MIMO

Что такое MIMO?

MIMO — это технология с множеством входов и выходов, используемая в беспроводной связи. Она использует несколько антенн как на передатчике, так и на приемнике для передачи и приема сигналов, позволяя сигналам проходить по различным путям. Когда приемная антенна принимает разные версии одного и того же сигнала, данные могут стабильно поступать на приемную антенну без воздействия затухания, что позволяет повысить отношение сигнал/шум, уменьшить количество ошибок, значительно оптимизировать скорость и увеличить пропускную способность радиопередачи. MIMO является ключевой беспроводной технологией продуктов, представленных на рынке и поддерживающих стандарт IEEE 802.11n (Wi-FI 4), благодаря чему продукты, соответствующие стандарту IEEE 802.11n, обеспечивают более высокую скорость подключения.

Как работает MIMO?

В технологии MIMO используются несколько интеллектуальных передающих и приемных антенн. Информация поступает на приемник многократно в различных формах и по разным путям. Приемная антенна может объединять потоки данных, поступающие по разным путям и в разное время. Пространственное разнесение и пространственное мультиплексирование являются двумя методами пространственно-временного кодирования, реализованными в MIMO.

Пространственное разнесение

Пространственное разнесение является методом повышения надежности передачи данных за счет отправки различных версий одного и того же потока данных через несколько антенн. Этими версиями могут быть исходный поток данных или новые потоки данных, созданные после определенной математической обработки. На принимающей стороне сигнал принимается через пространственный эквалайзер, затем демодулируется и декодируется, после чего различные версии сигнала одного и того же потока данных объединяются для восстановления исходных данных. Этот метод делает передачу данных более стабильной и надежной и подходит для сценариев передачи на большие расстояния, где скорость передачи невысока.

Пространственное мультиплексирование

Пространственное мультиплексирование повышает скорость передачи данных за счёт отправки нескольких потоков одних и тех же данных через несколько антенн. На передающей стороне каждая передающая антенна имеет независимый канал передачи, и они не создают помех друг другу; на приёмной стороне принимающая антенна раздельно принимает эти потоки данных с помощью пространственного эквалайзера, затем выполняет демодуляцию и декодирование и, наконец, объединяет каждый поток данных, восстанавливая исходный сигнал. Этот метод позволяет повысить скорость передачи и подходит для сценариев, требующих высокой скорости передачи данных при небольших расстояниях передачи.

До MIMO: SISO против SIMO против MISO

До появления MIMO большинство традиционных беспроводных устройств использовали технологию с одним входом и одним выходом (SISO). У передатчика и приемника была только одна антенна, поэтому они могли отправлять и принимать сигналы только по одному пространственному потоку. Эта технология ограничивала скорость беспроводной передачи и отличалась крайне низкой надежностью.

Впоследствии была внедрена технология с одним входом и несколькими выходами (SIMO) для обеспечения более надежного соединения. При использовании этой технологии несколько сигналов с одинаковыми данными передаются с одной передающей антенны, а приемная антенна может восстановить полный объем данных, даже если часть сигналов потеряна, что повышает надежность передачи.

А как насчет схемы с несколькими входами и одним выходом (MISO)? Несколько сигналов, содержащих одни и те же данные, передаются с разных передающих антенн. Если некоторые передающие антенны выйдут из строя или сигнал будет потерян, приемная антенна все равно сможет принять полные данные, аналогично описанной выше схеме SIMO.

SU-MIMO и MU-MIMO

Технология MIMO впервые использовалась для передачи данных с несколькими входами и несколькими выходами (SU-MIMO) для одного пользователя. При использовании этой технологии точка доступа может одновременно передавать клиенту только один пакет данных. 

С развитием требований к сценариям с высокой плотностью в стандарте Wi-Fi 5 (IEEE 802.11ac Wave 2) технология MIMO породила технологию многопользовательской многоканальной передачи с несколькими входами и выходами (MU-MIMO), которая позволяет одной AP одновременно передавать несколько пакетов данных нескольким клиентам, значительно повышая эффективность и производительность передачи. 

Существует два типа MU-MIMO: кооперативный MIMO и массивный MIMO. Особенность кооперативного MIMO заключается в том, что несколько точек доступа виртуализируются в многoантенную систему, позволяя соседним передатчикам одновременно передавать данные нескольким пользователям. Массивный MIMO является одной из ключевых технологий мобильной связи 5G. Его антенная емкость была увеличена по сравнению с традиционным MIMO до 64, 128 или даже 256 антенн.