MIMO

MIMO (ang. multiple-input multiple-output) – rozwiązanie zwiększające przepustowość sieci bezprzewodowej polegające na transmisji wieloantenowej zarówno po stronie nadawczej, jak i po stronie odbiorczej. Zastosowanie techniki MIMO przynosi wiele korzyści, do których zaliczają się:

• zysk dywersyfikacji (ang. diversity gain) – wzrost niezawodności łącza spowodowany zwiększeniem odporności na zaniki Rayleigha(inne języki) (ang. Rayleigh fading); ponieważ sygnały pochodzące z różnych anten nadawczych są nieskorelowane, zanik sygnału pochodzącego z jednej anteny nie ma wpływu na zanik sygnału pochodzącego z innej anteny; aby zatem poziom mocy sygnału docierającego do odbiornika był niższy niż próg czułości, sygnały pochodzące ze wszystkich anten nadawczych musiałyby podlegać zanikowi; prawdopodobieństwo takiej sytuacji jest znacznie mniejsze, niż w przypadku transmisji SISO (ang. single input, single output), tzn. transmisji z jedną anteną nadawczą i jedną anteną odbiorczą,
• zysk wynikający z odbioru zbiorczego (ang. array gain) – wzrost SNR w odbiorniku, wynikający z przetwarzania replik sygnału radiowego docierających do wszystkich anten odbiorczych. Najefektywniejszym algorytmem przetwarzającym sygnały odbiorcze jest maximum ratio combining,
• zysk multipleksacji (ang. multiplexing gain) – ${\displaystyle r}$-krotny (teoretycznie) wzrost przepływności łącza radiowego, gdy strumień danych podzieli się na podstrumienie, z których każdy jest wysyłany przez jedną antenę nadawczą; ${\displaystyle r=\min(M;N),}$ gdzie ${\displaystyle M}$ – jest liczbą anten nadawczych, natomiast ${\displaystyle N}$ liczbą anten odbiorczych.

W odróżnieniu techniki MIMO od nowszego rozwiązania, jakim jest MU-MIMO(inne języki) (ang. multi-user MIMO), nazywa się go również SU-MIMO (ang. single-user MIMO).

Zastosowania

Technika MIMO będzie stosowana w najbliższej przyszłości w nowoczesnych systemach radiowych. Do tej pory zastosowano ją w standardzie 802.11n, a także w systemie WiMax. Rozszerzenie systemu UMTS, które nosi nazwę LTE, przewiduje również zastosowanie transmisji wieloantenowej. Obecnie opracowywanych jest wiele systemów telekomunikacyjnych 4G, w których w warstwie fizycznej obecnych będzie wiele anten nadawczych i odbiorczych, a także połączenie techniki MIMO ze zwielokrotnieniem nośnej (OFDM,orthogonal frequency-division multiplexing), które w literaturze występuje pod nazwą MIMO–OFDM^{[potrzebny przypis]}.

MIMO w urządzeniach klienckich typu router WIFI

Wybierając router Wi-FI dla miejsc w których będzie przebywało wiele użytkowników możemy znacząco podnieść komfort użytkowania sieci poprzez zastosowanie urządzenia posiadającego technologię MIMO bez konieczności zakupu u dostawcy łączą o większej przepustowości.

Punkty dostępowe wykonują większość pracy w MU-MIMO

Działanie MIMO

Ideą MIMO jest połączenie wymiaru czasowego, w którym przesyłany jest sygnał z wymiarem przestrzennym. Aby tak się stało, w MIMO jest stosowane kilka anten rozmieszczonych w różnych miejscach w przestrzeni. Przesyłane w ten sposób dane muszą być kodowane za pomocą kodów przestrzennych STC (ang. Space-Time Code), dzięki czemu odbiornik odczytuje dane z odebranego sygnału.

Rodzaje technologii MIMO

• MIMO (multiple-input multiple-output) – technologia z użyciem wielu nadajników i wielu odbiorników
• MISO (multiple-input single-output) – anten nadawczych jest kilka, ale tylko jedna odbiorcza
• SIMO (single-input multiple-output) – antena nadawcza jest jedna, a odbiorczych kilka
• SISO (single-input single-output) – antena nadawcza i antena odbiorcza jest tylko jedna

Opis matematyczny

W systemie MIMO nadajnik wysyła wiele strumieni przez wiele anten nadawczych. Przesyłany strumień przechodzi przez macierz kanału, która składa się ze wszystkich możliwych ścieżek między antenami nadawczymi i odbiorczymi. Następnie odbiornik otrzymuje wektory sygnału odebranego przez wiele anten odbiorczych i dekoduje je do informacji oryginalnej. Model systemu MIMO jest następujący:

${\displaystyle \mathbf {y} =\mathbf {H} \mathbf {x} +\mathbf {n} }$

gdzie ${\displaystyle \mathbf {y} }$ i ${\displaystyle \mathbf {x} }$ są odpowiednio wektorami odbieranymi i nadawanymi, a ${\displaystyle \mathbf {H} }$ i ${\displaystyle \mathbf {n} }$ to macierz kanału i wektor szumu.

• Osiągalna pojemność zamkniętej pętli systemu MIMO wynosi:

${\displaystyle C_{\mathrm {CL} }=E\left[\max _{\mathbf {Q} }\log _{2}\det \left(\mathbf {I} +\mathbf {H} \mathbf {Q} \mathbf {H} ^{H}\right)\right]=E\left[\log _{2}\det \left(\mathbf {I} +\mathbf {U} \mathbf {S} \mathbf {U} ^{H}\right)\right]}$

• Osiągalna pojemność otwartej pętli systemu MIMO wynosi:

${\displaystyle C_{\mathrm {OL} }=\max _{\mathbf {Q} }E\left[\log _{2}\det \left(\mathbf {I} +\mathbf {H} \mathbf {Q} \mathbf {H} ^{H}\right)\right]=E\left[\log _{2}\det \left(\mathbf {I} +\mathbf {H} \mathbf {H} ^{H}\right)\right]}$

Zobacz też

• IEEE 802.11n
• IEEE 812.11ac
• High-Speed Downlink Packet Access
• WiMax

Przypisy