MIMO-tehnologija (Multiple Input Multiple Output) - metoda prostorskega kodiranja signala

MIMO (več vhodov in izhodov, večkanalni vhod - večkanalni) - metoda usklajeno uporabo različnih radijskih anten v brezžičnih komunikacijskih omrežij, skupnimi v sodobnih doma širokopasovnih usmerjevalnikov in LTE in WiMAX mobilnimi omrežji.

Kako deluje?

Wi-Fi usmerjevalniki s tehnologijo MIMO uporabljajo iste omrežne protokole kot običajne enokanalne. Zagotavljajo višjo učinkovitost z izboljšanjem učinkovitosti prenosa in sprejema podatkov prek brezžične povezave. Zlasti je omrežni promet med odjemalci in usmerjevalnikom organiziran v ločene tokove, ki se prenašajo vzporedno, in njihovo poznejšo obnovitev s sprejemno napravo.

Tehnologija MIMO lahko poveča pasovno širino, obseg in zanesljivost prenosa pri visoki nevarnosti motenj drugih brezžičnih naprav.

Uporaba v omrežjih Wi-Fi

MIMO tehnologija je vključena v standard z različico 802.11n. Njena uporaba poveča zmogljivost in razpoložljivost omrežnih povezav v primerjavi z običajnimi usmerjevalniki.

Število anten se lahko spreminja. Na primer, MIMO 2x2 ima dve anteni in dva oddajnika, ki sta sposobni sprejemati in prenašati na dva kanala.

Če želite uporabiti to tehnologijo in uresničiti svoje prednosti, mora odjemalna naprava in usmerjevalnik vzpostaviti povezavo MIMO. Dokumentacija za uporabljeno opremo mora navajati, ali podpira to funkcijo. Drug preprost način preverjanja, ali se ta tehnologija uporablja za omrežno povezavo, ni.

SU-MIMO in MU-MIMO

Prva generacija tehnologije predstavljene v standardu 802.11n, ki podpira eno-uporabniški način (SU). V primerjavi z običajnimi rešitvami, ko je treba vse antene usmerjevalnika usklajeno komunicirati z eno stranko napravi, lahko SU-MIMO distribucijo vsaka od njih med različnimi napravami.

Multi-uporabnik (MU) MIMO tehnologija je bila zasnovana za uporabo v omrežjih Wi-Fi 802.11ac 5 GHz. Če je prejšnja standarda zahteva, da upravljajo svoje usmerjevalniki, povezave strank so izmenično (enega po enega), antena MU-MIMO lahko zagotovi komunikacijo z več strankami hkrati. Postopek za več uporabnikov izboljšuje učinkovitost spojin. Vendar, tudi če ima 802.11ac usmerjevalnik potrebno strojno podporo za MIMO tehnologije, obstajajo druge omejitve:

• Podpora za omejeno število sočasnih povezav odjemalcev (2-4), odvisno od konfiguracije antene;
• Koordinacija antene je zagotovljena samo v eni smeri - od usmerjevalnika do odjemalca.

MIMO in celično

Tehnologija se uporablja v različnih vrstah brezžičnih omrežij. Vse bolj se uporablja v celičnih komunikacijah (4G in 5G) v več oblikah:

• Omrežje MIMO - koordiniran prenos signala med baznimi postajami;
• Massive MIMO - uporaba velikega števila (več sto) antene;
• milimetrskih valov - uporaba ultra-frekvenčnih pasov, pri katerih je pasovna širina večja kot v pasovih, ki so licencirani za 3G in 4G.

Večnamenska tehnologija

Če želite razumeti, kako deluje MU-MIMO, morate upoštevati, kako tradicionalni brezžični usmerjevalnik obravnava pakete podatkov. Dobro opravlja pošiljanje in prejemanje podatkov, vendar samo v eni smeri. Z drugimi besedami, lahko le komunicira z eno napravo hkrati. Če je na primer naložen videoposnetek, hkrati ni mogoče predvajati spletne video igre v konzolo.

