MIMO (Multiple Input Multiple Output) je metoda usklajene uporabe več radijskih anten v brezžičnih omrežnih komunikacijah, ki se distribuirajo v današnjih domačih širokopasovnih usmerjevalnikih ter v mobilnih omrežjih LTE in WiMAX.
Kako deluje?
Wi-Fi usmerjevalnik z tehnologijo MIMO uporablja iste omrežne protokole kot navaden enokanalni. Zagotavljajo boljše delovanje z izboljšanjem prenosa in sprejemanja podatkov prek brezžične povezave. Zlasti omrežni promet med odjemalci in usmerjevalnikom je organiziran v ločene tokove, ki se prenašajo vzporedno, s poznejšo obnovo naprave.
Tehnologija MIMO lahko poveča zanesljivost pasovne širine, pasovne širine in prenosa pri visoki nevarnosti motenj zaradi druge brezžične opreme.
Uporaba v omrežjih Wi-Fi
Tehnologija MIMO je vključena v standard iz različice 80211 n. Njegova uporaba izboljša zmogljivost in razpoložljivost omrežnih povezav kot običajni usmerjevalniki. Število anten se lahko razlikuje. MIMO 2x2 na primer predvideva prisotnost dveh anten in dveh oddajnikov, ki sta sposobna sprejemati in oddajati na dveh kanalih. Da bi izkoristili prednosti te tehnologije in uresničili njene prednosti, morajo odjemalska naprava in usmerjevalnik vzpostaviti povezavo MIMO med seboj. Dokumentacija za uporabljeno opremo mora bitiNavedeno je, ali podpira takšno priložnost. Drug preprost način preverjanja, ali se ta tehnologija uporablja v omrežni povezavi, ni.
SU-MIMO in MU-MIMO
Prva generacija tehnologije, predstavljena v standardu 80211 n, je podprla metodo enega uporabnika (SU). V primerjavi s tradicionalnimi rešitvami, ko morajo biti vse usmerjevalne antene usklajene za komunikacijo z eno odjemalsko napravo, vam SU-MIMO omogoča, da vsakemu izmed njih dodelite različno opremo. Večuporabniška (MU) MIMO tehnologija je bila ustvarjena za uporabo na omrežjih Wi-Fi 80211 ac pri frekvenci 5 GHz. Če je prejšnji standard zahteval, da usmerjevalniki vodijo svoje odjemalske povezave v zameno (eno za drugo), lahko antene MU-MIMO zagotovijo komunikacijo z več strankami vzporedno. Večuporabniška metoda izboljša učinkovitost spojin. Tudi če ima usmerjevalnik ac 80211 potrebno strojno podporo za tehnologijo MIMO, obstajajo še druge omejitve:
je podprto omejeno število sočasnih odjemalskih povezav (2-4), odvisno od konfiguracije antene;
koordinacija anten je zagotovljena samo v eni smeri - od usmerjevalnika do odjemalca.
MIMO in celične komunikacije
Tehnologija se uporablja v različnih vrstah brezžičnih omrežij. Vse bolj se uporablja v celični komunikaciji (4G in 5G) v več oblikah:
MIMO omrežja - koordiniran prenos signalov med baznimi postajami;
Masivni MIMO - uporaba velikega števila (stotin) anten;
milimetrovvalovi - uporaba ultra-visokih frekvenčnih pasov, ki imajo pasovno širino več kot v razponu, licenciranem za 3G in 4G.
Omrežna tehnologija
Da bi razumeli, kako deluje MU-MIMO, je treba razmisliti, kako paketi podatkov obdelujejo tradicionalne brezžične usmerjevalnike. Dobro se odziva na pošiljanje in sprejemanje podatkov, vendar le v eni smeri. Z drugimi besedami, lahko komunicira samo z eno napravo hkrati. Če je na primer prenesen videoposnetek, ne morete istočasno predvajati spletne igralne konzole. Uporabnik lahko zažene več naprav v omrežju Wi-Fi, usmerjevalnik pa prenaša bite podatkov zelo hitro enega za drugim. Vendar pa lahko hkrati dostopa samo do ene naprave, kar je glavni razlog za znižanje kakovosti povezave, če je pasovna širina Wi-Fi prenizka.
