MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) é uma tecnologia que utiliza múltiplas antenas para enviar e receber sinais na área de comunicação sem fio. A tecnologia MIMO é usada principalmente na área de Wi-Fi (WiFi) e comunicação móvel, o que pode efetivamente melhorar a capacidade do sistema, a cobertura e a relação sinal-ruído. De modo geral, M×N MIMO significa que existem M antenas na extremidade de envio e N antenas na extremidade de recepção.
Do SISO ao MIMO
SISO (Entrada Única Saída Única)
Antes de introduzir o MIMO, precisamos explicar o que é o SISO. SISO é um único envio e recebimento, é um sistema de entrada e saída única, o caminho entre a antena transmissora e a antena receptora é único e a transmissão é de 1 sinal. Em sistemas sem fio, definimos cada sinal como um Fluxo Espacial.
Como o caminho entre as antenas de transmissão e recepção é único, tal sistema de transmissão não é confiável e a taxa de transmissão é limitada.
SIMO (entrada única e saída múltipla)
Para mudar a situação de falta de confiabilidade e restrição do SISO, uma antena é adicionada ao terminal, para que a extremidade receptora possa receber dois sinais ao mesmo tempo, ou seja, enviar um único e receber mais. Esse sistema de transmissão é de entrada única e saída múltipla, ou seja, SIMO.
Embora existam dois sinais, os dois sinais são enviados pela mesma antena transmissora, portanto os dados enviados são os mesmos e a transmissão ainda é de apenas um sinal. Desta forma, não importa se parte de um sinal é perdida, desde que o terminal possa receber dados completos do outro sinal. Embora a capacidade máxima ainda seja um caminho, a confiabilidade é duplicada. Essa abordagem é chamada de diversidade de recepção.
MISO (entrada múltipla e saída única)
Se mudarmos a forma como pensamos sobre isso, o que aconteceria se aumentássemos o número de antenas transmissoras para duas e mantivéssemos o número de antenas receptoras para uma?
Como há apenas uma antena receptora, os dois caminhos eventualmente precisam ser combinados em um, o que faz com que a antena transmissora só possa enviar os mesmos dados, e a transmissão ainda seja apenas um sinal. Na verdade, isso pode obter o mesmo efeito que o SIMO, o sistema de transmissão é chamado de múltiplas entradas e saídas, ou MISO. Este método também é chamado de diversidade de emissões.
MIMO (entrada múltipla e saída múltipla)
Se a antena do transceptor for aumentada para duas ao mesmo tempo, é possível enviar dois sinais de forma independente e dobrar a taxa? A resposta é sim, pois pela análise anterior do SIMO e MISO, a capacidade de transmissão depende do número de antenas em ambos os lados. E esse sistema de transmissão múltipla com múltiplos receptores é o MIMO.
A tecnologia MIMO permite que múltiplas antenas enviem e recebam múltiplos sinais ao mesmo tempo e podem distinguir entre sinais enviados de ou para diferentes orientações espaciais. Através da multiplexação por divisão de espaço e da tecnologia de diversidade de espaço, a capacidade do sistema, a cobertura e a relação sinal-ruído podem ser melhoradas sem aumentar o consumo de largura de banda.
Quais são os tipos de MIMO?
MIMO é uma tecnologia que utiliza múltiplas antenas para enviar e receber sinais, originalmente usada para transmissão de dados para um único usuário. No entanto, com o desenvolvimento da tecnologia de transmissão multiusuário, uma variedade de tecnologias MIMO multiusuário surgiram com base no MIMO. Para facilitar a diferenciação, o MIMO de usuário único é denominado SU-MIMO (MIMO de usuário único). A tecnologia MIMO multiusuário inclui principalmente os seguintes tipos.
MU-MIMO (MIMO multiusuário):Permite que o transmissor transmita dados para vários usuários simultaneamente. O padrão Wi-Fi 5 passou a suportar MU-MIMO para 4 usuários, e o padrão Wi-Fi 6 aumentou o número de usuários para 8.
CO-MIMO(MIMO Cooperativo):Vários dispositivos sem fio são formados em um sistema virtual de múltiplas antenas para realizar a transmissão simultânea de dados entre dispositivos de transmissão adjacentes e vários usuários.
MIMO massivo:A tecnologia de antena em grande escala melhora muito o número de antenas, o MIMO tradicional geralmente usa de 2 a 8 antenas, enquanto o MIMO massivo pode atingir 64/128/256 antenas. Pode melhorar muito a capacidade do sistema e a eficiência de transmissão, e é a tecnologia chave da comunicação móvel 5G.
