MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) je tehnologija koja koristi više antena za slanje i primanje signala u polju bežične komunikacije. MIMO tehnologija se uglavnom koristi u oblasti Wi-Fi (WiFi) i mobilne komunikacije, što može efikasno poboljšati kapacitet sistema, pokrivenost i odnos signal-šum. Uopšteno govoreći, M×N MIMO znači da postoji M antena na kraju odašiljanja i N antena na kraju prijema.
Od SISO do MIMO
SISO (single-input single-output)
Prije nego što uvedemo MIMO, moramo objasniti šta je SISO. SISO je jednostruki sistem za slanje i prijem, jedan ulaz i jedan izlazni sistem, put između predajne i prijemne antene je jedinstven, a prenos je 1 signal. U bežičnim sistemima svaki signal definiramo kao prostorni tok.
Budući da je put između odašiljačke i prijemne antene jedinstven, takav prijenosni sistem je nepouzdan i brzina prijenosa je ograničena.
SIMO (jedan ulaz i više izlaza)
Kako bi se promijenila nepouzdanost i ograničena situacija SISO-a, na terminalu je dodana antena, tako da prijemna strana može primiti dva signala u isto vrijeme, odnosno jedno slanje i primanje više. Takav prenosni sistem je jedan ulaz i više izlaza, odnosno SIMO.
Iako postoje dva signala, dva signala se šalju sa iste predajne antene, tako da su podaci koji se šalju isti, a prenos je i dalje samo jedan signal. Na ovaj način nije bitno da li je dio jednog signala izgubljen, sve dok terminal može primiti kompletne podatke od drugog signala. Iako je maksimalni kapacitet i dalje jedan put, pouzdanost je udvostručena. Ovaj pristup se naziva raznolikost prijema.
MISO (višestruki ulaz i jedan izlaz)
Ako promijenimo način na koji razmišljamo o tome, šta bi se dogodilo kada bismo povećali broj predajnih antena na dvije, a broj prijemnih antena zadržali na jednu?
Budući da postoji samo jedna prijemna antena, dvije putanje na kraju moraju biti spojene u jednu, što dovodi do toga da antena za odašiljanje može slati samo iste podatke, a prijenos je i dalje samo jedan signal. Ovo zapravo može postići isti efekat kao SIMO, sistem prenosa se zove višestruki ulaz, pojedinačni izlaz, ili MISO. Ova metoda se još naziva i diverzitet emisije.
MIMO (višestruki ulaz i više izlaza)
Ako se antena primopredajnika poveća na dvije u isto vrijeme, da li je moguće samostalno poslati dva signala i udvostručiti brzinu? Odgovor je da, jer iz prethodne analize SIMO i MISO, kapacitet prenosa zavisi od broja antena sa obe strane. A ovaj sistem višestrukog prijenosa sa više prijemnika je MIMO.
MIMO tehnologija omogućava više antena da šalju i primaju više signala u isto vrijeme, i može razlikovati signale koji se šalju u ili iz različitih prostornih orijentacija. Putem multipleksiranja prostorne podjele i tehnologije prostornog diverziteta, kapacitet sistema, pokrivenost i omjer signal-šum mogu se poboljšati bez povećanja potrošnje propusnog opsega.
Koje su vrste MIMO?
MIMO je tehnologija koja koristi više antena za slanje i primanje signala, prvobitno korištenih za prijenos podataka jednom korisniku. Međutim, s razvojem tehnologije prijenosa za više korisnika, na bazi MIMO-a su se pojavile razne višekorisničke MIMO tehnologije. Kako bi se olakšala diferencijacija, jednokorisnički MIMO se naziva SU-MIMO (single-user MIMO). Višekorisnička MIMO tehnologija uglavnom uključuje sljedeće tipove.
MU-MIMO (Multi-user MIMO):Omogućava predajniku da prenosi podatke više korisnika istovremeno. Wi-Fi 5 standard je počeo da podržava MU-MIMO za 4 korisnika, a standard Wi-Fi 6 povećao je broj korisnika na 8.
CO-MIMO (kooperativni MIMO):Više bežičnih uređaja formirano je u virtuelni sistem sa više antena kako bi se realizovao simultani prenos podataka između susednih uređaja za prenos i više korisnika.
Massive MIMO:Velika antenska tehnologija uvelike poboljšava broj antena, tradicionalni MIMO uglavnom koristi 2 do 8 antena, dok Massive MIMO može doseći 64/128/256 antena. Može uvelike poboljšati kapacitet sistema i efikasnost prijenosa, te je ključna tehnologija 5G mobilne komunikacije.
