Πώς ενισχύει το MIMO σας ταχύτητα Wi-Fi;

Στον τομέα της ασύρματης επικοινωνίας, η ταχύτητα και η σταθερότητα ήταν πάντα βασικές απαιτήσεις για τους χρήστες. Οι πρώιμες συσκευές Wi-Fi βασίστηκαν σε μία μόνο κεραία για τη μετάδοση δεδομένων, καθιστώντας τους ευαίσθητες σε περιβαλλοντικές παρεμβολές και εξασθένηση του σήματος, οι οποίες περιορισμένες ταχύτητες και κάλυψη. Ωστόσο, με την έλευση της τεχνολογίας MIMO (πολλαπλής εισόδου πολλαπλών εισόδων), η απόδοση του ασύρματου δικτύου έχει επιτύχει ποιοτικό άλμα. Αυτό το άρθρο βυθίζεται στις αρχές λειτουργίας της τεχνολογίας MIMO και διερευνά τον τρόπο με τον οποίο βελτιώνει σημαντικά τις ταχύτητες Wi-Fi.

Αρχές της τεχνολογίας MIMO

(α) Τι είναι το MIMO;

Το MIMO (πολλαπλών εισόδων πολλαπλών εισόδων) αναφέρεται στην ταυτόχρονη μετάδοση και λήψη δεδομένων μέσω πολλαπλών κεραιών. Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά συστήματα μονής αντοχής, η MIMO χρησιμοποιεί δύο βασικές τεχνολογίες: χωρική ποικιλομορφία και χωρική πολυπλεξία , ενισχύοντας σημαντικά την αποτελεσματικότητα μετάδοσης των δεδομένων.

• Χωρική ποικιλομορφία : Λαμβάνοντας πολλαπλά αντίγραφα του ίδιου σήματος μέσω πολλαπλών κεραιών, το MIMO εκμεταλλεύεται τις διαφορές στις διαδρομές σήματος για τη βελτίωση της αντίστασης των παρεμβολών και τη μείωση των ποσοστών σφάλματος bit.

• Χωρική πολυπλεξία : Τα δεδομένα χωρίζονται σε πολλαπλές ανεξάρτητες ροές και μεταδίδονται παράλληλα μέσω διαφορετικών κεραιών, πολλαπλασιάζοντας την απόδοση. Για παράδειγμα, μια διαμόρφωση MIMO 2 × 2 (δύο μετάδοσης + δύο κεραίες λήψης) μπορεί να διπλασιάσει τον ρυθμό δεδομένων.

β) Βασικές τεχνολογίες

• BeamForming : Ρυθμίζει δυναμικά τις φάσεις σήματος κεραίας για να εστιάσει την ενέργεια προς τις συσκευές στόχου, ενισχύοντας την αντοχή του σήματος και την κάλυψη.

• Δεσμευτικός κανάλι : Συνδυάζει δύο κανάλια 20 MHz σε κανάλι 40 MHz (π.χ. σε 802.11n), δημιουργώντας μια ευρύτερη 'αυτοκινητόδρομο δεδομένων ' για υψηλότερες ταχύτητες.

Πρακτικές βελτιώσεις ταχύτητας από το MIMO

(α) Θεωρητικό άλμα ρυθμού

Κάτω από το πρότυπο 802.11n, το MIMO αύξησε τις θεωρητικές ταχύτητες από 150 Mbps (μονή κεραία) σε 600 Mbps (διαμόρφωση 4 × 4 MIMO).
Το πρότυπο 802.11AC (Wi-Fi 5) εισήγαγε  το MUMO  (MIMO MIMO), επιτρέποντας την ταυτόχρονη μετάδοση δεδομένων σε πολλαπλές συσκευές, με θεωρητικές τιμές να φθάνουν μέχρι και 6,93 Gbps.

(β) Πλεονεκτήματα απόδοσης σε σενάρια πραγματικού κόσμου

• Home Networks : Σε σύνθετες διατάξεις, το MIMO μειώνει τις 'νεκρές ζώνες, την εξασφάλιση της ομαλής λειτουργίας των εφαρμογών υψηλού εύρους ζώνης όπως η ροή 4K και το online gaming. Για παράδειγμα, ο δρομολογητής ASUS RT-AX88U επιτυγχάνει μια δοκιμασμένη ταχύτητα 2,4 Gbps χρησιμοποιώντας 4 × 4 MIMO.