Uporabnik lahko v omrežju Wi-Fi zažene več naprav in usmerjevalnik jim hitro posreduje podatke. Vendar pa lahko ob istem času dostopa do ene naprave, kar je glavni razlog za zmanjšanje kakovosti povezave, če je pasovna širina Wi-Fi prenizka.

Ker to deluje, ne posveča veliko pozornosti sebi. Kljub temu lahko povečamo učinkovitost usmerjevalnika, ki hkrati prenaša podatke na več naprav. Istočasno bo delovala hitreje in zagotavljala zanimive konfiguracije omrežja. Zato je prišlo do razvoja, kot je MU-MIMO, ki je bil sčasoma vključen v sodobne brezžične standarde. Ta razvoj omogoča naprednim usmerjevalnikom, da komunicirajo z več napravami hkrati.

Kratka zgodovina: SU vs MU

Enosmerni in večuporabniški MIMO so različni načini komuniciranja usmerjevalnikov z več napravami. Prvi je starejši. Standard SU je dovolil pošiljanje in prejemanje podatkov na več niti naenkrat, odvisno od števila razpoložljivih anten, od katerih bi lahko vsak deloval z različnimi napravami. SU je bil vključen v posodobitev 802.11n leta 2007 in začel postopno uvajati v nove proizvodne linije.

Vendar je imel SU-MIMO poleg zahtev antene tudi omejitve. Čeprav je mogoče priključiti več naprav, se še vedno ukvarjajo z usmerjevalnikom, ki lahko dela samo z enim od hkrati. Hitrost prenosa podatkov se je povečala, motnje so postale manj problematične, vendar je veliko možnosti za izboljšanje.

MU-MIMO je standard, ki se je razvil iz SU-MIMO in SDMA (Prostorski večstopenjski dostop). Tehnologija omogoča, da bazna postaja komunicira z več napravami z uporabo ločenega toka za vsakega od njih, kot če imajo vsi svoj lasten usmerjevalnik.

Navsezadnje je bila podpora MU dodana posodobitvi 802.11ac leta 2013. Po več letih razvoja so proizvajalci začeli vključevati to funkcijo v svoje izdelke.

Prednosti MU-MIMO

To je vznemirljiva tehnologija, saj pomembno vpliva na dnevno uporabo brezžičnega omrežja brez neposredne spremembe pasovne širine ali drugih ključnih brezžičnih nastavitev. Omrežja so veliko bolj učinkovita.

Za zagotovitev stabilne povezave z prenosnim računalnikom, telefonom, tabličnim računalnikom ali računalnikom standard ne zahteva, da ima usmerjevalnik več antene. Vsaka takšna naprava ne sme deliti svojega MIMO kanala z drugimi. To je še posebej opazno pri pretakanju videoposnetka ali opravljanju drugih zapletenih nalog. Hitrost dela na internetu se subjektivno poveča, povezava pa se ugotovi bolj zanesljivo, čeprav je dejansko bolj smiselno organizirati omrežje. Prav tako se povečuje število hkratno servisiranih naprav.

Omejitve MU-MIMO

Multi-uporabniška tehnologija z več dostopi ima več omejitev, ki jih je treba omeniti. Obstoječi standardi podpirajo 4 naprave, vendar vam omogočajo, da dodate več, in bodo morali deliti tok, ki se vrne na težave SU-MIMO. Tehnologija se večinoma uporablja v nadaljnjih komunikacijskih kanalih in je omejena, ko gre za odhod. Poleg tega mora usmerjevalnik MU-MIMO imeti več informacij o napravah in stanju kanalov, kot jih zahtevajo prejšnji standardi. To otežuje upravljanje in odpravljanje težav brezžičnih omrežij.

MU-MIMO je tudi usmerjena tehnologija. To pomeni, da dve napravi, ki sta drug ob drugem, ne moreta hkrati uporabljati različnih kanalov. Na primer, če mož gleda spletno oddajo na televiziji in poleg svoje žene pošlje PS4 igro v svojo Vito prek oddaljenega predvajanja, mora še vedno deliti pasovno širino. Usmerjevalnik lahko zagotovi diskretne tokove samo za naprave, ki se nahajajo v različnih smereh.

