MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) is een technologie die meerdere antennes gebruikt om signalen te verzenden en te ontvangen op het gebied van draadloze communicatie. MIMO-technologie wordt voornamelijk gebruikt op het gebied van Wi-Fi (WiFi) en mobiele communicatie, waardoor de systeemcapaciteit, dekking en signaal-ruisverhouding effectief kunnen worden verbeterd. Over het algemeen betekent M×N MIMO dat er M antennes zijn aan de zendende kant en N antennes aan de ontvangende kant.
Van SISO tot MIMO
SISO (Single-Input Single-Output)
Voordat we MIMO introduceren, moeten we uitleggen wat SISO is. SISO is een enkelvoudig zend- en ontvangstsysteem, is een enkel invoer- en enkel uitvoersysteem, het pad tussen de zendantenne en de ontvangende antenne is uniek en de transmissie is 1 signaal. In draadloze systemen definiëren we elk signaal als een ruimtelijke stroom.
Omdat het pad tussen de zend- en ontvangstantenne uniek is, is een dergelijk transmissiesysteem onbetrouwbaar en is de transmissiesnelheid beperkt.
SIMO (enkele invoer, meerdere uitvoer)
Om de onbetrouwbaarheid en beperkte situatie van SISO te veranderen, wordt een antenne aan de terminal toegevoegd, zodat de ontvangende kant twee signalen tegelijkertijd kan ontvangen, dat wil zeggen één keer verzenden en meer ontvangen. Een dergelijk transmissiesysteem is een enkele invoer met meerdere uitvoer, dat wil zeggen SIMO.
Hoewel er twee signalen zijn, worden de twee signalen verzonden vanaf dezelfde zendantenne, zodat de verzonden gegevens hetzelfde zijn en de verzending nog steeds slechts één signaal is. Op deze manier maakt het niet uit of een deel van het ene signaal verloren gaat, zolang de terminal maar volledige gegevens van het andere signaal kan ontvangen. Hoewel de maximale capaciteit nog steeds één pad is, wordt de betrouwbaarheid verdubbeld. Deze aanpak wordt ontvangstdiversiteit genoemd.
MISO (meerdere invoer, enkele uitvoer)
Als we de manier waarop we erover denken veranderen, wat zou er dan gebeuren als we het aantal zendantennes zouden verhogen tot twee en het aantal ontvangende antennes zouden behouden tot één?
Omdat er maar één ontvangstantenne is, moeten de twee paden uiteindelijk tot één worden gecombineerd, wat ertoe leidt dat de zendantenne alleen dezelfde gegevens kan verzenden, en de overdracht nog steeds slechts één signaal is. Dit kan feitelijk hetzelfde effect bereiken als SIMO, het transmissiesysteem wordt multiple input single output of MISO genoemd. Deze methode wordt ook wel emissiediversiteit genoemd.
MIMO (meerdere invoer en meerdere uitvoer)
Als de zendontvangerantenne wordt vergroot naar twee tegelijk, is het dan mogelijk om onafhankelijk twee signalen te verzenden en de snelheid te verdubbelen? Het antwoord is ja, want uit de eerdere analyse van SIMO en MISO is de transmissiecapaciteit afhankelijk van het aantal antennes aan beide kanten. En dit meervoudige transmissiesysteem met meerdere ontvangers is MIMO.
Met MIMO-technologie kunnen meerdere antennes tegelijkertijd meerdere signalen verzenden en ontvangen, en kunnen ze onderscheid maken tussen signalen die van of naar verschillende ruimtelijke oriëntaties worden verzonden. Door middel van Space Division Multiplexing en Space Diversity-technologie kunnen de systeemcapaciteit, dekking en signaal-ruisverhouding worden verbeterd zonder het bandbreedteverbruik te verhogen.
Wat zijn de soorten MIMO?
MIMO is een technologie die meerdere antennes gebruikt om signalen te verzenden en te ontvangen, oorspronkelijk gebruikt voor gegevensoverdracht naar één gebruiker. Met de ontwikkeling van transmissietechnologie voor meerdere gebruikers is er echter een verscheidenheid aan MIMO-technologieën voor meerdere gebruikers ontstaan op basis van MIMO. Om het onderscheid te vergemakkelijken wordt de Single-user MIMO SU-MIMO (single-user MIMO) genoemd. MIMO-technologie voor meerdere gebruikers omvat voornamelijk de volgende typen.
MU-MIMO (MIMO voor meerdere gebruikers):Hiermee kan de zender tegelijkertijd gegevens naar meerdere gebruikers verzenden. De Wi-Fi 5-standaard begon MU-MIMO voor 4 gebruikers te ondersteunen, en de Wi-Fi 6-standaard verhoogde het aantal gebruikers naar 8.
CO-MIMO(Coöperatieve MIMO):Meerdere draadloze apparaten worden gevormd tot een virtueel systeem met meerdere antennes om de gelijktijdige overdracht van gegevens tussen aangrenzende zendapparaten en meerdere gebruikers te realiseren.
Massieve MIMO: Grootschalige antennetechnologie verbetert het aantal antennes aanzienlijk, traditionele MIMO gebruikt over het algemeen 2 tot 8 antennes, terwijl Massive MIMO 64/128/256 antennes kan bereiken. Het kan de systeemcapaciteit en transmissie-efficiëntie aanzienlijk verbeteren en is de belangrijkste technologie van 5G mobiele communicatie.