Ker deluje, samemu sebi ne posveča veliko pozornosti. Vendar pa se lahko izboljša zmogljivost usmerjevalnika, ki v istem času prenaša podatke na več naprav. Hkrati bo deloval hitreje in zagotavljal bolj zanimive konfiguracije omrežja. Zato je prišlo do razvoja, kot je MU-MIMO, ki je bil vključen v trenutne standarde brezžične komunikacije. Ta razvoj omogoča naprednim usmerjevalnikom interakcijo z več napravami hkrati.
Kratka zgodovina: SU proti MU
Enotni in večuporabniški MIMO predstavljata različne načine komuniciranja usmerjevalnikov z več napravami. Prvi je starejši. SU standardno dovoljeno pošiljanjein sprejemanje podatkov naenkrat za več tokov, odvisno od števila razpoložljivih anten, od katerih bi vsaka lahko delovala z različnimi napravami. SU je bila vključena v nadgradnjo 80211 n 2007 in začela postopoma uvajati nove proizvodne linije. Vendar pa je SU-MIMO poleg zahtev za antene omejena. Čeprav je mogoče povezati več naprav, se morajo še vedno ukvarjati z usmerjevalnikom, ki lahko deluje le z enim hkrati. Stopnje podatkov so se povečale, ovire so postale manj problematične, vendar je možnosti za izboljšave veliko. MU-MIMO je standard, razvit s SU-MIMO in SDMA (večkratni dostop s prostorsko ločitvijo kanalov). Tehnologija bazni postaji omogoča interakcijo z več napravami, z uporabo ločenega toka za vsakega od njih, kot da imajo vsi svoj usmerjevalnik. MU podpora je bila dodana v posodobitev 80211 ac leta 2013. Po več letih razvoja so proizvajalci začeli vključevati to funkcijo v svoje izdelke.
Prednosti MU-MIMO
To je fascinantna tehnologija, saj pomembno vpliva na vsakodnevno uporabo Wi-Fi brez neposredne spremembe pasovne širine ali drugih ključnih brezžičnih parametrov. Omrežja postajajo veliko bolj učinkovita. Da bi zagotovili stabilno povezavo z prenosnim računalnikom, telefonom, tablico ali računalnikom, standard ne zahteva prisotnosti več anten v usmerjevalniku. Vsaka taka naprava ne sme deliti svojega MIMO kanala z drugimi. To je še posebej opazno pri pretakanjuprenos videa ali druge zapletene naloge. Hitrost interneta je subjektivno naraščajoča, povezava pa je vzpostavljena bolj varno, čeprav v resnici postane bolj inteligentna. Prav tako poveča število istočasno servisiranih naprav.
Omejitev MU-MIMO
Tehnologija za večkratni dostop do omrežja ima tudi številne omejitve, ki jih je treba omeniti. Obstoječi standardi podpirajo 4 naprave, vendar vam omogočajo, da dodate več in bodo morali deliti tok, ki se vrne na težave SU-MIMO. Tehnologija se uporablja predvsem v nadaljnjih komunikacijskih kanalih in je omejena, ko gre za izhod. Poleg tega mora usmerjevalnik MU-MIMO imeti več informacij o napravi in statusu kanala, kot ga zahtevajo prejšnji standardi. Zaradi tega je težko upravljati in odpravljati težave z brezžičnimi omrežji. MU-MIMO je usmerjen tudi s tehnologijo. To pomeni, da dve napravi drug poleg drugega ne moreta uporabljati različnih kanalov hkrati. Na primer, če moški gleda spletno televizijsko oddajo in njegova žena pošlje svojo igro PS4 v svojo Vita preko Remote Playa, bo morala še vedno deliti pasovno širino. Usmerjevalnik lahko zagotovi ločene tokove samo za naprave, ki se nahajajo v različnih smereh.
