MIMO таны Wi-Fi хурдыг хэрхэн нэмэгдүүлэх вэ?

Утасгүй холбооны салбарт хурд, тогтвортой байдал нь хэрэглэгчдийн гол шаардлага байсаар ирсэн. Эртний Wi-Fi төхөөрөмжүүд нь өгөгдөл дамжуулахдаа нэг антенн дээр тулгуурладаг байсан тул хүрээлэн буй орчны хөндлөнгийн оролцоо, дохионы сулралд өртөмтгий байсан бөгөөд энэ нь хурд болон хамрах хүрээг хязгаарладаг байв. Гэсэн хэдий ч MIMO (Олон оролттой олон гаралт) технологи бий болсноор утасгүй сүлжээний гүйцэтгэл чанарын хувьд үсрэнгүй болсон. Энэ нийтлэл нь MIMO технологийн ажиллах зарчмуудыг судалж, Wi-Fi-ийн хурдыг хэрхэн сайжруулах талаар судлах болно.

MIMO технологийн зарчмууд

(a) MIMO гэж юу вэ?

MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) нь олон антенаар дамжуулан өгөгдлийг нэгэн зэрэг дамжуулах, хүлээн авахыг хэлнэ. Уламжлалт нэг антентай системтэй харьцуулахад MIMO нь орон зайн олон янз байдал , орон зайн олон талт байдал гэсэн хоёр үндсэн технологийг ашигладаг бөгөөд энэ нь өгөгдөл дамжуулах үр ашгийг ихээхэн нэмэгдүүлдэг.

• Орон зайн олон янз байдал : Олон антенаар дамжуулан ижил дохионы олон хуулбарыг хүлээн авснаар MIMO нь хөндлөнгийн эсэргүүцлийг сайжруулж, битийн алдааны түвшинг бууруулахын тулд дохионы замын ялгааг ашигладаг.

• Орон зайн олон талт : Өгөгдлийг бие даасан олон урсгалд хувааж, өөр өөр антенаар дамжуулж, дамжуулах чадварыг үржүүлдэг. Жишээлбэл, 2×2 MIMO тохиргоо (хоёр дамжуулагч + хоёр хүлээн авагч антен) нь өгөгдлийн хурдыг хоёр дахин нэмэгдүүлэх боломжтой.

(б) Гол технологиуд

• Цацраг үүсгэх : Эрчим хүчийг зорилтот төхөөрөмж рүү чиглүүлэхийн тулд антенны дохионы үе шатыг динамикаар тохируулж, дохионы хүч болон хамрах хүрээг сайжруулдаг.

• Сувгийн холболт : 20 МГц-ийн хоёр сувгийг 40 МГц сувагт нэгтгэж (жишээ нь, 802.11n-д) илүү өргөн хурдтай 'өгөгдлийн хурдны зам' үүсгэдэг.

MIMO-ийн практик хурдны сайжруулалт

(a) Онолын ханшийн үсрэлт

802.11n стандартын дагуу MIMO нь онолын хурдыг 150 Mbps (нэг антен) -аас 600 Mbps (4×4 MIMO тохиргоо) хүртэл нэмэгдүүлсэн.
802.11ac (Wi-Fi 5) стандарт нь  MU-MIMO  (Олон хэрэглэгчийн MIMO)-ийг нэвтрүүлсэн бөгөөд онолын хурд нь 6.93 Gbps хүртэл олон төхөөрөмжид нэгэн зэрэг өгөгдөл дамжуулах боломжийг олгодог.

(б) Бодит нөхцөл байдал дахь гүйцэтгэлийн давуу тал

• Гэрийн сүлжээ : Нарийн төвөгтэй зохион байгуулалтад MIMO нь 'үхсэн бүсүүдийг' багасгаж, 4K дамжуулалт, онлайн тоглоом зэрэг өндөр зурвасын өргөнтэй програмуудыг жигд ажиллуулах боломжийг олгодог. Жишээлбэл, ASUS RT-AX88U чиглүүлэгч нь 4×4 MIMO ашиглан 2.4 Gbps хурдыг туршиж үздэг.

