MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) es una tecnología que utiliza múltiples antenas para enviar y recibir señales en el campo de la comunicación inalámbrica. La tecnología MIMO se utiliza principalmente en el campo de Wi-Fi (WiFi) y las comunicaciones móviles, lo que puede mejorar eficazmente la capacidad, la cobertura y la relación señal-ruido del sistema. En términos generales, M×N MIMO significa que hay M antenas en el extremo emisor y N antenas en el extremo receptor.
De SISO a MIMO
SISO (entrada única y salida única)
Antes de presentar MIMO, debemos explicar qué es SISO. SISO es un sistema de envío y recepción único, es un sistema de entrada y salida única, la ruta entre la antena transmisora y la antena receptora es única y la transmisión es 1 señal. En los sistemas inalámbricos, definimos cada señal como una Corriente Espacial.
Dado que el camino entre las antenas transmisora y receptora es único, dicho sistema de transmisión no es confiable y la velocidad de transmisión es limitada.
SIMO (entrada única y salida múltiple)
Para cambiar la falta de confiabilidad y la situación restringida de SISO, se agrega una antena en el terminal, de modo que el extremo receptor pueda recibir dos señales al mismo tiempo, es decir, enviar una sola señal y recibir más. Un sistema de transmisión de este tipo es de entrada única y salida múltiple, es decir, SIMO.
Aunque hay dos señales, las dos señales se envían desde la misma antena transmisora, por lo que los datos enviados son los mismos y la transmisión sigue siendo una sola señal. De esta forma, no importa si se pierde parte de una señal, siempre y cuando el terminal pueda recibir datos completos de la otra señal. Aunque la capacidad máxima sigue siendo un camino, la confiabilidad se duplica. Este enfoque se llama diversidad de recepción.
MISO (múltiples entradas y salida única)
Si cambiamos nuestra forma de pensar, ¿qué pasaría si incrementáramos el número de antenas transmisoras a dos y mantuviéramos el número de antenas receptoras en una?
Debido a que solo hay una antena receptora, las dos rutas eventualmente deben combinarse en una, lo que lleva a que la antena transmisora solo pueda enviar los mismos datos y la transmisión siga siendo solo una señal. En realidad, esto puede lograr el mismo efecto que SIMO; el sistema de transmisión se llama entrada múltiple y salida única o MISO. Este método también se llama diversidad de emisiones.
MIMO (múltiples entradas y múltiples salidas)
Si la antena del transceptor se aumenta a dos al mismo tiempo, ¿es posible enviar dos señales de forma independiente y duplicar la velocidad? La respuesta es sí, pues del análisis previo de SIMO y MISO, la capacidad de transmisión depende del número de antenas en ambos lados. Y este sistema de transmisión múltiple de múltiples receptores es MIMO.
La tecnología MIMO permite que múltiples antenas envíen y reciban múltiples señales al mismo tiempo, y puede distinguir entre señales enviadas hacia o desde diferentes orientaciones espaciales. A través de la tecnología de multiplexación por división espacial y diversidad espacial, la capacidad del sistema, la cobertura y la relación señal-ruido se pueden mejorar sin aumentar el consumo de ancho de banda.
¿Cuáles son los tipos de MIMO?
MIMO es una tecnología que utiliza múltiples antenas para enviar y recibir señales, originalmente utilizada para la transmisión de datos a un solo usuario. Sin embargo, con el desarrollo de la tecnología de transmisión multiusuario, han surgido una variedad de tecnologías MIMO multiusuario sobre la base de MIMO. Para facilitar la diferenciación, el MIMO monousuario se denomina SU-MIMO (MIMO monousuario). La tecnología MIMO multiusuario incluye principalmente los siguientes tipos.
MU-MIMO (MIMO multiusuario):Permite que el transmisor transmita datos a múltiples usuarios simultáneamente. El estándar Wi-Fi 5 comenzó a admitir MU-MIMO para 4 usuarios y el estándar Wi-Fi 6 aumentó el número de usuarios a 8.
CO-MIMO(MIMO cooperativo):Se forman múltiples dispositivos inalámbricos en un sistema virtual de múltiples antenas para realizar la transmisión simultánea de datos entre dispositivos de transmisión adyacentes y múltiples usuarios.
MIMO masivo:La tecnología de antenas a gran escala mejora en gran medida la cantidad de antenas, el MIMO tradicional generalmente usa de 2 a 8 antenas, mientras que Massive MIMO puede alcanzar 64/128/256 antenas. Puede mejorar en gran medida la capacidad del sistema y la eficiencia de transmisión, y es la tecnología clave de las comunicaciones móviles 5G.