Uopšteno govoreći, višekorisnička MIMO tehnologija se može klasifikovati kao MIMO tehnologija, ali kada govorimo o MIMO, obično se pozivamo na tradicionalni MIMO koncept, odnosno SU-MIMO.
Kako MIMO radi u Wi-Fi?
U Wi-Fi polju, MIMO tehnologija je uvedena počevši od Wi-Fi 4 (802.11n) standarda. MIMO uglavnom koristi dvije ključne tehnologije: svemirski diverzitet i multipleksiranje prostorne podjele. Bilo da se radi o tehnologiji raznolikosti ili tehnologiji multipleksiranja, to je tehnologija koja pretvara jedan podatak u više podataka, koji se mogu klasificirati kao prostorno-vremenska tehnologija kodiranja.
Svemirska raznolikost
Ideja tehnologije prostorne raznolikosti je napraviti različite verzije istog toka podataka, kodirati ih i modulirati u različitim antenama, a zatim ih prenositi. Ovaj tok podataka može biti originalni tok podataka koji se šalje ili može biti novi tok podataka formiran nakon određene matematičke transformacije izvornog toka podataka. Prijemnik koristi prostorni ekvilajzer da odvoji primljeni signal, zatim demodulira i dekodira i kombinuje različite primljene signale istog toka podataka da povrati originalni signal. Tehnologija prostorne raznolikosti omogućava pouzdaniji prijenos podataka.
Prostorna raznolikost efektivno poboljšava pouzdanost prijenosa podataka i primjenjuje se na scenarije gdje je udaljenost prijenosa velika, a brzina nije visoka.
Multipleksiranje s podjelom prostora
Tehnologija multipleksiranja sa podjelom u svemir znači da se podaci koji se prenose dijele na više tokova podataka, koji se kodiraju i moduliraju različitim antenama, a zatim se prenose, kako bi se poboljšala brzina prijenosa sistema. Antene su nezavisne jedna od druge, antena je ekvivalentna nezavisnom kanalu, prijemnik koristi prostorni ekvilajzer da odvoji primljeni signal, a zatim demodulira, dekodira, nekoliko tokova podataka spojeno da bi se povratio originalni signal.
Multipleksiranje svemirske podjele efikasno poboljšava brzinu prijenosa podataka i pogodno je za scenarije sa kratkim udaljenostima prijenosa i zahtjevima za velikom brzinom.
Šta je M×N MIMO?
U specifikacijama WLAN proizvoda obično vidite indikator M×N MIMO, takođe napisan MTNR, šta znači ovaj indikator? U stvari, koristi se za predstavljanje broja MIMO antena, M predstavlja broj antena na strani koja šalje, N predstavlja broj antena na strani prijema. Na primjer, 4×3 MIMO znači četiri antene za odašiljanje i tri antene za prijem.
Većina kućnih bežičnih rutera na tržištu može vidjeti nekoliko antena, jedna antena često može podržavati prijem i slanje, tako da možete jednostavno suditi prema broju antena, broj antena je vrijednost M i N. Na primjer, bežični ruter sa 4 antene može se smatrati 4x4 MIMO, naravno, prevladavaju specifične specifikacije proizvoda. Što je više antena, to su performanse veće, cijena je skuplja.
U MIMO sistemu, ako broj prijemnih i prijemnih antena nije jednak, broj prostornih tokova koji se mogu emitovati je manji ili jednak broju manjih antena na prijemnoj/slanoj strani. Na primjer, 4×4 (4T4R) MIMO sistem može prenositi četiri ili manje prostornih tokova, dok 3×2 (3T2R) MIMO sistem može prenositi dva ili jedan prostorni tok.
U praktičnim aplikacijama, aplikatori imaju tendenciju da imaju veći broj antena, u rasponu od 4 antene do 16 antena, ali terminali (kao što su mobilni telefoni) obično imaju samo 1-2 antene. Čak i ako se antenska tehnologija stalno unapređuje, ali ograničena veličinom terminalnog proizvoda, čak i ako može da primi 1-2 antene, to je daleko manje od broja antena AP-a, što znači da je broj prostornih streamovi koji se mogu odašiljati su ograničeni terminalom, što rezultira činjenicom da se stopa povećanja broja prostornih tokova ne može u potpunosti uživati, što rezultira gubitkom antene resursi na AP. Srećom, pojavila se i riješila ovaj problem višekorisnička MIMO tehnologija, kao što je MU-MIMO, koja omogućava AP-u da prenosi signale sa više terminala u isto vrijeme, a ukupan broj antena više terminala je jednak broju antene AP-a, tako da se mogućnosti AP-a mogu u potpunosti odigrati.
