MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) er en teknologi, der bruger flere antenner til at sende og modtage signaler inden for trådløs kommunikation. MIMO-teknologien bruges hovedsageligt inden for Wi-Fi (WiFi) og mobilkommunikation, som effektivt kan forbedre systemkapacitet, dækning og signal-til-støj-forhold. Generelt betyder M×N MIMO, at der er M antenner i afsenderenden og N antenner i modtagerenden.
Fra SISO til MIMO
SISO (Enkelt-indgang Enkelt-udgang)
Før vi introducerer MIMO, skal vi forklare, hvad SISO er. SISO er et enkelt send og modtag, er et enkelt input og enkelt output system, vejen mellem sendeantennen og modtageantennen er unik, og transmissionen er 1 signal. I trådløse systemer definerer vi hvert signal som en Spatial Stream.
Da stien mellem sende- og modtageantennerne er unik, er et sådant transmissionssystem upålideligt, og transmissionshastigheden er begrænset.
SIMO (Single-Input Multiple-Output)
For at ændre SISO's upålidelighed og begrænsede situation tilføjes en antenne ved terminalen, så den modtagende ende kan modtage to signaler på samme tid, det vil sige enkelt sende og modtage flere. Et sådant transmissionssystem er single input multiple output, det vil sige SIMO.
Selvom der er to signaler, sendes de to signaler fra den samme sendeantenne, så de sendte data er de samme, og transmissionen er stadig kun ét signal. På den måde er det lige meget, om en del af det ene signal går tabt, så længe terminalen kan modtage fuldstændige data fra det andet signal. Selvom den maksimale kapacitet stadig er én vej, er pålideligheden fordoblet. Denne tilgang kaldes receptionsdiversitet.
MISO (Multiple-Input Single-Output)
Hvis vi ændrer måden, vi tænker på det, hvad ville der så ske, hvis vi øgede antallet af sendeantenner til to og fastholdt antallet af modtageantenner til én?
Fordi der kun er én modtageantenne, skal de to veje til sidst kombineres til én, hvilket fører til, at sendeantennen kun kan sende de samme data, og transmissionen stadig kun er ét signal. Dette kan faktisk opnå den samme effekt som SIMO, transmissionssystemet kaldes multiple input single output, eller MISO. Denne metode kaldes også emissionsdiversitet.
MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)
Hvis transceiverantennen øges til to på samme tid, er det så muligt uafhængigt at sende to signaler og fordoble hastigheden? Svaret er ja, for fra den tidligere analyse af SIMO og MISO afhænger transmissionskapaciteten af antallet af antenner på begge sider. Og dette multi-modtager multi-transmission system er MIMO.
MIMO-teknologien gør det muligt for flere antenner at sende og modtage flere signaler på samme tid og kan skelne mellem signaler sendt til eller fra forskellige rumlige orienteringer. Gennem rumdelingsmultipleksing og rumdiversitetsteknologi kan systemkapaciteten, dækningen og signal-til-støj-forholdet forbedres uden at øge båndbreddeforbruget.
Hvilke typer MIMO er der?
MIMO er en teknologi, der bruger flere antenner til at sende og modtage signaler, oprindeligt brugt til datatransmission til en enkelt bruger. Men med udviklingen af multi-user transmission teknologi er der opstået en række multi-user MIMO teknologier på basis af MIMO. For at lette differentieringen kaldes Single-user MIMO SU-MIMO (single-user MIMO). Multi-user MIMO-teknologi omfatter hovedsageligt følgende typer.
MU-MIMO(Multi-user MIMO): Tillader senderen at transmittere data til flere brugere samtidigt. Wi-Fi 5-standarden begyndte at understøtte MU-MIMO for 4 brugere, og Wi-Fi 6-standarden øgede antallet af brugere til 8.
CO-MIMO (Kooperativ MIMO):Flere trådløse enheder er formet til et virtuelt multi-antennesystem for at realisere den samtidige transmission af data mellem tilstødende sendeenheder og flere brugere.
Massiv MIMO: Storskala antenneteknologi forbedrer antallet af antenner markant, traditionel MIMO bruger generelt 2 til 8 antenner, mens Massive MIMO kan nå op på 64/128/256 antenner. Det kan i høj grad forbedre systemkapaciteten og transmissionseffektiviteten og er nøgleteknologien til 5G mobilkommunikation.
