MIMO

MIMO: технология мультивход мультивыход, которая использует отраженные сигналы нескольких антенн и обеспечивает выигрыш в надежности и пропускной способности канала.

Multiple Input Multiple Output или MIMO - это технология радиосвязи, которая упоминается и используется во многих сетевых устройствах.

Wi-Fi, LTE; Long Term Evolution и многие другие радио-, беспроводные и радиочастотные технологии используют MIMO для обеспечения увеличенной пропускной способности и спектральной эффективности в сочетании с улучшенной надежностью канала связи.

Cейчас на рынке существует много беспроводных маршрутизаторов, точек доступа, антенн MIMO, и по мере того, как эта технология RF распространяется, будет еще больше элементов беспроводного оборудования  с MIMO.

Поскольку технология сложна, многие инженеры спрашивают, что же такое MIMO и как это работает?

Разработка и история MIMO

Технология MIMO разрабатывалась на протяжении многих лет. Мало того, что были реализованы основные концепции MIMO, в дополнение к ним необходимо было разработать новые технологии. Новые уровни обработки были необходимы, чтобы позволить использовать некоторые функции пространственного мультиплексирования, а также некоторые из преимуществ пространственного разнообразия.

До 1990-х годов пространственное разнесение часто ограничивалось системами, которые переключались между двумя антеннами или объединяли сигналы для обеспечения наилучшего сигнала. Также были реализованы различные формы переключения луча, но с учетом уровней обработки и доступных степеней обработки, системы в целом были относительно ограниченными.

Однако с дополнительными уровнями мощности обработки, которые стали доступны, можно было использовать как пространственное разнесение, так и полное пространственное мультиплексирование.

Первоначальная работа над системами MIMO была сосредоточена на основном пространственном разнесении - здесь система MIMO использовалась для ограничения деградации, вызванной многолучевым распространением. Однако это был только первый шаг, так как система начала использовать преимущество многолучевого распространения в интересах, превращая дополнительные пути сигнала в то, что можно эффективно рассматривать как дополнительные каналы для переноса дополнительных данных.

Два исследователя: Ароджиасуомите Полрадж и Томас Кейлат впервые предложили использовать пространственное мультиплексирование с использованием MIMO в 1993 году, а в следующем году получили их патент США.

Тем не менее, Bell Labs впервые продемонстрировала лабораторный прототип пространственного мультиплексирования в 1998 году.

Основы MIMO

На канал может повлиять замирание, и это изменяет отношение сигнал / шум, что в свою очередь влияет на частоту ошибок. Принцип разнесения заключается в предоставлении приемнику нескольких версий одного и того же сигнала. Если они могут быть затронуты по-разному сигнальным путем, вероятность того, что все они будут затронуты одновременно, значительно сократится. Соответственно, разнообразие помогает стабилизировать связь и повышает производительность, уменьшая частоту ошибок.

Доступны несколько различных режимов разнесения и обеспечивается ряд преимуществ:

• Разнесение по времени: используя разнесение по времени, сообщение может быть передано в разное время, например используя различные временные интервалы и канальное кодирование.

• Частотное разнесение: эта форма разнесение использует разные частоты. Он может быть в форме использования разных каналов или технологий, таких как расширенный спектр / OFDM.

• Пространственное разнесение: В качестве основы для MIMO есть пространственное разнесение, которое с помощью антенн, расположенных в разных положениях, использует преимущества различных радиоканалов, существующих в типичной наземной среде.

MIMO является технологией радиоантенны, поскольку он использует несколько антенн в передатчике и приемнике, чтобы позволить различным трактам сигналов переносить данные, выбирая отдельные пути для каждой антенны, чтобы можно было использовать несколько сигнальных путей.

Общая схема системы MIMO

Одна из основных идей, лежащих в основе обработки сигналов пространственно-временных беспроводных систем MIMO, в течение которых естественный размер данных цифровой связи дополняется пространственным измерением, присущим использованию множества распределенных антенн, то есть использование нескольких антенн, расположенных на разных точках. Соответственно, беспроводные системы MIMO можно рассматривать как логическое расширение для интеллектуальных антенн, которые уже много лет используются для улучшения беспроводной связи.

Находясь между передатчиком и приемником, сигнал может принимать много путей. Кроме того, перемещая антенны даже на небольшое расстояние, используемые дорожки будут меняться. Разнообразие доступных путей происходит в результате количества объектов, которые появляются сбоку или даже по прямому пути между передатчиком и приемником. Раньше эти множественные пути служили только для введения помех. С MIMO, эти дополнительные пути могут быть использованы с пользой, для обеспечения дополнительной надежности для радиолинии путем улучшения отношения сигнал / шум или увеличения пропускной способности канала связи.

Ниже приведены два основных формата MIMO:

• Пространственное разнесение: пространственное разнесение, используемое в этом более узком смысле, часто относится к разнесению передачи и приема. Эти две методологии используются для улучшения отношения сигнал / шум, и они характеризуются улучшением надежности системы по отношению к различным формам замирания.

• Пространственное мультиплексирование: эта форма MIMO используется для обеспечения дополнительной емкости данных методом использования различных путей для переноса дополнительного трафика, то есть увеличения пропускной способности данных.

В результате использования нескольких антенн беспроводная технология MIMO способна значительно увеличить пропускную способность данного канала, все еще подчиняясь закону Шеннона. Увеличивая количество приемных и передающих антенн, можно линейно увеличить пропускную способность канала с каждой парой антенн, добавленных в систему. Это делает беспроводную технологию MIMO одной из самых важных беспроводных технологий, которые будут использоваться в последние годы. Поскольку спектральная полоса пропускания становится все более ценным товаром для систем радиосвязи, необходимы методы для более эффективного использования доступной полосы пропускания. Беспроводная технология MIMO является одним из этих методов.