MIMO

Was ist MIMO?

MIMO ist eine Multiple-Input- und Multiple-Output-Technologie für die drahtlose Kommunikation. Sie nutzt mehrere Antennen sowohl am Sender als auch am Empfänger zum Senden und Empfangen von Signalen und ermöglicht so die Signalübertragung über verschiedene Wege. Wenn die Empfangsantenne verschiedene Versionen desselben Signals sendet, erreichen die Daten die Empfangsantenne stabil und ohne Dämpfung. Dies verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis, reduziert Fehler, optimiert die Geschwindigkeit deutlich und erhöht die Funkübertragungskapazität. MIMO ist die zentrale drahtlose Technologie von Produkten auf dem Markt, die den Standard IEEE 802.11n (Wi-Fi 4) unterstützen und ermöglicht IEEE 802.11n-standardisierten Produkten höhere Verbindungsgeschwindigkeiten.

Wie funktioniert MIMO?

Die MIMO-Technologie nutzt mehrere intelligente Sende- und Empfangsantennen. Informationen erreichen den Empfänger mehrfach in unterschiedlicher Form und auf unterschiedlichen Wegen. Die Empfangsantenne kann Datenströme aus unterschiedlichen Wegen und zu unterschiedlichen Zeiten kombinieren. Räumliche Diversität und räumliches Multiplexing sind zwei von MIMO implementierte Raum-Zeit-Kodierungstechniken.

Räumliche Vielfalt

Räumliche Diversität ist eine Methode zur Verbesserung der Zuverlässigkeit der Datenübertragung, indem verschiedene Versionen desselben Datenstroms über mehrere Antennen gesendet werden. Diese Versionen können der ursprüngliche Datenstrom oder nach mathematischer Verarbeitung neue Datenströme sein. Empfangsseitig wird das Signal durch einen räumlichen Equalizer empfangen, anschließend demoduliert und dekodiert. Abschließend werden die verschiedenen Signalversionen desselben Datenstroms kombiniert, um die ursprünglichen Daten wiederherzustellen. Diese Methode erhöht die Stabilität und Zuverlässigkeit der Datenübertragung und eignet sich für Fernübertragungen mit geringer Übertragungsrate.

Räumliches Multiplexing

Räumliches Multiplexing erhöht die Datenübertragungsrate, indem mehrere Datenströme derselben Daten über mehrere Antennen gesendet werden. Sendeseitig verfügt jede Sendeantenne über einen unabhängigen Übertragungskanal und stört sich nicht gegenseitig. Empfangsseitig empfängt die Empfangsantenne diese Datenströme separat über einen räumlichen Equalizer, demoduliert und dekodiert sie und fügt sie schließlich zusammen, um das ursprüngliche Signal wiederherzustellen. Diese Methode kann die Übertragungsrate verbessern und eignet sich für Übertragungsszenarien mit hohen Anforderungen an die Übertragungsrate, aber kurzen Übertragungsdistanzen.

Vor MIMO: SISO vs. SIMO vs. MISO

Vor der Einführung von MIMO nutzten die meisten herkömmlichen drahtlosen Geräte die Single-Input-Single-Output-Technologie (SISO). Sowohl Sender als auch Empfänger verfügten über nur eine Antenne und konnten daher nur Signale aus einem räumlichen Datenstrom senden und empfangen. Diese Technologie begrenzte die drahtlose Übertragungsrate und war äußerst unzuverlässig.

Um eine zuverlässigere Verbindung zu erreichen, wurde später die Single-Input-Multiple-Output-Technologie (SIMO) eingeführt. Bei dieser Technologie werden mehrere Signale mit denselben Daten von einer einzigen Sendeantenne gesendet. Die Empfangsantenne kann die vollständigen Daten erfassen, selbst wenn einige Signale verloren gehen. Dies verbessert die Übertragungszuverlässigkeit.

Was ist mit Multiple-Input-Single-Output (MISO)? Mehrere Signale mit denselben Daten werden von verschiedenen Sendeantennen gesendet. Sollten Sendeantennen ausfallen oder das Signal verloren gehen, kann die Empfangsantenne dennoch alle Daten erfassen, ähnlich wie beim oben erwähnten SIMO.

SU-MIMO vs. MU-MIMO

Die Implementierung der MIMO-Technologie wurde erstmals für die Datenübertragung mit mehreren Eingängen und Ausgängen (SU-MIMO) für einen einzelnen Benutzer verwendet. Bei dieser Technologie kann der AP nur ein Datenpaket gleichzeitig an den Client übertragen. 

Mit der Entwicklung der Anforderungen an Szenen mit hoher Dichte hat MIMO im Wi-Fi 5-Standard (IEEE 802.11ac Wave 2) die Multi-User Multiple Input Multiple Output-Technologie (MU-MIMO) abgeleitet, die es einem einzelnen AP ermöglicht, mehrere Datenpakete gleichzeitig an mehrere Clients zu übertragen, wodurch die Übertragungseffizienz und -leistung erheblich verbessert wird. 

Es gibt zwei Unterteilungstypen von MU-MIMO: kooperatives MIMO und massives MIMO. Das Merkmal von kooperativem MIMO besteht darin, dass mehrere Zugangspunkte zu einem Mehrantennensystem virtualisiert werden, sodass benachbarte Sender Daten gleichzeitig an mehrere Benutzer übertragen können. Massives MIMO ist eine der Schlüsseltechnologien für die 5G-Mobilkommunikation. Die Antennenkapazität wurde von herkömmlichem MIMO auf 64, 128 oder sogar 256 Antennen erweitert.