MIMO

MIMO: технологія мультивхід мультивихід, яка використовує відбиті сигнали кількох антен і забезпечує виграш у надійності та пропускній спроможності каналу.

Multiple Input Multiple Output або MIMO - це технологія радіозв'язку, яка згадується та використовується у багатьох мережних пристроях.

Wi-Fi, LTE; Long Term Evolution та багато інших радіо-, бездротових та радіочастотних технологій використовують MIMO для забезпечення збільшеної пропускної спроможності та спектральної ефективності у поєднанні з покращеною надійністю каналу зв'язку.

Зараз на ринку існує багато бездротових маршрутизаторів , точок доступу , антен MIMO , і в міру того, як ця технологія RF поширюється, буде ще більше елементів бездротового обладнання з MIMO.

Оскільки технологія складна, багато інженерів запитують, що таке MIMO і як це працює?

Розробка та історія MIMO

Технологія MIMO розроблялася багато років. Мало того, що було реалізовано основні концепції MIMO, на додаток до них необхідно було розробити нові технології. Нові рівні обробки були потрібні, щоб дозволити використовувати деякі функції просторового мультиплексування, а також деякі з переваг просторового розмаїття.

До 1990-х років просторове рознесення часто обмежувалося системами, які перемикалися між двома антена або об'єднували сигнали для забезпечення найкращого сигналу. Також були реалізовані різні форми перемикання променя, але з урахуванням рівнів обробки та доступних ступенів обробки системи в цілому були відносно обмеженими.

Однак з додатковими рівнями потужності обробки, які стали доступними, можна було використовувати просторове рознесення, і повне просторове мультиплексування.

Початкова робота над системами MIMO була зосереджена на основному просторовому рознесенні - тут система MIMO використовувалася для обмеження деградації, викликаної багатопроменевим поширенням. Однак це був тільки перший крок, оскільки система почала використовувати перевагу багатопроменевого поширення на користь, перетворюючи додаткові шляхи сигналу на те, що можна ефективно розглядати як додаткові канали для перенесення додаткових даних.

Два дослідники: Ароджіасуоміте Полрадж і Томас Кейлат вперше запропонували використовувати просторове мультиплексування з використанням MIMO у 1993 році, а наступного року отримали їхній патент США.

Проте Bell Labs вперше продемонструвала лабораторний прототип просторового мультиплексування у 1998 році.

Основи MIMO

На канал може вплинути завмирання, і це змінює відношення сигналу/шуму, що в свою чергу впливає на частоту помилок. Принцип рознесення полягає в наданні приймачеві декількох версій одного й того сигналу. Якщо вони можуть торкнутися по-різному сигнальним шляхом, ймовірність того, що всі вони торкнуться одночасно, значно скоротиться. Відповідно, різноманітність допомагає стабілізувати зв'язок та підвищує продуктивність, зменшуючи частоту помилок.

Доступні кілька різних режимів рознесення та забезпечується ряд переваг:

• Рознесення за часом : використовуючи рознесення за часом, повідомлення може бути передано в різний час, наприклад, використовуючи різні часові інтервали та канальне кодування.

• Частотне рознесення : ця форма рознесення використовує різні частоти. Він може бути у формі використання різних каналів чи технологій, таких як розширений спектр/OFDM.

• Просторове рознесення : Як основа для MIMO є просторове рознесення, яке за допомогою антен, розташованих у різних положеннях, використовує переваги різних радіоканалів, що існують у типовому наземному середовищі.

MIMO є технологією радіоантени, оскільки він використовує кілька антен у передавачі та приймачі, щоб дозволити різним трактам сигналів переносити дані, вибираючи окремі шляхи для кожної антени, щоб можна було використовувати кілька сигнальних шляхів.

Загальна схема системи MIMO

Одна з основних ідей, що лежать в основі обробки сигналів просторово-часових бездротових систем MIMO, протягом яких природний розмір даних цифрового зв'язку доповнюється просторовим виміром, притаманним використанню безлічі розподілених антен, тобто використання декількох антен, розташованих на різних точках. Відповідно бездротові системи MIMO можна розглядати як логічне розширення для інтелектуальних антен, які вже багато років використовуються для покращення бездротового зв'язку.

Перебуваючи між передавачем та приймачем, сигнал може приймати багато шляхів. Крім того, переміщуючи антени навіть на невелику відстань, доріжки, що використовуються, будуть змінюватися. Різноманітність доступних шляхів відбувається в результаті кількості об'єктів, які з'являються збоку або навіть прямою дорогою між передавачем і приймачем. Раніше ці численні шляхи служили лише запровадження перешкод. З MIMO, ці додаткові шляхи можуть бути використані з користю, для забезпечення додаткової надійності для радіолінії шляхом покращення відносин сигнал / шум або збільшення пропускної спроможності каналу зв'язку.

Нижче наведено два основні формати MIMO:

• Просторове рознесення : просторове рознесення, що використовується в цьому вужчому сенсі, часто відноситься до рознесення передачі та прийому. Ці дві методології використовуються для покращення відносин сигнал / шум, і вони характеризуються поліпшенням надійності системи по відношенню до різних форм завмирання.

• Просторове мультиплексування : ця форма MIMO використовується забезпечення додаткової ємності даних методом використання різних шляхів для перенесення додаткового трафіку, тобто збільшення пропускної спроможності даних.

В результаті використання декількох антен бездротова технологія MIMO здатна значно збільшити пропускну здатність даного каналу, все ще підкоряючись закону Шеннона. Збільшуючи кількість приймальних та передаючих антен, можна лінійно збільшити пропускну здатність каналу з кожною парою антен, доданих до системи. Це робить бездротову технологію MIMO однією з найважливіших бездротових технологій, які будуть використовуватися останніми роками. Оскільки спектральна смуга пропускання стає дедалі ціннішим товаром для систем радіозв'язку, необхідні методи ефективнішого використання доступної смуги пропускання. Бездротова технологія MIMO є одним із цих методів.