In grote lijnen kan multi-user MIMO-technologie worden geclassificeerd als MIMO-technologie, maar als we het over MIMO hebben, bedoelen we meestal het traditionele MIMO-concept, namelijk SU-MIMO.
Hoe werkt MIMO in wifi?
Op Wi-Fi-gebied is MIMO-technologie geïntroduceerd, te beginnen met de Wi-Fi 4 (802.11n)-standaard. MIMO maakt hoofdzakelijk gebruik van twee sleuteltechnologieën: ruimtediversiteit en multiplexing in de ruimteverdeling. Of het nu gaat om diversiteitstechnologie of multiplextechnologie, het is een technologie die één gegevens omzet in meerdere gegevens, die kunnen worden geclassificeerd als ruimte-tijdcoderingstechnologie.
Diversiteit in de ruimte
Het idee van ruimtelijke diversiteitstechnologie is om verschillende versies van dezelfde datastroom te maken, deze in verschillende antennes te coderen en te moduleren, en ze vervolgens te verzenden. Deze datastroom kan de originele datastroom zijn die moet worden verzonden, of het kan een nieuwe datastroom zijn die is gevormd na een bepaalde wiskundige transformatie van de originele datastroom. De ontvanger gebruikt de ruimte-equalizer om het ontvangen signaal te scheiden, vervolgens te demoduleren en decoderen, en de verschillende ontvangen signalen van dezelfde datastroom te combineren om het originele signaal te herstellen. Ruimtelijke diversiteitstechnologie maakt een betrouwbaardere gegevensoverdracht mogelijk.
Ruimtelijke diversiteit verbetert effectief de betrouwbaarheid van datatransmissie en is van toepassing op scenario's waarin de transmissieafstand lang is en de snelheid niet hoog.
Multiplexing van ruimteverdeling
Space Division Multiplexing-technologie betekent dat de te verzenden gegevens worden verdeeld in meerdere gegevensstromen, die worden gecodeerd en gemoduleerd door verschillende antennes, en vervolgens worden verzonden, om de transmissiesnelheid van het systeem te verbeteren. De antennes zijn onafhankelijk van elkaar, een antenne is gelijk aan een onafhankelijk kanaal, de ontvanger gebruikt een ruimte-equalizer om het ontvangen signaal te scheiden, en vervolgens gedemoduleerd, gedecodeerd, verschillende datastromen samengevoegd om het oorspronkelijke signaal te herstellen.
Space Division Multiplexing verbetert effectief de datatransmissiesnelheid en is geschikt voor scenario's met korte transmissieafstanden en hoge snelheidsvereisten.
Wat is M×N MIMO?
In de specificaties van WLAN-producten ziet u meestal een indicator M×N MIMO, ook wel MTNR geschreven, wat is de betekenis van deze indicator? In feite wordt het gebruikt om het aantal MIMO-antennes weer te geven, M staat voor het aantal antennes aan de zendende kant, N staat voor het aantal antennes aan de ontvangende kant. 4×3 MIMO betekent bijvoorbeeld dat vier antennes zenden en drie antennes ontvangen.
De meeste draadloze routers voor thuis op de markt kunnen meerdere antennes zien, één antenne kan vaak ontvangen en verzenden ondersteunen, dus u kunt eenvoudig oordelen op basis van het aantal antennes, het aantal antennes is de waarde van M en N. Bijvoorbeeld: een draadloze router met 4 antennes kan als 4x4 MIMO worden beschouwd, uiteraard gelden de specifieke productspecificaties. Hoe meer antennes, hoe hoger de prestaties, hoe duurder de prijs.
Als in een MIMO-systeem het aantal ontvangende en ontvangende antennes niet gelijk is, is het aantal ruimtelijke stromen dat kan worden verzonden kleiner dan of gelijk aan het aantal kleinere antennes aan de ontvangende/zendende kant. Een 4×4 (4T4R) MIMO-systeem kan bijvoorbeeld vier of minder ruimtelijke stromen verzenden, terwijl een 3×2 (3T2R) MIMO-systeem twee of één ruimtelijke stromen kan verzenden.
In praktische toepassingen hebben aps meestal een groter aantal antennes, variërend van 4 antennes tot 16 antennes, maar terminals (zoals mobiele telefoons) hebben meestal slechts 1-2 antennes. Ook al wordt de antennetechnologie voortdurend verbeterd, maar beperkt door de omvang van het eindproduct, zelfs als er ruimte is voor 1-2 antennes, is deze veel minder dan het aantal antennes van AP, wat betekent dat het aantal ruimtelijke streams die kunnen worden verzonden, worden beperkt door de terminal, wat resulteert in het feit dat de snelheid van de toename van het aantal ruimtelijke streams niet volledig kan worden benut, wat resulteert in de verspilling van antennebronnen op AP. Gelukkig is er multi-user MIMO-technologie ontstaan die dit probleem heeft opgelost, zoals MU-MIMO, waarmee een AP signalen met meerdere terminals tegelijk kan verzenden, en het totale aantal antennes van meerdere terminals gelijk is aan het aantal antennes van AP, zodat de mogelijkheden van het AP volledig kunnen worden afgespeeld.