• Байгууллагын орчин : Өндөр нягтралтай оффисын нөхцөлд MIMO нь сүлжээний түгжрэлээс зайлсхийж, олон арван төхөөрөмжид нэгэн зэрэг үйлчлэх боломжтой. Cisco-ийн Catalyst 9100 цуврал AP нь нэгэн зэрэг хэрэглэгчийн хүчин чадлыг гурав дахин нэмэгдүүлэхийн тулд MU-MIMO-г ашигладаг.

MIMO-ийн дериватив технологи

(a) MU-MIMO

Уламжлалт MIMO нь нэг төхөөрөмж рүү олон урсгал дамжуулалтыг дэмждэг бол MU-MIMO нь чиглүүлэгчид олон төхөөрөмжтэй нэгэн зэрэг холбогдох боломжийг олгодог. Жишээлбэл, гэрийн чиглүүлэгч нь ухаалаг утас, зурагт, зөөврийн компьютер руу бие даан өгөгдөл дамжуулах боломжтой бөгөөд дарааллын саатлыг бууруулдаг.

(б) Их хэмжээний MIMO

• Зарчим : Өндөр чиглэлтэй цацраг үүсгэхийн тулд хэдэн арван эсвэл бүр хэдэн зуун антеннуудыг байрлуулж, спектрийн үр ашиг, сүлжээний хүчин чадлыг сайжруулдаг.

• Хэрэглээ : Wi-Fi 6 (802.11ax)-тай хослуулсан Massive MIMO нь цэнгэлдэх хүрээлэн, нисэх онгоцны буудал зэрэг өндөр нягтралтай нөхцөлд олон мянган төхөөрөмжүүдийн холболтыг дэмждэг.

MIMO-ийн сорилт ба оновчтой болгох стратеги

(a) Байгаль орчны хөндлөнгийн оролцоо ба антенны зохион байгуулалт

• Бэрхшээл : Олон антен нь дохионы тусгалд саад учруулж болзошгүй (жишээлбэл, доторх металл тавилга гэх мэт).

• Шийдэл : Сигналын замыг динамикаар оновчтой болгохын тулд ухаалаг антенны алгоритмуудыг (жишээлбэл, дасан зохицох цацраг үүсгэх) ашиглана уу.

(б) Төхөөрөмжийн нийцтэй байдал

• Бэрхшээл : Хуучин төхөөрөмжүүд нь дэвшилтэт MIMO тохиргоог дэмжихгүй байж магадгүй (жишээ нь, 1×1 MIMO-ээр хязгаарлагддаг).

• Оновчлол : Холимог төхөөрөмжийн сүлжээнд тогтвортой байдлыг хангахын тулд хоцрогдсон нийцтэй чиглүүлэгчийг сонго.

Ирээдүйн төлөв

6G болон метаверс хөгжихийн хэрээр MIMO технологи хөгжсөөр байна:

• Дахин тохируулах боломжтой ухаалаг гадаргуу (RIS) : Програмчлагдах материалууд нь цахилгаан соронзон долгионыг динамикаар удирдаж, MIMO-тэй нэгтгэж, хэт өндөр хурд, хэт бага хоцролтыг бий болгодог.

• Терагерцийн давтамжийн зурвас : MIMO нь 6G-ийн терагерц холболтод чухал үүрэг гүйцэтгэх бөгөөд виртуал бодит байдал, голограф харилцаа зэрэг програмуудыг дэмжих болно.

Дүгнэлт

Гэрийн Wi-Fi-аас 5G суурь станц хүртэл MIMO технологи нь олон антентай хамтран ажиллах замаар утасгүй холбоонд хувьсгал хийсэн. Энэ нь хурд, тогтвортой байдлыг нэмэгдүүлээд зогсохгүй MU-MIMO болон Massive MIMO зэрэг дериватив технологи бүхий хоорондоо холбогдсон төхөөрөмжүүдийн эрин үеийн суурийг тавьж байна. Ухаалаг алгоритмууд болон шинэ материалууд хөгжихийн хэрээр MIMO утасгүй сүлжээн дэх инновацийн давалгааг үргэлжлүүлэх болно.