MIMO

MIMOとは何ですか？

MIMOは、無線通信で使用される多入力多出力技術です。送信側と受信側の両方で複数のアンテナを使用して信号を送受信することで、さまざまな経路を介して信号を伝送できます。受信アンテナが同じ信号の異なるバージョンを送信すると、データは減衰の影響を受けることなく安定して受信アンテナに到達できるため、信号対雑音比の向上、エラーの低減、速度の大幅な最適化、および無線伝送容量の増加が可能になります。MIMOは、IEEE 802.11n (Wi-FI 4)規格をサポートする市販製品の中核となる無線技術であり、IEEE 802.11n規格準拠製品の接続速度を向上させます。

MIMOはどのように機能しますか？

MIMO技術は、複数のスマート送信アンテナと受信アンテナを使用します。情報は異なる形式と経路を通じて複数回受信機に到達します。受信アンテナは、異なる経路と時間からのデータストリームを結合できます。空間ダイバーシティと空間多重化は、MIMOによって実装される2つの時空間符号化技術です。

空間ダイバーシティ

空間ダイバーシティは、同じデータストリームの異なるバージョンを複数のアンテナから送信することで、データ伝送の信頼性を向上させる方法です。これらのバージョンには、元のデータストリーム、または何らかの数学的処理を経て生成された新しいデータストリームを使用できます。受信側では、空間等化器を介して信号を受信し、復調および復号した後、同じデータストリームの異なる信号バージョンを結合して元のデータを復元します。この方法により、データ伝送をより安定かつ確実にすることができ、伝送速度が高くない長距離伝送のシナリオに適しています。

空間多重化

空間多重化は、複数のアンテナで同じデータの複数のデータストリームを送信することにより、データ伝送速度を向上させます。送信側では、各送信アンテナが独立した伝送チャネルを持ち、互いに干渉しません。受信側では、受信アンテナが空間イコライザーを介してこれらのデータストリームを個別に受信し、その後、復調および復号を行い、最後に各データストリームを統合して元の信号に復元します。この方法は伝送速度を向上でき、伝送速度への要求が高く、伝送距離が短い伝送シナリオに適しています。

MIMO以前: SISO 対 SIMO 対 MISO

MIMOが導入される以前、最も伝統的な無線デバイスでは、単入力単出力（SISO）技術が使用されていました。送信機と受信機のどちらにもアンテナが1本しかなかったため、1つの空間ストリームからしか信号を送受信できませんでした。この技術では無線伝送速度が制限され、信頼性も極めて低いものでした。

その後、より信頼性の高い接続を実現するために、単一入力・複数出力（SIMO）技術が導入されました。この技術では、同じデータを含む複数の信号が1本の送信アンテナから送信され、信号の一部が失われても受信アンテナが完全なデータを取得できるため、伝送の信頼性が向上します。

多入力単出力（MISO）の場合はどうでしょうか？同じデータを含む複数の信号が、異なる送信アンテナから送信されます。一部の送信アンテナが故障したり、信号が失われたりしても、受信アンテナは上記のSIMOと同様に完全なデータを取得できます。

SU-MIMO vs MU-MIMO

MIMO技術は、まず単一ユーザー向けの多入力多出力（SU-MIMO）データ伝送に実装されました。この技術では、APはクライアントに対して一度に1つのデータパケットしか送信できません。 

高密度環境に対する要件の進展に伴い、Wi-Fi 5 (IEEE 802.11ac Wave 2)規格では、MIMOからマルチユーザー多入力多出力技術(MU-MIMO)が派生しました。これにより、単一のAPが複数のクライアントへ複数のデータパケットを同時に送信できるようになり、伝送効率と性能が大幅に向上します。 

MU-MIMOには、協調MIMOとMassive MIMOという2つの細分類があります。協調MIMOの特徴は、複数のアクセスポイントを仮想化してマルチアンテナシステムを構成し、隣接する送信機が同時に複数のユーザーへデータを送信できることです。Massive MIMOは、5Gモバイル通信の主要技術の1つです。そのアンテナ容量は、従来のMIMOから64、128、さらには256アンテナへと拡張されています。