MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) er en teknologi som bruker flere antenner til å sende og motta signaler innen trådløs kommunikasjon. MIMO-teknologi brukes hovedsakelig innen Wi-Fi (WiFi) og mobilkommunikasjon, som effektivt kan forbedre systemkapasitet, dekning og signal-til-støy-forhold. Generelt sett betyr M×N MIMO at det er M antenner i senderenden og N antenner i mottakerenden.
Fra SISO til MIMO
SISO(Single-Input Single-Output)
Før vi introduserer MIMO, må vi forklare hva SISO er. SISO er en enkelt sending og mottak, er et enkelt inngangs- og enkeltutgangssystem, banen mellom senderantennen og mottaksantennen er unik, og overføringen er 1 signal. I trådløse systemer definerer vi hvert signal som en Spatial Stream.
Siden banen mellom sender- og mottaksantennene er unik, er et slikt overføringssystem upålitelig og overføringshastigheten begrenset.
SIMO (Single-Input Multiple Output)
For å endre upåliteligheten og den begrensede situasjonen til SISO, legges det til en antenne ved terminalen, slik at mottakeren kan motta to signaler samtidig, det vil si enkelt sende og motta flere. Et slikt overføringssystem er enkeltinngang multippel utgang, det vil si SIMO.
Selv om det er to signaler, sendes de to signalene fra samme senderantenne, så dataene som sendes er de samme, og overføringen er fortsatt bare ett signal. På denne måten spiller det ingen rolle om en del av det ene signalet går tapt, så lenge terminalen kan motta fullstendige data fra det andre signalet. Selv om maksimal kapasitet fortsatt er én vei, er påliteligheten doblet. Denne tilnærmingen kalles mottaksmangfold.
MISO (Multiple-Input Single-Output)
Hvis vi endrer måten vi tenker på, hva ville skje hvis vi økte antallet senderantenner til to og opprettholder antallet mottaksantenner til én?
Fordi det kun er én mottaksantenne, må de to banene til slutt kombineres til én, noe som fører til at senderantennen bare kan sende de samme dataene, og overføringen er fortsatt kun ett signal. Dette kan faktisk oppnå samme effekt som SIMO, overføringssystemet kalles multiple input single output, eller MISO. Denne metoden kalles også utslippsmangfold.
MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)
Hvis transceiverantennen økes til to samtidig, er det mulig å sende to signaler uavhengig og doble hastigheten? Svaret er ja, for fra forrige analyse av SIMO og MISO avhenger overføringskapasiteten av antall antenner på begge sider. Og dette systemet med flere mottakere med flere overføringer er MIMO.
MIMO-teknologi lar flere antenner sende og motta flere signaler samtidig, og kan skille mellom signaler som sendes til eller fra forskjellige romlige orienteringer. Gjennom romdelingsmultipleksing og romdiversitetsteknologi kan systemkapasiteten, dekningen og signal-til-støy-forholdet forbedres uten å øke båndbreddeforbruket.
Hva er typene MIMO?
MIMO er en teknologi som bruker flere antenner for å sende og motta signaler, opprinnelig brukt for dataoverføring til en enkelt bruker. Men med utviklingen av multi-user overføringsteknologi, har en rekke multi-user MIMO-teknologier dukket opp på grunnlag av MIMO. For å lette differensieringen kalles Single-user MIMO SU-MIMO (single-user MIMO). Multi-user MIMO-teknologi inkluderer hovedsakelig følgende typer.
MU-MIMO(Multi-user MIMO): Lar senderen overføre data til flere brukere samtidig. Wi-Fi 5-standarden begynte å støtte MU-MIMO for 4 brukere, og Wi-Fi 6-standarden økte antallet brukere til 8.
CO-MIMO(Kooperativ MIMO):Flere trådløse enheter er formet til et virtuelt multi-antennesystem for å realisere samtidig overføring av data mellom tilstøtende sendeenheter og flere brukere.
Massiv MIMO:Storskala antenneteknologi forbedrer antallet antenner betraktelig, tradisjonell MIMO bruker vanligvis 2 til 8 antenner, mens Massive MIMO kan nå 64/128/256 antenner. Det kan i stor grad forbedre systemkapasiteten og overføringseffektiviteten, og er nøkkelteknologien til 5G mobilkommunikasjon.