Masivni MIMO

Kot smo premakniti v smeri brezžičnega pete generacije (5G), povečanje števila pametnih telefonov in novih aplikacij je privedlo do povečanja 100-krat v svojih pasovne širine v primerjavi z LTE. Nova Massive MIMO tehnologijo, ki je prejel veliko pozornosti, je zasnovan tako, da bistveno poveča učinkovitost poslovanja telekomunikacijskih omrežij na nesluteno raven v zadnjih letih. S primanjkljajem in visokih stroškov virov razpoložljivih subjektov, ki jih je priložnost za povečanje zmogljivosti v frekvenčnih pasovih pod 6 GHz privlači.

Kljub znatnemu napredku je Massive MIMO daleč od popolnega. Tehnologije se še naprej aktivno preučujejo tako v akademskih krogih kot v industriji, kjer si inženirji prizadevajo doseči teoretične rezultate s komercialno sprejemljivimi rešitvami.

Masivni MIMO lahko pomaga pri reševanju dveh ključnih problemov - pretočnosti in pokritosti. Za mobilne operaterje frekvenčno območje ostaja omejen in relativno drag vir, vendar je ključni pogoj za povečanje hitrosti prenosa signala. Razdalja med baznimi postajami v mestih je posledica pasovne širine, ne pa pokritosti, kar zahteva razporeditev velikega števila in povzroča dodatne stroške. Masivni MIMO vam omogoča povečanje zmogljivosti obstoječega omrežja. Na področjih, kjer je uporaba baznih postaj posledica kritja, tehnologija omogoča povečanje obsega njihove pokritosti.

Koncept

Massive MIMO bistveno spreminja sedanjo prakso uporabe zelo veliko število usklajeno in prilagodljivo delujejo 4G storitev antene (sto ali tisoč). To pomaga, da se osredotoči na prenos in sprejem signala energije v manjših regijah prostor, močno izboljša uspešnost in učinkovitost, še posebej v kombinaciji s hkratno načrtovanje velikega števila uporabnikov terminalov (deset ali več sto). Metoda sprva prevzela za obojestransko časovno delitev (TDD), vendar pa se lahko morda tudi celotno frekvenčno delitev duplex mode (PDD).

MIMO tehnologija: prednosti in slabosti

Prednosti metode so široka uporaba poceni nizkoenergijskih komponent, zmanjšana zakasnitev, poenostavitev stopnje nadzora dostopa (MAC), odpornost na naključne in namerne motnje. Pričakovana pasovna širina je odvisna od propagacijskega medija, ki prinaša asimptotično ortogonalne kanale do koncev, in eksperimenti do zdaj niso pokazali nobenih omejitev v zvezi s tem.

Vendar pa se skupaj z odpravo številnih težav pojavijo nove, ki zahtevajo nujne rešitve. Na primer, v sistemih MIMO je treba učinkovito delati skupaj veliko nizkocenovnih komponent z nizko stopnjo natančnosti, zbirati podatke o stanju kanala in dodeliti vire za novo priključene terminale. Zahteva tudi uporabo dodatnih stopenj svobode, ki jih povzroča presežek servisnih anten, manjša notranja poraba energije za doseganje splošne energetske učinkovitosti in iskanje novih scenarijev uvajanja.

Povečanje števila 4G antene, ki sodelujejo pri izvedbi MIMO, običajno zahteva, da obiščete vsako bazno postajo za rekonfiguracijo in ožičenje. Za začetno uporabo omrežij LTE je bila potrebna namestitev nove opreme. Tako je bilo mogoče konfigurirati MIMO 2x2 izvirnega LTE standarda. Nadaljnje spremembe baznih postaj so narejene le v skrajnih primerih, izvedbe višjega reda pa so odvisne od okolja delovanja. Druga težava je, da operacija MIMO povzroči povsem drugačno vedenje v omrežju kot prejšnji sistemi, kar ustvarja določeno negotovost pri načrtovanju. Zato operaterji najprej uporabljajo drug razvoj, še posebej, če jih je mogoče uporabiti s posodobitvijo programske opreme.