في مجال الاتصالات اللاسلكية ، كانت السرعة والاستقرار دائمًا متطلبات أساسية للمستخدمين. اعتمدت أجهزة Wi-Fi المبكرة على هوائي واحد لنقل البيانات ، مما يجعلها عرضة للتداخل البيئي وتخفيف الإشارة ، والتي تحد من السرعات والتغطية. ومع ذلك ، مع ظهور تقنية MIMO (متعددة الإخراج متعددة الإخراج) ، حقق أداء الشبكة اللاسلكية قفزة نوعية. تتحول هذه المقالة إلى مبادئ عمل تقنية MIMO وتستكشف كيفية تحسين سرعات Wi-Fi بشكل كبير.
مبادئ تكنولوجيا MIMO
(أ) ما هو ميمو؟
يشير MIMO (مخرجات متعددة المدخلات المتعددة) إلى الإرسال المتزامن واستقبال البيانات من خلال هوائيات متعددة. بالمقارنة مع أنظمة Antenna التقليدية ، تستخدم MIMO تقنيتين رئيسيتين: التنوع المكاني والتكشف المكاني ، مما يعزز بشكل كبير من كفاءة نقل البيانات.
التنوع المكاني : من خلال تلقي نسخ متعددة من نفس الإشارة من خلال هوائيات متعددة ، يستغل MIMO الاختلافات في مسارات الإشارة لتحسين مقاومة التداخل وتقليل معدلات خطأ البتات.
تعدد الإرسال المكاني : يتم تقسيم البيانات إلى تدفقات مستقلة متعددة وينقل بالتوازي عبر هوائيات مختلفة ، مضاعفة الإنتاجية. على سبيل المثال ، يمكن لتكوين MIMO 2 × 2 (اثنان من الهوائيات المستقبلة + اثنين) مضاعفة معدل البيانات.
(ب) التقنيات الرئيسية
الشكل الشعاعي : يقوم بضبط مراحل إشارة الهوائي ديناميكيًا لتركيز الطاقة نحو الأجهزة المستهدفة ، وتعزيز قوة الإشارة وتغطية.
رابطة القناة : الجمع بين قناتين 20 ميجاهرتز في قناة 40 ميجاهرتز (على سبيل المثال ، في 802.11n) ، مما يؤدي إلى إنشاء طريق سريع للبيانات 'لسرعات أعلى.
تحسينات السرعة العملية من MIMO
(أ) قفزة المعدل النظري
بموجب معيار 802.11n ، زاد MIMO من السرعات النظرية من 150 ميغابت في الثانية (هوائي واحد) إلى 600 ميجابت في الثانية (تكوين 4 × 4 MIMO). قدم معيار 802.11ac (Wi-Fi 5) Mu-Mimo (MIMO متعدد المستخدمين) ، مما يتيح نقل البيانات المتزامن إلى أجهزة متعددة ، مع وصول المعدلات النظرية إلى 6.93 جيجابت في الثانية.
(ب) مزايا الأداء في سيناريوهات العالم الحقيقي
شبكات المنزل : في التخطيطات المعقدة ، يقلل MIMO 'المناطق الميتة ، ' ضمان تشغيل سلس لتطبيقات النطاق الترددي العالي مثل البث 4K والألعاب عبر الإنترنت. على سبيل المثال ، يحقق جهاز التوجيه ASUS RT-AX88U سرعة تم اختبارها 2.4 جيجابت في الثانية باستخدام 4 × 4 MIMO.
بيئات المؤسسات : في إعدادات المكاتب عالية الكثافة ، يمكن لـ MIMO خدمة عشرات الأجهزة بشكل متزامن ، وتجنب احتقان الشبكة. Cisco's Catalyst 9100 Series APS الاستفادة من MU-MIMO إلى سعة المستخدم المتزامنة الثلاثي.
التقنيات المشتقة من MIMO
(أ) مو ميمو
يدعم MIMO التقليدية ناقل حركة متعدد الجوانب إلى جهاز واحد ، بينما يسمح MU-MIMO أجهزة التوجيه بالتواصل مع أجهزة متعددة في وقت واحد. على سبيل المثال ، يمكن لجهاز التوجيه المنزلي إرسال تدفقات البيانات إلى هاتف ذكي وتلفزيون وجهاز كمبيوتر محمول بشكل مستقل ، مما يقلل من تأخير قائمة الانتظار.
(ب) ميمو الضخم
المبدأ : ينشر العشرات أو حتى مئات الهوائيات لتشكيل عوارض اتجاهية عالية ، وتحسين كفاءة الطيف وقدرة الشبكة.
التطبيق : جنبا إلى جنب مع Wi-Fi 6 (802.11ax) ، يدعم MIMO ضخمة الاتصال لآلاف الأجهزة في سيناريوهات عالية الكثافة مثل الملاعب والمطارات.
تحديات واستراتيجيات التحسين لـ MIMO
(أ) التدخل البيئي وتخطيط الهوائي
التحدي : قد تقدم هوائيات متعددة تداخل انعكاس الإشارة (على سبيل المثال ، من الأثاث المعدني في الداخل).
الحل : استخدم خوارزميات الهوائي الذكية (على سبيل المثال ، تشكيل الشعاع التكيفي) لتحسين مسارات الإشارة ديناميكيًا.
(ب) توافق الجهاز
التحدي : قد لا تدعم الأجهزة القديمة تكوينات MIMO المتقدمة (على سبيل المثال ، تقتصر على 1 × 1 MIMO).
التحسين : اختر أجهزة التوجيه ذات التوافق المتخلف لضمان الاستقرار في شبكات الجهاز المختلط.
التوقعات المستقبلية
مع ارتفاع 6G و Metaverse ، ستستمر تقنية MIMO في التطور:
الأسطح الذكية القابلة لإعادة التكوين (RIS) : تتحكم المواد القابلة للبرمجة ديناميكيًا في الموجات الكهرومغناطيسية ، تتكامل مع MIMO لتحقيق سرعات عالية للغاية وزمن الوصول المنخفض للغاية.
نطاقات تردد Terahertz : سيلعب MIMO دورًا مهمًا في اتصالات Terahertz في 6G ، ودعم تطبيقات مثل الواقع الافتراضي والتواصل الثلاثية الأبعاد.
خاتمة
من شبكة Wi-Fi إلى محطات قاعدة 5G ، أحدثت تقنية MIMO ثورة في التواصل اللاسلكي من خلال التعاون المتعدد المضادة. إنه لا يعزز فقط السرعة والاستقرار ، بل يضع أيضًا أساس عصر الأجهزة المترابطة مع تقنيات مشتقة مثل Mu-Mimo و Mimo Mimo. كخوارزميات ذكية ومواد جديدة تقدم ، ستستمر MIMO في قيادة موجة الابتكار في الشبكات اللاسلكية.