I store træk kan multi-user MIMO-teknologi klassificeres som MIMO-teknologi, men når vi refererer til MIMO, henviser vi normalt til det traditionelle MIMO-koncept, nemlig SU-MIMO.
Hvordan fungerer MIMO i Wi-Fi?
På Wi-Fi-området er MIMO-teknologien blevet introduceret startende med Wi-Fi 4 (802.11n)-standarden. MIMO bruger hovedsageligt to nøgleteknologier: rumdiversitet og rumdelingsmultipleksing. Uanset om det er diversitetsteknologi eller multipleksingsteknologi, er det en teknologi, der forvandler én data til flere data, som kan klassificeres som rumtidskodningsteknologi.
Rummets mangfoldighed
Ideen med spatial diversity-teknologi er at lave forskellige versioner af den samme datastrøm, kode og modulere dem i forskellige antenner og derefter transmittere dem. Denne datastrøm kan være den oprindelige datastrøm, der skal sendes, eller den kan være en ny datastrøm dannet efter en vis matematisk transformation af den oprindelige datastrøm. Modtageren bruger space-equalizeren til at adskille det modtagne signal, derefter demodulere og afkode og kombinere de forskellige modtagne signaler fra den samme datastrøm for at gendanne det originale signal. Rumlig mangfoldighedsteknologi muliggør mere pålidelig datatransmission.
Rumlig mangfoldighed forbedrer effektivt datatransmissionens pålidelighed og gælder scenarier, hvor transmissionsdistancen er lang, og hastigheden ikke er høj.
Rumdelingsmultipleksing
Space division multiplexing teknologi betyder, at de data, der skal transmitteres, opdeles i flere datastrømme, som kodes og moduleres af forskellige antenner og derefter transmitteres for at forbedre transmissionshastigheden af systemet. Antennerne er uafhængige af hinanden, en antenne svarer til en uafhængig kanal, modtageren bruger en space equalizer til at adskille det modtagne signal, og derefter demoduleres, afkodes, flere datastrømme slås sammen for at genoprette det originale signal.
Space division multiplexing forbedrer effektivt dataoverførselshastigheden og er velegnet til scenarier med korte transmissionsafstande og høje hastighedskrav.
Hvad er M×N MIMO?
I specifikationerne for WLAN-produkter, se normalt en indikator M×N MIMO, også skrevet MTNR, hvad er meningen med denne indikator? Faktisk bruges det til at repræsentere antallet af MIMO-antenner, M repræsenterer antallet af antenner på afsendersiden, N repræsenterer antallet af antenner på modtagesiden. For eksempel betyder 4×3 MIMO, at fire antenner sender og tre antenner modtager.
De fleste af de trådløse hjemmeroutere på markedet kan se flere antenner, én antenne kan ofte understøtte modtagelse og afsendelse, så man kan blot vurdere efter antallet af antenner, antallet af antenner er værdien af M og N. F.eks. en trådløs router med 4 antenner kan betragtes som 4x4 MIMO, selvfølgelig gælder de specifikke produktspecifikationer. Jo flere antenner, jo højere ydeevne, jo dyrere er prisen.
I et MIMO-system, hvis antallet af modtagende og modtagende antenner ikke er ens, er antallet af rumlige strømme, der kan transmitteres, mindre end eller lig med antallet af mindre antenner i modtage-/sendeenden. For eksempel kan et 4×4 (4T4R) MIMO-system transmittere fire eller færre rumlige strømme, mens et 3×2 (3T2R) MIMO-system kan transmittere to eller en rumlig strøm.
I praktiske applikationer har aps en tendens til at have et større antal antenner, lige fra 4 antenner til 16 antenner, men terminaler (såsom mobiltelefoner) har normalt kun 1-2 antenner. Selvom antenneteknologien konstant forbedres, men begrænset af størrelsen af terminalproduktet, selvom den kan rumme 1-2 antenner, er den langt mindre end antallet af AP-antenner, hvilket betyder, at antallet af rumlige strømme, der kan transmitteres, er begrænset af terminalen, hvilket resulterer i, at hastigheden af stigningen i antallet af rumlige strømme ikke kan nydes fuldt ud, hvilket resulterer i spild af antenne ressourcer på AP. Heldigvis er multi-user MIMO-teknologi dukket op og løst dette problem, såsom MU-MIMO, som gør det muligt for en AP at transmittere signaler med flere terminaler på samme tid, og det samlede antal antenner på flere terminaler er lig med antallet af antenner af AP, så AP'ens evne kan afspilles fuldt ud.