Em termos gerais, a tecnologia MIMO multiusuário pode ser classificada como tecnologia MIMO, mas quando nos referimos a MIMO, geralmente nos referimos ao conceito MIMO tradicional, ou seja, SU-MIMO.
Como o MIMO funciona em Wi-Fi?
No campo Wi-Fi, a tecnologia MIMO foi introduzida começando com o padrão Wi-Fi 4 (802.11n). O MIMO usa principalmente duas tecnologias principais: diversidade espacial e multiplexação por divisão espacial. Quer se trate de tecnologia de diversidade ou de multiplexação, é uma tecnologia que transforma um dado em múltiplos dados, que podem ser classificados como tecnologia de codificação espaço-tempo.
Diversidade espacial
A ideia da tecnologia de diversidade espacial é criar diferentes versões do mesmo fluxo de dados, codificá-los e modulá-los em diferentes antenas e depois transmiti-los. Este fluxo de dados pode ser o fluxo de dados original a ser enviado ou pode ser um novo fluxo de dados formado após uma certa transformação matemática do fluxo de dados original. O receptor usa o equalizador de espaço para separar o sinal recebido, depois demodular e decodificar e combinar os diferentes sinais recebidos do mesmo fluxo de dados para recuperar o sinal original. A tecnologia de diversidade espacial permite uma transmissão de dados mais confiável.
A diversidade espacial melhora efetivamente a confiabilidade da transmissão de dados e se aplica a cenários onde a distância de transmissão é longa e a taxa não é alta.
Multiplexação por divisão espacial
A tecnologia de multiplexação por divisão espacial significa que os dados a serem transmitidos são divididos em múltiplos fluxos de dados, que são codificados e modulados por diferentes antenas, e depois transmitidos, de modo a melhorar a taxa de transmissão do sistema. As antenas são independentes umas das outras, uma antena equivale a um canal independente, o receptor usa um equalizador espacial para separar o sinal recebido e, em seguida, demodulado, decodificado, vários fluxos de dados mesclados para restaurar o sinal original.
A multiplexação por divisão espacial melhora efetivamente a taxa de transmissão de dados e é adequada para cenários com distâncias de transmissão curtas e requisitos de alta velocidade.
O que é M×N MIMO?
Nas especificações dos produtos WLAN, costuma-se ver um indicador M×N MIMO, também escrito MTNR, qual o significado deste indicador? Na verdade, é usado para representar o número de antenas MIMO, M representa o número de antenas no lado emissor, N representa o número de antenas no lado receptor. Por exemplo, 4×3 MIMO significa que quatro antenas transmitem e três antenas recebem.
A maioria dos roteadores sem fio domésticos no mercado pode ver várias antenas, uma antena geralmente pode suportar recepção e envio, então você pode simplesmente julgar de acordo com o número de antenas, o número de antenas é o valor de M e N. Por exemplo, um roteador wireless com 4 antenas pode ser considerado MIMO 4x4, claro, prevalecem as especificações específicas do produto. Quanto mais antenas, maior será o desempenho e mais caro será o preço.
Num sistema MIMO, se o número de antenas receptoras e receptoras não for igual, o número de fluxos espaciais que podem ser transmitidos é menor ou igual ao número de antenas menores na extremidade receptora/enviadora. Por exemplo, um sistema MIMO 4×4 (4T4R) pode transmitir quatro ou menos fluxos espaciais, enquanto um sistema MIMO 3×2 (3T2R) pode transmitir dois ou um fluxo espacial.
Em aplicações práticas, os aps tendem a ter um número maior de antenas, variando de 4 antenas a 16 antenas, mas terminais (como telefones celulares) geralmente possuem apenas 1-2 antenas. Mesmo que a tecnologia da antena esteja em constante aprimoramento, mas limitada pelo tamanho do produto terminal, mesmo que possa acomodar 1-2 antenas, é muito menor que o número de antenas do AP, o que significa que o número de espaço Os fluxos que podem ser transmitidos são limitados pelo terminal, resultando no fato de que a taxa de aumento do número de fluxos espaciais não pode ser totalmente aproveitada, resultando no desperdício de recursos de antena no AP. Felizmente, a tecnologia MIMO multiusuário surgiu e resolveu esse problema, como o MU-MIMO, que permite que um AP transmita sinais com múltiplos terminais ao mesmo tempo, e o número total de antenas de múltiplos terminais é igual ao número de antenas de AP, para que a capacidade do AP possa ser totalmente reproduzida.
