כיצד MIMO משפר את מהירות ה- Wi-Fi שלך?

בתחום התקשורת האלחוטית, המהירות והיציבות היו תמיד דרישות ליבה למשתמשים. מכשירי Wi-Fi המוקדמים הסתמכו על אנטנה יחידה להעברת נתונים, מה שהופך אותם לרגישים להתערבות סביבתית ולהפחתת האות, שהגבילו את המהירות והכיסוי. עם זאת, עם כניסתם של טכנולוגיית MIMO (מרובה-תפוקה מרובה-תפוקה), ביצועי הרשת האלחוטית השיגה קפיצה איכותית. מאמר זה מתעמק בעקרונות העבודה של טכנולוגיית MIMO ובוחן כיצד הוא משפר משמעותית את מהירויות ה- Wi-Fi.

עקרונות טכנולוגיית MIMO

(א) מה זה MIMO?

MIMO (תפוקה מרובה-תפוקה מרובה-תפוקה) מתייחסת להעברה סימולטנית וקבלה של נתונים באמצעות אנטנות מרובות. בהשוואה למערכות אנטנה יחידה מסורתיות, MIMO משתמש בשתי טכנולוגיות עיקריות: גיוון מרחבי ומול מרחב מרחבי , ומשפר משמעותית את יעילות העברת הנתונים.

• גיוון מרחבי : על ידי קבלת מספר עותקים של אותו אות דרך אנטנות מרובות, MIMO מנצלת הבדלים בנתיבי האות כדי לשפר את עמידות ההפרעה ולהפחתת שיעורי שגיאות הסיביות.

• ריבוי מרחבי : נתונים מחולקים לזרמים עצמאיים מרובים ומועברים במקביל באמצעות אנטנות שונות, מכפילים את התפוקה. לדוגמה, תצורת MIMO 2 × 2 (שתי שידור + שתי אנטנות המקבלות) יכולה להכפיל את קצב הנתונים.

(ב) טכנולוגיות מפתח

• צורת קרנים : מתאימה באופן דינמי שלבי אות אנטנה כדי למקד אנרגיה למכשירי יעד, תוך שיפור חוזק האות והכיסוי.

• מליטה בערוץ : משלב שני ערוצי 20 מגה הרץ לערוץ 40 מגה הרץ (למשל, ב- 802.11n), ויוצר 'כביש נתונים ' רחב יותר למהירויות גבוהות יותר.

שיפורי מהירות מעשית מ- MIMO

(א) קפיצת התעריף התיאורטית

תחת תקן 802.11N, MIMO הגדיל את המהירויות התיאורטיות מ -150 מגהביט לשנייה (אנטנה בודדת) ל 600 מגהביט לשנייה (תצורת MIMO 4 × 4).
תקן 802.11ac (Wi-Fi 5) הציג  את Mu-MiMo  (MiMO רב-משתמשים), מה שמאפשר העברת נתונים סימולטנית למספר מכשירים, כאשר שיעורים תיאורטיים מגיעים עד 6.93 ג'יגה-ביט לשנייה.

(ב) יתרונות ביצועים בתרחישים בעולם האמיתי

• רשתות ביתיות : בפריסות מורכבות, MIMO מפחית את 'אזורים מתים, ' ומבטיח הפעלה חלקה של יישומי רוחב פס גבוה כמו סטרימינג 4K ומשחקים מקוונים. לדוגמה, הנתב ASUS RT-AX88U משיג מהירות נבדקת של 2.4 ג'יגה-ביט לשנייה באמצעות 4 × 4 MIMO.

• סביבות ארגוניות : בהגדרות משרדיות בצפיפות גבוהה, MIMO יכול לשרת עשרות מכשירים במקביל ולהימנע מעומס רשת. Satalyst 9100 של סיסקו APS APS מינוף MU-MIMO כדי לשלש יכולת משתמש במקביל.

טכנולוגיות נגזרות של MIMO

(א) MU-MIMO

MIMO מסורתי תומך בהעברה מרובת-זרם למכשיר יחיד, ואילו MU-MIMO מאפשר לנתבים לתקשר עם מספר מכשירים בו זמנית. לדוגמה, נתב ביתי יכול לשלוח זרמי נתונים לסמארטפון, טלוויזיה ומחשב נייד באופן עצמאי, ולהפחית עיכובים בתור.

(ב) מימו מסיבי

• עקרון : פורס עשרות או אפילו מאות אנטנות ליצירת קורות כיווניות מאוד, ומשפר את יעילות הספקטרום ואת קיבולת הרשת.

• יישום : בשילוב עם Wi-Fi 6 (802.11ax), Mamo Massive תומך בקישוריות עבור אלפי מכשירים בתרחישים בצפיפות גבוהה כמו אצטדיונים ושדות תעופה.

אתגרים ואסטרטגיות אופטימיזציה עבור MIMO

(א) הפרעות סביבתיות ופריסת אנטנה

• אתגר : אנטנות מרובות עשויות להציג הפרעות של השתקפות איתות (למשל, מרהיטי מתכת בתוך הבית).

• הפיתרון : השתמש באלגוריתמי אנטנה חכמים (למשל, צורת קרניים אדפטיבית) כדי לייעל באופן דינמי את נתיבי האות.

(ב) תאימות מכשירים

• אתגר : מכשירים ישנים עשויים שלא לתמוך בתצורות MIMO מתקדמות (למשל, מוגבלות ל- 1 × 1 MIMO).

• אופטימיזציה : בחר נתבים עם תאימות לאחור כדי להבטיח יציבות ברשתות מכשירים מעורבים.

השקפה עתידית

עם עלייתם של 6G והמטברס, טכנולוגיית MIMO תמשיך להתפתח:

• משטחים אינטליגנטים הניתנים להגדרה מחדש (RIS) : חומרים הניתנים לתכנות שולטים באופן דינמי גלים אלקטרומגנטיים, תוך שילוב עם MIMO כדי להשיג מהירויות גבוהות במיוחד ואביון נמוך במיוחד.

• להקות תדרים של Terahertz : MIMO ישחק תפקיד קריטי בתקשורת Terahertz של 6G, ותומך ביישומים כמו מציאות מדומה ותקשורת הולוגרפית.

מַסְקָנָה

מהבית Wi-Fi לתחנות בסיס 5G, MIMO Technology חוללה מהפכה בתקשורת אלחוטית באמצעות שיתוף פעולה רב-אנטיני. זה לא רק מגביר את המהירות והיציבות, אלא גם מניח את הבסיס לעידן של מכשירים מחוברים זה לזה עם טכנולוגיות נגזרות כמו MU-MIMO ו- MAMO MASIVE. ככל שמתקדמים אלגוריתמים חכמים וחומרים חדשים, MIMO ימשיך להוביל את גל החדשנות ברשתות אלחוטיות.