De SISO a MIMO
SISO (entrada única i sortida única)
Abans d'introduir MIMO, hem d'explicar què és SISO. SISO és un únic enviament i recepció, és un sistema d'entrada i sortida única, el camí entre l'antena de transmissió i l'antena de recepció és únic i la transmissió és d'1 senyal. En els sistemes sense fil, definim cada senyal com un corrent espacial.
Com que el camí entre les antenes transmissores i receptores és únic, aquest sistema de transmissió no és fiable i la velocitat de transmissió és limitada.
SIMO (entrada única i sortida múltiple)
Per tal de canviar la falta de fiabilitat i la situació restringida de SISO, s'afegeix una antena al terminal, de manera que l'extrem receptor pugui rebre dos senyals alhora, és a dir, enviar un sol i rebre'n més. Aquest sistema de transmissió és una única entrada, sortida múltiple, és a dir, SIMO.
Tot i que hi ha dos senyals, els dos senyals s'envien des de la mateixa antena de transmissió, de manera que les dades enviades són les mateixes i la transmissió encara és només un senyal. D'aquesta manera, no importa si es perd part d'un senyal, sempre que el terminal pugui rebre dades completes de l'altre senyal. Tot i que la capacitat màxima segueix sent un camí, la fiabilitat es duplica. Aquest enfocament s'anomena diversitat de recepció.
MISO (entrada múltiple i sortida única)
Si canviem la manera de pensar-ho, què passaria si augmentéssim el nombre d'antenes de transmissió a dues i mantinguéssim el nombre d'antenes de recepció a una?
Com que només hi ha una antena receptora, els dos camins eventualment s'han de combinar en un, la qual cosa fa que l'antena de transmissió només pugui enviar les mateixes dades i la transmissió segueix sent només un senyal. Això en realitat pot aconseguir el mateix efecte que SIMO, el sistema de transmissió s'anomena entrada única sortida múltiple o MISO. Aquest mètode també s'anomena diversitat d'emissions.
MIMO (entrada múltiple, sortida múltiple)
Si l'antena del transceptor augmenta a dues alhora, és possible enviar dos senyals de manera independent i duplicar la velocitat? La resposta és sí, perquè de l'anàlisi anterior de SIMO i MISO, la capacitat de transmissió depèn del nombre d'antenes a banda i banda. I aquest sistema de transmissió múltiple de múltiples receptors és MIMO.
La tecnologia MIMO permet que diverses antenes enviïn i rebin diversos senyals al mateix temps, i pot distingir entre els senyals enviats a o des de diferents orientacions espacials. Mitjançant la multiplexació de la divisió espacial i la tecnologia de diversitat espacial, la capacitat del sistema, la cobertura i la relació senyal-soroll es poden millorar sense augmentar el consum d'ample de banda.
Quins són els tipus de MIMO?
MIMO és una tecnologia que utilitza múltiples antenes per enviar i rebre senyals, utilitzada originalment per a la transmissió de dades a un sol usuari. Tanmateix, amb el desenvolupament de la tecnologia de transmissió multiusuari, han sorgit una varietat de tecnologies MIMO multiusuari basades en MIMO. Per tal de facilitar la diferenciació, el MIMO d'usuari únic s'anomena SU-MIMO (MIMO d'usuari únic). La tecnologia MIMO multiusuari inclou principalment els tipus següents.
MU-MIMO (MIMO multiusuari): Permet que el transmissor transmeti dades a diversos usuaris simultàniament. L'estàndard Wi-Fi 5 va començar a admetre MU-MIMO per a 4 usuaris, i l'estàndard Wi-Fi 6 va augmentar el nombre d'usuaris a 8.
CO-MIMO (MIMO cooperatiu): Diversos dispositius sense fil es formen en un sistema virtual de múltiples antenes per realitzar la transmissió simultània de dades entre dispositius de transmissió adjacents i múltiples usuaris.
MIMO massiu:La tecnologia d'antena a gran escala millora molt el nombre d'antenes, el MIMO tradicional generalment utilitza de 2 a 8 antenes, mentre que el MIMO massiu pot arribar a 64/128/256 antenes. Pot millorar molt la capacitat del sistema i l'eficiència de transmissió, i és la tecnologia clau de la comunicació mòbil 5G.
A grans trets, la tecnologia MIMO multiusuari es pot classificar com a tecnologia MIMO, però quan ens referim a MIMO, normalment ens referim al concepte MIMO tradicional, és a dir, SU-MIMO.