En términos generales, la tecnología MIMO multiusuario se puede clasificar como tecnología MIMO, pero cuando nos referimos a MIMO, generalmente nos referimos al concepto MIMO tradicional, es decir, SU-MIMO.
¿Cómo funciona MIMO en Wi-Fi?
En el ámbito Wi-Fi, la tecnología MIMO se ha introducido a partir del estándar Wi-Fi 4 (802.11n). MIMO utiliza principalmente dos tecnologías clave: diversidad espacial y multiplexación por división espacial. Ya sea tecnología de diversidad o tecnología de multiplexación, es una tecnología que convierte un dato en datos múltiples, que pueden clasificarse como tecnología de codificación espacio-temporal.
Diversidad espacial
La idea de la tecnología de diversidad espacial es crear diferentes versiones del mismo flujo de datos, codificarlas y modularlas en diferentes antenas y luego transmitirlas. Este flujo de datos puede ser el flujo de datos original que se enviará o puede ser un nuevo flujo de datos formado después de una determinada transformación matemática del flujo de datos original. El receptor utiliza el ecualizador espacial para separar la señal recibida, luego demodular y decodificar, y combinar las diferentes señales recibidas del mismo flujo de datos para recuperar la señal original. La tecnología de diversidad espacial permite una transmisión de datos más confiable.
La diversidad espacial mejora efectivamente la confiabilidad de la transmisión de datos y se aplica a escenarios donde la distancia de transmisión es larga y la velocidad no es alta.
Multiplexación por división espacial
La tecnología de multiplexación por división espacial significa que los datos a transmitir se dividen en múltiples flujos de datos, que se codifican y modulan mediante diferentes antenas y luego se transmiten, para mejorar la velocidad de transmisión del sistema. Las antenas son independientes entre sí, una antena equivale a un canal independiente, el receptor utiliza un ecualizador espacial para separar la señal recibida y luego demodula, decodifica y fusiona varios flujos de datos para restaurar la señal original.
La multiplexación por división espacial mejora eficazmente la velocidad de transmisión de datos y es adecuada para escenarios con distancias de transmisión cortas y requisitos de alta velocidad.
¿Qué es M×N MIMO?
En las especificaciones de los productos WLAN, suele verse un indicador M×N MIMO, también escrito MTNR, ¿cuál es el significado de este indicador? De hecho, se utiliza para representar la cantidad de antenas MIMO, M representa la cantidad de antenas en el lado emisor y N representa la cantidad de antenas en el lado receptor. Por ejemplo, 4×3 MIMO significa que cuatro antenas transmiten y tres antenas reciben.
La mayoría de los enrutadores inalámbricos domésticos del mercado pueden ver varias antenas, una antena a menudo puede admitir recepción y envío, por lo que simplemente puede juzgar según la cantidad de antenas, la cantidad de antenas es el valor de M y N. Por ejemplo, un enrutador inalámbrico con 4 antenas puede considerarse 4x4 MIMO, por supuesto, prevalecen las especificaciones específicas del producto. Cuantas más antenas, mayor será el rendimiento, más caro será el precio.
En un sistema MIMO, si el número de antenas receptoras y receptoras no es igual, el número de flujos espaciales que se pueden transmitir es menor o igual al número de antenas más pequeñas en el extremo receptor/enviador. Por ejemplo, un sistema MIMO 4×4 (4T4R) puede transmitir cuatro o menos flujos espaciales, mientras que un sistema MIMO 3×2 (3T2R) puede transmitir dos o un flujo espacial.
En aplicaciones prácticas, los AP tienden a tener una mayor cantidad de antenas, desde 4 antenas hasta 16 antenas, pero los terminales (como los teléfonos móviles) generalmente tienen solo 1-2 antenas. Incluso si la tecnología de antenas mejora constantemente, pero está limitada por el tamaño del producto terminal, incluso si puede acomodar 1-2 antenas, es mucho menor que la cantidad de antenas de AP, lo que significa que la cantidad de antenas espaciales Los flujos que se pueden transmitir están limitados por el terminal, lo que da como resultado el hecho de que la tasa de aumento en el número de flujos espaciales no se puede disfrutar por completo, lo que resulta en el desperdicio de recursos de antena en AP. Afortunadamente, ha surgido la tecnología MIMO multiusuario que ha solucionado este problema, como MU-MIMO, que permite que un AP transmita señales con múltiples terminales al mismo tiempo, y el número total de antenas de múltiples terminales es igual al número de Antenas de AP, para que la capacidad del AP se pueda reproducir completamente.
