MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) är en teknik som använder flera antenner för att skicka och ta emot signaler inom området trådlös kommunikation. MIMO-tekniken används främst inom området Wi-Fi (WiFi) och mobilkommunikation, vilket effektivt kan förbättra systemkapacitet, täckning och signal-brusförhållande. Generellt sett betyder M×N MIMO att det finns M antenner i sändningsänden och N antenner i mottagningsänden.
Från SISO till MIMO
SISO(Single-Input Single-Output)
Innan vi introducerar MIMO måste vi förklara vad SISO är. SISO är en enkel sändning och mottagning, är ett system med en ingång och en enda utgång, vägen mellan den sändande antennen och den mottagande antennen är unik, och överföringen är en signal. I trådlösa system definierar vi varje signal som en Spatial Stream.
Eftersom vägen mellan den sändande och den mottagande antennen är unik är ett sådant överföringssystem opålitligt och överföringshastigheten är begränsad.
SIMO (Single-Input Multiple-Output)
För att ändra opålitligheten och den begränsade situationen för SISO läggs en antenn till vid terminalen, så att den mottagande änden kan ta emot två signaler samtidigt, det vill säga ensända och ta emot fler. Ett sådant överföringssystem är en multipelutgång med enkel ingång, det vill säga SIMO.
Även om det finns två signaler sänds de två signalerna från samma sändarantenn, så data som skickas är densamma och överföringen är fortfarande bara en signal. På så sätt spelar det ingen roll om en del av en signal går förlorad, så länge terminalen kan ta emot fullständig data från den andra signalen. Även om den maximala kapaciteten fortfarande är en väg, är tillförlitligheten fördubblad. Detta tillvägagångssätt kallas mottagningsmångfald.
MISO(Multiple-Input Single-Output)
Om vi ändrar vårt sätt att tänka kring det, vad skulle hända om vi ökade antalet sändande antenner till två och bibehöll antalet mottagningsantenner till en?
Eftersom det bara finns en mottagande antenn måste de två vägarna så småningom kombineras till en, vilket leder till att den sändande antennen bara kan skicka samma data, och överföringen är fortfarande bara en signal. Detta kan faktiskt uppnå samma effekt som SIMO, transmissionssystemet kallas multiple input single output, eller MISO. Denna metod kallas även emissionsdiversitet.
MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)
Om transceiverantennen ökas till två samtidigt, är det möjligt att oberoende skicka två signaler och fördubbla hastigheten? Svaret är ja, för från den tidigare analysen av SIMO och MISO beror överföringskapaciteten på antalet antenner på båda sidor. Och detta system med flera mottagare med flera överföringar är MIMO.
MIMO-tekniken tillåter flera antenner att skicka och ta emot flera signaler samtidigt, och kan skilja mellan signaler som skickas till eller från olika rumsliga orienteringar. Genom rymddelningsmultiplexering och rymddiversitetsteknik kan systemkapaciteten, täckningen och signal-brusförhållandet förbättras utan att öka bandbreddsförbrukningen.
Vilka typer av MIMO finns det?
MIMO är en teknik som använder flera antenner för att skicka och ta emot signaler, som ursprungligen användes för dataöverföring till en enda användare. Men med utvecklingen av fleranvändaröverföringsteknologi har en mängd olika multianvändar-MIMO-tekniker uppstått på basis av MIMO. För att underlätta differentieringen kallas Single-user MIMO SU-MIMO (single-user MIMO). MIMO-teknik för flera användare inkluderar huvudsakligen följande typer.
MU-MIMO(MIMO för flera användare): Tillåter sändaren att överföra data till flera användare samtidigt. Wi-Fi 5-standarden började stödja MU-MIMO för 4 användare, och Wi-Fi 6-standarden ökade antalet användare till 8.
CO-MIMO(Kooperativ MIMO):Flera trådlösa enheter formas till ett virtuellt multi-antennsystem för att realisera samtidig överföring av data mellan intilliggande sändande enheter och flera användare.
Massiv MIMO: Storskalig antennteknik förbättrar antalet antenner avsevärt, traditionell MIMO använder i allmänhet 2 till 8 antenner, medan Massive MIMO kan nå 64/128/256 antenner. Det kan avsevärt förbättra systemkapaciteten och överföringseffektiviteten och är nyckeltekniken för 5G-mobilkommunikation.