Com funciona MIMO en Wi-Fi?
En el camp del Wi-Fi, s'ha introduït la tecnologia MIMO a partir de l'estàndard Wi-Fi 4 (802.11n). MIMO utilitza principalment dues tecnologies clau: la diversitat espacial i la multiplexació per divisió espacial. Tant si es tracta de tecnologia de diversitat com de tecnologia de multiplexació, és una tecnologia que converteix una dada en múltiples dades, que es poden classificar com a tecnologia de codificació espai-temps.
Diversitat espacial
La idea de la tecnologia de diversitat espacial és fer diferents versions del mateix flux de dades, codificar-les i modular-les en diferents antenes i després transmetre-les. Aquest flux de dades pot ser el flux de dades original que s'ha d'enviar, o pot ser un flux de dades nou format després d'una determinada transformació matemàtica del flux de dades original. El receptor utilitza l'equalitzador d'espai per separar el senyal rebut, després demodular i descodificar, i combinar els diferents senyals rebuts del mateix flux de dades per recuperar el senyal original. La tecnologia de diversitat espacial permet una transmissió de dades més fiable.
La diversitat espacial millora efectivament la fiabilitat de la transmissió de dades i s'aplica a escenaris on la distància de transmissió és llarga i la velocitat no és alta.
Multiplexació per divisió espacial
La tecnologia de multiplexació de divisió espacial significa que les dades que s'han de transmetre es divideixen en múltiples fluxos de dades, que són codificats i modulats per diferents antenes, i després es transmeten, per tal de millorar la velocitat de transmissió del sistema. Les antenes són independents les unes de les altres, una antena és equivalent a un canal independent, el receptor utilitza un equalitzador espacial per separar el senyal rebut, i després es demodula, descodifica, es fusionen diversos fluxos de dades per restaurar el senyal original.
La multiplexació per divisió espacial millora eficaçment la velocitat de transmissió de dades i és adequada per a escenaris amb distàncies de transmissió curtes i requisits d'alta velocitat.
Què és M×N MIMO?
A les especificacions dels productes WLAN, normalment es veu un indicador M×N MIMO, també escrit MTNR, quin és el significat d'aquest indicador? De fet, s'utilitza per representar el nombre d'antenes MIMO, M representa el nombre d'antenes del costat emissor, N representa el nombre d'antenes del costat receptor. Per exemple, 4×3 MIMO significa que quatre antenes transmeten i tres antenes reben.
La majoria dels encaminadors sense fil domèstics del mercat poden veure diverses antenes, una antena sovint pot suportar la recepció i l'enviament, de manera que simplement podeu jutjar segons el nombre d'antenes, el nombre d'antenes és el valor de M i N. Per exemple, un encaminador sense fil amb 4 antenes es pot considerar MIMO 4x4, per descomptat, prevalen les especificacions específiques del producte. Com més antenes, més alt és el rendiment, més car és el preu.
En un sistema MIMO, si el nombre d'antenes de recepció i de recepció no és igual, el nombre de fluxos espacials que es poden transmetre és inferior o igual al nombre d'antenes més petites a l'extrem receptor/enviament. Per exemple, un sistema MIMO 4×4 (4T4R) pot transmetre quatre fluxos espacials o menys, mentre que un sistema MIMO 3×2 (3T2R) pot transmetre dos o un flux espacial.
En aplicacions pràctiques, els aps solen tenir un nombre més gran d'antenes, que van des de 4 a 16 antenes, però els terminals (com ara els telèfons mòbils) solen tenir només 1-2 antenes. Fins i tot si la tecnologia d'antena millora constantment, però limitada per la mida del producte terminal, fins i tot si pot acomodar 1-2 antenes, és molt inferior al nombre d'antenes d'AP, la qual cosa significa que el nombre d'antenes espacials els fluxos que es poden transmetre està limitat pel terminal, de manera que no es pot gaudir plenament del ritme d'augment del nombre de fluxos espacials, la qual cosa comporta el malbaratament de recursos de l'antena en AP. Afortunadament, la tecnologia MIMO multiusuari ha sorgit i ha resolt aquest problema, com ara MU-MIMO, que permet que un AP transmeti senyals amb diversos terminals alhora, i el nombre total d'antenes de diversos terminals és igual al nombre de antenes d'AP, de manera que l'habilitat de l'AP es pugui reproduir completament.