Stort sett kan flerbruker MIMO-teknologi klassifiseres som MIMO-teknologi, men når vi refererer til MIMO, refererer vi vanligvis til det tradisjonelle MIMO-konseptet, nemlig SU-MIMO.
Hvordan fungerer MIMO i Wi-Fi?
I Wi-Fi-feltet har MIMO-teknologi blitt introdusert fra og med Wi-Fi 4 (802.11n)-standarden. MIMO bruker hovedsakelig to nøkkelteknologier: romdiversitet og romdelingsmultipleksing. Enten det er mangfoldsteknologi eller multipleksingsteknologi, er det en teknologi som gjør én data om til flere data, som kan klassifiseres som romtidskodingsteknologi.
Rommangfold
Ideen med romlig mangfoldsteknologi er å lage forskjellige versjoner av samme datastrøm, kode og modulere dem i forskjellige antenner, og deretter overføre dem. Denne datastrømmen kan være den opprinnelige datastrømmen som skal sendes, eller den kan være en ny datastrøm dannet etter en viss matematisk transformasjon av den opprinnelige datastrømmen. Mottakeren bruker space-equalizeren til å skille det mottatte signalet, deretter demodulere og dekode, og kombinere de forskjellige mottatte signalene fra samme datastrøm for å gjenopprette det originale signalet. Romlig mangfoldsteknologi muliggjør mer pålitelig dataoverføring.
Romlig mangfold forbedrer effektivt dataoverføringens pålitelighet og gjelder scenarier der overføringsavstanden er lang og hastigheten ikke høy.
Romdelingsmultipleksing
Romdelingsmultiplekseringsteknologi betyr at dataene som skal overføres deles inn i flere datastrømmer, som kodes og moduleres av forskjellige antenner, og deretter overføres for å forbedre overføringshastigheten til systemet. Antennene er uavhengige av hverandre, en antenne tilsvarer en uavhengig kanal, mottakeren bruker en space equalizer for å skille det mottatte signalet, og demoduleres, dekodes, flere datastrømmer slås sammen for å gjenopprette det opprinnelige signalet.
Romdelingsmultipleksing forbedrer effektivt dataoverføringshastigheten, og er egnet for scenarier med korte overføringsavstander og høye hastighetskrav.
Hva er M×N MIMO?
I spesifikasjonene til WLAN-produkter, se vanligvis en indikator M×N MIMO, også skrevet MTNR, hva er meningen med denne indikatoren? Faktisk brukes den til å representere antall MIMO-antenner, M representerer antall antenner på sendersiden, N representerer antall antenner på mottakersiden. For eksempel betyr 4×3 MIMO at fire antenner sender og tre antenner mottar.
De fleste av de trådløse hjemmeruterne på markedet kan se flere antenner, én antenne kan ofte støtte mottak og sending, så du kan ganske enkelt bedømme etter antall antenner, antall antenner er verdien av M og N. For eksempel, en trådløs ruter med 4 antenner kan betraktes som 4x4 MIMO, selvfølgelig, de spesifikke produktspesifikasjonene råder. Jo flere antenner, jo høyere ytelse, jo dyrere er prisen.
I et MIMO-system, hvis antall mottaks- og mottaksantenner ikke er likt, er antallet romlige strømmer som kan sendes mindre enn eller lik antallet mindre antenner i mottaks-/sendeenden. For eksempel kan et 4×4 (4T4R) MIMO-system overføre fire eller færre romlige strømmer, mens et 3×2 (3T2R) MIMO-system kan overføre to eller én romlig strøm.
I praktiske applikasjoner har aps en tendens til å ha et større antall antenner, alt fra 4 antenner til 16 antenner, men terminaler (som mobiltelefoner) har vanligvis bare 1-2 antenner. Selv om antenneteknologien stadig forbedres, men begrenset av størrelsen på terminalproduktet, selv om den kan romme 1-2-antenner, er den langt mindre enn antall antenner til AP, noe som betyr at antallet romlige strømmer som kan overføres er begrenset av terminalen, noe som resulterer i at hastigheten på økningen i antall romlige strømmer ikke kan nytes fullt ut, noe som resulterer i sløsing med antenne ressurser på AP. Heldigvis har multi-user MIMO-teknologi dukket opp og løst dette problemet, for eksempel MU-MIMO, som lar et AP sende signaler med flere terminaler samtidig, og det totale antallet antenner til flere terminaler er lik antall antenner til AP, slik at APs evne kan spilles fullt ut.