I stora drag kan fleranvändar-MIMO-teknik klassas som MIMO-teknik, men när vi refererar till MIMO hänvisar vi vanligtvis till det traditionella MIMO-konceptet, nämligen SU-MIMO.
Hur fungerar MIMO i Wi-Fi?
Inom Wi-Fi-området har MIMO-teknik introducerats från och med Wi-Fi 4 (802.11n)-standarden. MIMO använder huvudsakligen två nyckelteknologier: rymddiversitet och rymddivisionsmultiplex. Oavsett om det är mångfaldsteknik eller multiplexeringsteknik är det en teknik som förvandlar en data till flera data, som kan klassificeras som rymdtidskodningsteknik.
Rymdens mångfald
Tanken med spatial diversity-teknologi är att göra olika versioner av samma dataström, koda och modulera dem i olika antenner och sedan överföra dem. Denna dataström kan vara den ursprungliga dataströmmen som ska skickas, eller så kan den vara en ny dataström som bildas efter en viss matematisk transformation av den ursprungliga dataströmmen. Mottagaren använder rymdutjämnaren för att separera den mottagna signalen, sedan demodulera och avkoda och kombinera de olika mottagna signalerna från samma dataström för att återställa den ursprungliga signalen. Teknik för rumslig mångfald möjliggör mer tillförlitlig dataöverföring.
Rumslig mångfald förbättrar effektivt dataöverföringens tillförlitlighet och gäller scenarier där överföringsavståndet är långt och hastigheten inte hög.
Space division multiplexing
Rymddelningsmultiplexeringsteknik innebär att data som ska överföras delas upp i flera dataströmmar, som kodas och moduleras av olika antenner och sedan sänds för att förbättra systemets överföringshastighet. Antennerna är oberoende av varandra, en antenn är ekvivalent med en oberoende kanal, mottagaren använder en rymdutjämnare för att separera den mottagna signalen, och demoduleras, avkodas, flera dataströmmar slås samman för att återställa den ursprungliga signalen.
Space division multiplexing förbättrar effektivt dataöverföringshastigheten och är lämplig för scenarier med korta överföringsavstånd och höga hastighetskrav.
Vad är M×N MIMO?
I specifikationerna för WLAN-produkter, se vanligtvis en indikator M×N MIMO, även skriven MTNR, vad är meningen med denna indikator? Faktum är att det används för att representera antalet MIMO-antenner, M representerar antalet antenner på sändningssidan, N representerar antalet antenner på den mottagande sidan. Till exempel betyder 4×3 MIMO fyra antenner sänder och tre antenner tar emot.
De flesta av de trådlösa hemroutrarna på marknaden kan se flera antenner, en antenn kan ofta stödja mottagning och sändning, så du kan helt enkelt bedöma efter antalet antenner, antalet antenner är värdet på M och N. T.ex. en trådlös router med 4 antenner kan betraktas som 4x4 MIMO, naturligtvis, de specifika produktspecifikationerna råder. Ju fler antenner, desto högre prestanda, desto dyrare pris.
I ett MIMO-system, om antalet mottagande och mottagande antenner inte är lika, är antalet rumsliga strömmar som kan sändas mindre än eller lika med antalet mindre antenner i den mottagande/sändande änden. Till exempel kan ett 4×4 (4T4R) MIMO-system sända fyra eller färre rumsliga strömmar, medan ett 3×2 (3T2R) MIMO-system kan sända två eller en rumslig ström.
I praktiska tillämpningar tenderar aps att ha ett större antal antenner, allt från 4 antenner till 16 antenner, men terminaler (som mobiltelefoner) har vanligtvis bara 1-2 antenner. Även om antenntekniken ständigt förbättras, men begränsas av storleken på terminalprodukten, även om den kan rymma 1-2 antenner, är den mycket mindre än antalet antenner för AP, vilket innebär att antalet rumsliga strömmar som kan sändas begränsas av terminalen, vilket resulterar i det faktum att ökningstakten i antalet rumsliga strömmar inte kan avnjutas fullt ut, vilket resulterar i slöseri med antenn resurser på AP. Lyckligtvis har fleranvändar-MIMO-teknik uppstått och löst detta problem, såsom MU-MIMO, som gör att en AP kan sända signaler med flera terminaler samtidigt, och det totala antalet antenner för flera terminaler är lika med antalet AP:s antenner, så att AP:ns förmåga kan spelas fullt ut.