• Επιχειρηματικά περιβάλλοντα : Σε ρυθμίσεις γραφείου υψηλής πυκνότητας, το MIMO μπορεί να εξυπηρετεί ταυτόχρονα δεκάδες συσκευές, αποφεύγοντας τη συμφόρηση του δικτύου. Cisco's Catalyst 9100 APS APS μόχλευση mu-mimo σε τριπλή ταυτόχρονη χωρητικότητα χρήστη.

Παράγωγες τεχνολογίες του Mimo

(α) mu-mimo

Το παραδοσιακό MIMO υποστηρίζει τη μετάδοση πολλαπλών ροών σε μία μόνο συσκευή, ενώ το MU-MIMO επιτρέπει στους δρομολογητές να επικοινωνούν ταυτόχρονα με πολλαπλές συσκευές. Για παράδειγμα, ένας δρομολογητής σπιτιού μπορεί να στείλει ροές δεδομένων σε ένα smartphone, τηλεόραση και φορητό υπολογιστή ανεξάρτητα, μειώνοντας τις καθυστερήσεις στην ουρά.

(β) μαζική μίμη

• Αρχή : αναπτύσσει δεκάδες ή ακόμα και εκατοντάδες κεραίες για να σχηματίσουν εξαιρετικά κατευθυντικές δοκούς, βελτιώνοντας την αποτελεσματικότητα του φάσματος και τη χωρητικότητα του δικτύου.

• Εφαρμογή : Σε συνδυασμό με το Wi-Fi 6 (802.11ax), η μαζική MIMO υποστηρίζει τη συνδεσιμότητα για χιλιάδες συσκευές σε σενάρια υψηλής πυκνότητας όπως τα γήπεδα και τα αεροδρόμια.

Προκλήσεις και στρατηγικές βελτιστοποίησης για το MIMO

(α) Περιβαλλοντική παρεμβολή και διάταξη κεραίας

• Πρόκληση : Πολλές κεραίες μπορούν να εισαγάγουν παρεμβολές προβληματισμού σήματος (π.χ. από μεταλλικά έπιπλα σε εσωτερικούς χώρους).

• Λύση : Χρησιμοποιήστε ευφυείς αλγόριθμους κεραίας (π.χ. προσαρμοστική μορφή δέσμης) για να βελτιστοποιήσετε δυναμικά τις διαδρομές σήματος.

(β) Συμβατότητα συσκευών

• Πρόκληση : Οι παλαιότερες συσκευές ενδέχεται να μην υποστηρίζουν προηγμένες διαμορφώσεις MIMO (π.χ. περιορίζονται σε 1 × 1 MIMO).

• Βελτιστοποίηση : Επιλέξτε δρομολογητές με συμβατότητα προς τα πίσω για να διασφαλίσετε τη σταθερότητα σε δίκτυα μικτής συσκευής.

Μελλοντικές προοπτικές

Με την άνοδο των 6G και της Metaverse, η τεχνολογία MIMO θα συνεχίσει να εξελίσσεται:

• Επαναπροσδιορίσιμες έξυπνες επιφάνειες (RIS) : Προγραμματιζόμενα υλικά ελέγχουν δυναμικά τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, ενσωματώνοντας με το MIMO για να επιτύχουν εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες και εξαιρετικά χαμηλή λανθάνουσα κατάσταση.

• Οι ζώνες συχνοτήτων Terahertz : Το MIMO θα διαδραματίσει κρίσιμο ρόλο στις επικοινωνίες Terahertz της 6G, υποστηρίζοντας εφαρμογές όπως η εικονική πραγματικότητα και η ολογραφική επικοινωνία.

Σύναψη

Από τους σταθμούς βάσης Wi-Fi στο σπίτι, η MIMO Technology έχει φέρει επανάσταση στην ασύρματη επικοινωνία μέσω της συνεργασίας πολλαπλών αντισκοπικών. Δεν ενισχύει μόνο την ταχύτητα και τη σταθερότητα, αλλά επίσης θέτει τα θεμέλια για την εποχή των διασυνδεδεμένων συσκευών με τεχνολογίες παραγώγων όπως το MU-MIMO και το Massive MIMO. Ως έξυπνοι αλγόριθμοι και νέα υλικά, η MIMO θα συνεχίσει να οδηγεί το κύμα της καινοτομίας σε ασύρματα δίκτυα.