MIMO: технология Multiple Input Multiple Output использует несколько антенн для использования отраженных сигналов, чтобы повысить надежность канала и пропускную способность.
Несколько входов и несколько выходов, или MIMO, — это технология радиосвязи или радиочастотная технология, которая в наши дни упоминается и используется во многих новых технологиях. Wi-Fi, LTE; Компания Long Term Evolution и многие другие радио-, беспроводные и радиочастотные технологии используют новую беспроводную технологию MIMO, чтобы обеспечить повышенную пропускную способность канала и спектральную эффективность в сочетании с повышенной надежностью канала за счет того, что ранее считалось помеховыми путями. Даже сейчас на рынке есть много беспроводных MIMO-маршрутизаторов, и по мере того, как эта радиочастотная технология становится все более распространенной, будет появляться больше MIMO-маршрутизаторов и другого беспроводного оборудования MIMO.
Поскольку технология сложна, многие инженеры спрашивают, что такое MIMO и как она работает.
Развитие и история MIMO
Технология MIMO разрабатывалась на протяжении многих лет. Необходимо было не только сформулировать базовые концепции MIMO, но и разработать новые технологии, чтобы полностью реализовать MIMO. Требовались новые уровни обработки, чтобы обеспечить некоторые функции пространственного мультиплексирования, а также использовать некоторые преимущества пространственного разнесения. Вплоть до 1990-х годов пространственное разнесение часто ограничивалось системами, которые переключались между двумя антеннами или объединяли сигналы для обеспечения наилучшего сигнала. Также были реализованы различные формы переключения лучей, но с учетом задействованных уровней обработки и доступных степеней обработки системы, как правило, были относительно ограничены. Однако с появлением дополнительных уровней вычислительной мощности стало возможным использовать как пространственное разнесение, так и полное пространственное мультиплексирование. Первоначальная работа над системами MIMO была сосредоточена на базовом пространственном разнесении — здесь система MIMO использовалась для ограничения ухудшения качества, вызванного многолучевым распространением. Однако это был только первый шаг, поскольку затем система начала использовать многолучевое распространение в своих интересах, превращая дополнительные пути прохождения сигнала в то, что можно было бы эффективно рассматривать как дополнительные каналы для передачи дополнительных данных. Два исследователя: Арогьясвами Полрадж и Томас Кайлат первыми предложили использовать пространственное мультиплексирование с использованием MIMO в 1993 году, а в следующем году их патент в США был выдан. Однако в 1998 году Bell Labs первой продемонстрировала лабораторный прототип пространственного мультиплексирования.
MIMO — несколько входов и несколько выходов: основы
На канал может повлиять замирание, и это повлияет на отношение сигнал/шум. В свою очередь, это повлияет на частоту ошибок, если будут передаваться цифровые данные. Принцип разнесения заключается в предоставлении приемнику нескольких версий одного и того же сигнала. Если на них можно по-разному воздействовать путем прохождения сигнала, вероятность того, что все они будут затронуты одновременно, значительно снижается. Соответственно, разнесение помогает стабилизировать канал и повышает производительность, снижая частоту ошибок. Доступны несколько различных режимов разнесения, которые обеспечивают ряд преимуществ:
- Временное разнесение: при использовании временного разнесения сообщение может передаваться в разное время, например, с использованием разных временных интервалов и канального кодирования.
- Частотное разнообразие: эта форма разнообразия использует разные частоты. Это может быть в форме использования разных каналов или таких технологий, как расширенный спектр/OFDM.
- Пространственное разнесение: Пространственное разнесение, используемое в самом широком смысле этого определения, используется в качестве основы для MIMO. Он использует антенны, расположенные в разных местах, чтобы использовать преимущества различных радиотрактов, которые существуют в типичной наземной среде.
MIMO фактически представляет собой технологию радиоантенн, поскольку она использует несколько антенн в передатчике и приемнике, чтобы обеспечить различные пути прохождения сигнала для передачи данных, выбирая отдельные пути для каждой антенны, чтобы можно было использовать несколько путей прохождения сигнала.
Одна из основных идей, лежащих в основе пространственно-временной обработки сигналов беспроводных систем MIMO, в которой время (естественное измерение данных цифровой связи) дополняется пространственным измерением, присущим использованию нескольких пространственно распределенных антенн, т. е. использование нескольких антенн, расположенных в разные точки. Соответственно, беспроводные системы MIMO можно рассматривать как логическое продолжение интеллектуальных антенн, которые уже много лет используются для улучшения беспроводной связи. Он находится между передатчиком и приемником, сигнал может проходить по многим путям. Кроме того, при перемещении антенн даже на небольшое расстояние используемые пути будут меняться. Разнообразие доступных путей возникает из-за количества объектов, которые появляются сбоку или даже на прямом пути между передатчиком и приемником. Раньше эти множественные пути служили только для создания помех. Используя MIMO, эти дополнительные пути можно использовать с пользой. Их можно использовать для обеспечения дополнительной устойчивости радиоканала за счет улучшения отношения сигнал/шум или увеличения пропускной способности канала.
Ниже приведены два основных формата MIMO:
- Пространственное разнесение: Пространственное разнесение, используемое в этом более узком смысле, часто относится к разнесению при передаче и приеме. Эти две методики используются для улучшения отношения сигнал/шум и характеризуются повышением надежности системы по отношению к различным формам замираний.
- Пространственное мультиплексирование. Эта форма MIMO используется для обеспечения дополнительной пропускной способности данных за счет использования различных путей для передачи дополнительного трафика, т. е. увеличения пропускной способности данных.
В результате использования нескольких антенн беспроводная технология MIMO способна значительно увеличить пропускную способность данного канала, при этом все еще подчиняясь закону Шеннона. Увеличивая количество приемных и передающих антенн, можно линейно увеличивать пропускную способность канала с каждой добавленной в систему парой антенн. Это делает беспроводную технологию MIMO одной из самых важных беспроводных технологий, которые будут использоваться в последние годы. Поскольку спектральная полоса пропускания становится все более ценным товаром для систем радиосвязи, необходимы методы для более эффективного использования доступной полосы пропускания. Беспроводная технология MIMO является одним из таких методов.