Hoe verbetert MIMO uw wifi-snelheid?

Op het gebied van draadloze communicatie zijn snelheid en stabiliteit altijd de belangrijkste eisen van gebruikers geweest. Vroege Wi-Fi-apparaten waren voor gegevensoverdracht afhankelijk van één enkele antenne, waardoor ze gevoelig waren voor omgevingsinterferentie en signaalverzwakking, wat de snelheden en dekking beperkte. Met de komst van MIMO-technologie (Multiple-Input Multiple-Output) hebben de prestaties van draadloze netwerken echter een kwalitatieve sprong voorwaarts gemaakt. Dit artikel gaat in op de werkingsprincipes van MIMO-technologie en onderzoekt hoe deze de Wi-Fi-snelheden aanzienlijk verbetert.

Principes van MIMO-technologie

(a) Wat is MIMO?

MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) verwijst naar de gelijktijdige verzending en ontvangst van gegevens via meerdere antennes. Vergeleken met traditionele systemen met één antenne maakt MIMO gebruik van twee sleuteltechnologieën: ruimtelijke diversiteit en ruimtelijke multiplexing , waardoor de efficiëntie van de gegevensoverdracht aanzienlijk wordt verbeterd.

• Ruimtelijke diversiteit : Door meerdere kopieën van hetzelfde signaal via meerdere antennes te ontvangen, maakt MIMO gebruik van verschillen in signaalpaden om de interferentieweerstand te verbeteren en de bitfoutpercentages te verminderen.

• Ruimtelijke multiplexing : gegevens worden opgesplitst in meerdere onafhankelijke stromen en parallel verzonden via verschillende antennes, waardoor de doorvoer wordt vermenigvuldigd. Een 2×2 MIMO-configuratie (twee zend- + twee ontvangstantennes) kan bijvoorbeeld de datasnelheid verdubbelen.

(b) Sleuteltechnologieën

• Beamforming : Past dynamisch de signaalfasen van de antenne aan om de energie op de doelapparaten te richten, waardoor de signaalsterkte en dekking worden verbeterd.

• Channel Bonding : Combineert twee 20 MHz-kanalen tot een 40 MHz-kanaal (bijvoorbeeld in 802.11n), waardoor een bredere 'datasnelweg' ontstaat voor hogere snelheden.

Praktische snelheidsverbeteringen van MIMO

(a) Theoretische rentesprong

Onder de 802.11n-standaard verhoogde MIMO de theoretische snelheden van 150 Mbps (enkele antenne) naar 600 Mbps (4×4 MIMO-configuratie).
De 802.11ac-standaard (Wi-Fi 5) introduceerde  MU-MIMO  (Multi-User MIMO), waardoor gelijktijdige gegevensoverdracht naar meerdere apparaten mogelijk is, met theoretische snelheden tot 6,93 Gbps.

(b) Prestatievoordelen in reële scenario's

• Thuisnetwerken : In complexe lay-outs vermindert MIMO de 'dode zones', waardoor een soepele werking van toepassingen met hoge bandbreedte, zoals 4K-streaming en online gaming, wordt gegarandeerd. De ASUS RT-AX88U-router haalt bijvoorbeeld een geteste snelheid van 2,4 Gbps met behulp van 4×4 MIMO.

• Enterprise-omgevingen : In kantooromgevingen met hoge dichtheid kan MIMO tientallen apparaten tegelijk bedienen, waardoor netwerkcongestie wordt vermeden. Cisco's AP's uit de Catalyst 9100-serie maken gebruik van MU-MIMO om de gelijktijdige gebruikerscapaciteit te verdrievoudigen.

Afgeleide technologieën van MIMO

(a) MU-MIMO

Traditionele MIMO ondersteunt multi-stream transmissie naar één apparaat, terwijl MU-MIMO routers in staat stelt tegelijkertijd met meerdere apparaten te communiceren. Een thuisrouter kan bijvoorbeeld zelfstandig datastromen naar een smartphone, tv en laptop sturen, waardoor wachtrijvertragingen worden verminderd.

(b) Enorme MIMO

• Principe : Zet tientallen of zelfs honderden antennes in om zeer gerichte bundels te vormen, waardoor de spectrumefficiëntie en netwerkcapaciteit worden verbeterd.

• Toepassing : Gecombineerd met Wi-Fi 6 (802.11ax) ondersteunt Massive MIMO connectiviteit voor duizenden apparaten in scenario's met hoge dichtheid, zoals stadions en luchthavens.

Uitdagingen en optimalisatiestrategieën voor MIMO

(a) Omgevingsinterferentie en antenne-indeling

• Uitdaging : Meerdere antennes kunnen signaalreflectie-interferentie veroorzaken (bijvoorbeeld van metalen meubels binnenshuis).

• Oplossing : Gebruik intelligente antenne-algoritmen (bijvoorbeeld adaptieve beamforming) om signaalpaden dynamisch te optimaliseren.

(b) Apparaatcompatibiliteit

• Uitdaging : oudere apparaten ondersteunen mogelijk geen geavanceerde MIMO-configuraties (bijvoorbeeld beperkt tot 1×1 MIMO).

• Optimalisatie : Kies routers met achterwaartse compatibiliteit om stabiliteit in netwerken met gemengde apparaten te garanderen.

Toekomstperspectief

Met de opkomst van 6G en de metaverse zal de MIMO-technologie blijven evolueren:

• Herconfigureerbare intelligente oppervlakken (RIS) : Programmeerbare materialen controleren op dynamische wijze elektromagnetische golven en integreren met MIMO om ultrahoge snelheden en ultralage latentie te bereiken.

• Terahertz-frequentiebanden : MIMO zal een cruciale rol spelen in de terahertz-communicatie van 6G en toepassingen zoals virtual reality en holografische communicatie ondersteunen.

Conclusie

Van Wi-Fi thuis tot 5G-basisstations: MIMO-technologie heeft een revolutie teweeggebracht in de draadloze communicatie via samenwerking tussen meerdere antennes. Het verhoogt niet alleen de snelheid en stabiliteit, maar legt ook de basis voor het tijdperk van onderling verbonden apparaten met afgeleide technologieën zoals MU-MIMO en Massive MIMO. Naarmate intelligente algoritmen en nieuwe materialen zich ontwikkelen, zal MIMO de innovatiegolf op het gebied van draadloze netwerken blijven leiden.