MIMO

Che cos'è MIMO?

MIMO è una tecnologia a ingressi multipli e uscite multiple utilizzata nelle comunicazioni wireless. Utilizza più antenne sia sul trasmettitore sia sul ricevitore per trasmettere e ricevere segnali, consentendo ai segnali di essere trasmessi attraverso vari percorsi. Quando l'antenna ricevente invia versioni diverse dello stesso segnale, i dati possono raggiungere l'antenna ricevente in modo stabile senza essere influenzati dall'attenuazione, il che può migliorare il rapporto segnale-rumore, ridurre gli errori, ottimizzare notevolmente la velocità e aumentare la capacità di trasmissione radio. MIMO è la tecnologia wireless fondamentale dei prodotti sul mercato che supportano lo standard IEEE 802.11n (Wi-FI 4), consentendo ai prodotti standardizzati IEEE 802.11n di avere velocità di connessione più elevate.

Come funziona MIMO?

La tecnologia MIMO utilizza più antenne intelligenti di trasmissione e ricezione. Le informazioni arrivano al ricevitore più volte in forme e percorsi diversi. L'antenna ricevente può combinare flussi di dati provenienti da percorsi e tempi diversi. La diversità spaziale e il multiplexing spaziale sono due tecniche di codifica spazio-temporale implementate da MIMO.

Diversità spaziale

La diversità spaziale è un metodo per migliorare l'affidabilità della trasmissione dei dati inviando versioni diverse dello stesso flusso di dati su più antenne. Queste versioni possono essere il flusso di dati originale o nuovi flussi di dati generati dopo una certa elaborazione matematica. All'estremità ricevente, il segnale viene ricevuto tramite un equalizzatore spaziale, quindi demodulato e decodificato e, infine, le diverse versioni del segnale dello stesso flusso di dati vengono combinate per ripristinare i dati originali. Questo metodo può rendere la trasmissione dei dati più stabile e affidabile ed è adatto a scenari di trasmissione a lunga distanza in cui la velocità di trasmissione non è elevata.

Multiplexing spaziale

Il multiplexing spaziale aumenta la velocità di trasmissione dei dati inviando più flussi di dati degli stessi dati su più antenne. All'estremità trasmittente, ogni antenna trasmittente dispone di un canale di trasmissione indipendente e non interferisce con le altre; all'estremità ricevente, l'antenna ricevente riceve questi flussi di dati separatamente tramite un equalizzatore spaziale, quindi li demodula e li decodifica, e infine unisce ciascun flusso di dati per ripristinarlo al segnale originale. Questo metodo può migliorare la velocità di trasmissione ed è adatto a scenari di trasmissione con requisiti elevati di velocità di trasmissione ma distanze di trasmissione brevi.

Prima del MIMO: SISO vs SIMO vs MISO

Prima dell'introduzione di MIMO, i dispositivi wireless più tradizionali utilizzavano la tecnologia single-input, single-output (SISO). Sia il trasmettitore che il ricevitore avevano una sola antenna, quindi potevano inviare e ricevere segnali solo da un flusso spaziale. Questa tecnologia limitava la velocità di trasmissione wireless e aveva un'affidabilità estremamente bassa.

Successivamente, è stata introdotta la tecnologia single-input multiple-output (SIMO) per ottenere una connessione più affidabile. Con questa tecnologia, più segnali contenenti gli stessi dati vengono inviati da una singola antenna trasmittente e l'antenna ricevente può acquisire i dati completi anche se alcuni segnali vengono persi, migliorando così l'affidabilità della trasmissione.

E per quanto riguarda multiple-input single-output (MISO)? Più segnali contenenti gli stessi dati vengono inviati da diverse antenne trasmittenti. Se alcune antenne trasmittenti si guastano o il segnale viene perso, l'antenna ricevente può comunque acquisire i dati completi, in modo simile al SIMO menzionato sopra.

SU-MIMO vs MU-MIMO

L'implementazione della tecnologia MIMO è stata utilizzata per la prima volta per la trasmissione dati multiple-input e multiple-output (SU-MIMO) per un singolo utente. Con questa tecnologia, l'AP può trasmettere simultaneamente un solo pacchetto di dati al client. 

Con lo sviluppo dei requisiti degli scenari ad alta densità, nello standard Wi-Fi 5 (IEEE 802.11ac Wave 2), MIMO ha derivato la tecnologia multiutente multiple input multiple output (MU-MIMO), che consente a un singolo AP di trasmettere più pacchetti di dati a più client contemporaneamente, migliorando significativamente l'efficienza e le prestazioni di trasmissione. 

Esistono due tipi di suddivisione di MU-MIMO: MIMO cooperativo e massive MIMO. La caratteristica del MIMO cooperativo è che più punti di accesso vengono virtualizzati in un sistema multi-antenna, consentendo ai trasmettitori adiacenti di trasmettere dati a più utenti contemporaneamente. Il massive MIMO è una delle tecnologie chiave per le comunicazioni mobili 5G. La sua capacità di antenna è stata ampliata dal MIMO tradizionale a 64, 128 o persino 256 antenne.