Massive MIMO
S prihodom brezžičnih omrežij pete generacije (5G) je povečanje števila pametnih telefonov in novih aplikacij povzročilo 100-kratno povečanje zahtevane pasovne širine v primerjavi z LTE. Nova tehnologija Massive MIMO, ki je bila podana v zadnjih letihveliko pozornosti namerava bistveno povečati zmogljivost telekomunikacijskih omrežij na doslej najvišjo raven. Zaradi pomanjkanja in visokih stroškov razpoložljivih virov se operaterji privlačijo po povečanju pasovne širine v pasovnih širinah pod 6 GHz. Kljub znatnemu napredku je Massive MIMO daleč od popolnega. Tehnologija se še naprej aktivno proučuje tako v akademskih krogih kot v industriji, kjer inženirji poskušajo doseči teoretične rezultate s komercialno sprejemljivimi rešitvami. Masivni MIMO lahko pomaga rešiti dve ključni vprašanji - pasovno širino in pokritost. Za mobilne operaterje je frekvenčni pas še vedno pomanjkljiv in relativno drag, vendar je ključni pogoj za povečanje hitrosti prenosa signala. V mestih je interval med baznimi postajami posledica pasovne širine in ne pokritja, ki zahteva razporeditev velikega števila in povzroča dodatne stroške. Massive MIMO vam omogoča povečanje zmogljivosti obstoječega omrežja. Na področjih, kjer je uvedba baznih postaj posledica pokritosti, lahko tehnologija poveča obseg njihovih dejavnosti.
Koncept
Masivni MIMO dramatično spremeni trenutno prakso z uporabo zelo velikega števila koherentnih in prilagodljivih 4G servisnih anten (na stotine ali tisoče). Pomaga usmerjati prenos in sprejem signalne energije v manjših delih prostora, kar močno izboljšuje produktivnost in energetsko učinkovitost, zlasti v povezavi s sočasnim načrtovanjem v velikem obseguuporabniških terminalov (več deset ali sto). Metoda je bila sprva namenjena za TDD, vendar bi se lahko potencialno uporabila tudi v načinu duplex (PDD) delitve frekvenc.
Tehnologija MIMO: prednosti in slabosti
Prednosti metode so široka uporaba nizkocenovnih komponent nizke porabe, zmanjšana latenca, poenostavljen nadzor dostopa (MAC) in odpornost na naključne in namerne motnje. Pričakovana pasovna širina je odvisna od medija širjenja, ki zagotavlja asimptotično pravokotne kanale do terminalov, in eksperimenti še niso razkrili nobenih omejitev v zvezi s tem. Vendar pa ob odpravi številnih težav obstajajo nove, zahtevne nujne rešitve. V sistemih MIMO je na primer potrebno zagotoviti učinkovito sodelovanje številnih poceni komponent z nizko natančnostjo, zbrati podatke o stanju kanala in dodeliti sredstva za ponovno priključene terminale. Prav tako je treba uporabiti dodatne stopnje svobode, zagotoviti prekomerne storitvene antene, zmanjšati notranjo porabo energije za doseganje splošne energetske učinkovitosti in poiskati nove scenarije uporabe.
Povečanje števila 4G anten, vključenih v izvedbo MIMO, običajno zahteva obisk vsake bazne postaje za spreminjanje konfiguracije in knjiženja. Začetna uporaba omrežij LTE je zahtevala namestitev nove opreme. Tako je bilo mogoče konfigurirati izhodni standard MIMO 2x2 LTE. Nadaljnje spremembe baznih postajproizvajajo le v skrajnih primerih, izvajanje višjega reda pa je odvisno od delovnega okolja. Druga težava je v tem, da delovanje MIMO vodi do popolnoma drugačnega vedenja v omrežju kot prejšnji sistem, kar ustvarja določeno negotovost pri načrtovanju. Operaterji zato najprej uporabljajo druga dogajanja, zlasti če jih je mogoče vrniti s posodobitvijo programske opreme.
