MIMO ช่วยเพิ่มความเร็ว Wi-Fi ของคุณได้อย่างไร?

ในด้านการสื่อสารไร้สายความเร็วและความมั่นคงเป็นความต้องการหลักสำหรับผู้ใช้เสมอ อุปกรณ์ Wi-Fi ในช่วงต้นอาศัยเสาอากาศเดียวสำหรับการส่งข้อมูลทำให้พวกเขาไวต่อการรบกวนด้านสิ่งแวดล้อมและการลดทอนสัญญาณซึ่ง จำกัด ความเร็วและความครอบคลุม อย่างไรก็ตามด้วยการถือกำเนิดของเทคโนโลยี MIMO (หลายอินพุตหลายอินพุต) ประสิทธิภาพเครือข่ายไร้สายได้ประสบความสำเร็จในการก้าวกระโดดเชิงคุณภาพ บทความนี้นำเสนอหลักการทำงานของเทคโนโลยี MIMO และสำรวจว่ามันช่วยเพิ่มความเร็ว Wi-Fi ได้อย่างไร

หลักการของเทคโนโลยี MIMO

(a) Mimo คืออะไร?

MIMO (หลายอินพุตหลายอินพุต) หมายถึงการส่งและการรับข้อมูลพร้อมกันผ่านเสาอากาศหลายอัน เมื่อเปรียบเทียบกับระบบ Antenna แบบดั้งเดิมแบบดั้งเดิม MIMO ใช้เทคโนโลยีที่สำคัญสองอย่าง: ความหลากหลายเชิงพื้นที่ และ มัลติเพล็กซ์เชิงพื้นที่ ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการส่งข้อมูลอย่างมีนัยสำคัญ

• ความหลากหลายเชิงพื้นที่ : โดยการรับสัญญาณหลายชุดของสัญญาณเดียวกันผ่านเสาอากาศหลายตัว MIMO ใช้ประโยชน์จากความแตกต่างของเส้นทางสัญญาณเพื่อปรับปรุงความต้านทานการรบกวนและลดอัตราข้อผิดพลาดบิต

• การมัลติเพล็กซ์เชิงพื้นที่ : ข้อมูลถูกแบ่งออกเป็นหลายสตรีมอิสระและส่งแบบขนานผ่านเสาอากาศที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นการกำหนดค่า MIMO 2 × 2 (สองส่งผ่าน + สองเสาอากาศที่ได้รับ) สามารถเพิ่มอัตราข้อมูลเป็นสองเท่า

(b) เทคโนโลยีสำคัญ

• การแสดง Beamforming : ปรับเฟสสัญญาณเสาอากาศแบบไดนามิกเพื่อมุ่งเน้นพลังงานไปสู่อุปกรณ์เป้าหมายเพิ่มความแรงของสัญญาณและความครอบคลุม

• การเชื่อมช่องสัญญาณ : รวมสองช่องสัญญาณ 20 MHz สองช่องในช่อง 40 MHz (เช่นใน 802.11n) สร้าง 'Data Highway ' ที่กว้างขึ้นสำหรับความเร็วที่สูงขึ้น

การปรับปรุงความเร็วในทางปฏิบัติจาก MIMO

(a) อัตราการก้าวกระโดดทางทฤษฎี

ภายใต้มาตรฐาน 802.11N MIMO เพิ่มความเร็วเชิงทฤษฎีจาก 150 Mbps (เสาอากาศเดี่ยว) เป็น 600 Mbps (การกำหนดค่า MIMO 4 × 4)
มาตรฐาน 802.11ac (Wi-Fi 5) แนะนำ  MU-MIMO  (Multi-user MIMO) ทำให้สามารถส่งข้อมูลพร้อมกันไปยังอุปกรณ์หลายเครื่องโดยมีอัตราทางทฤษฎีสูงถึง 6.93 Gbps

(b) ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพในสถานการณ์จริง

• เครือข่ายที่บ้าน : ในเลย์เอาต์ที่ซับซ้อน MIMO ลด 'โซนที่ตายแล้ว ' ทำให้มั่นใจได้ว่าการใช้งานแอพพลิเคชั่นแบนด์วิดท์สูงอย่างราบรื่นเช่นสตรีมมิ่ง 4K และเกมออนไลน์ ตัวอย่างเช่นเราเตอร์ ASUS RT-AX88U บรรลุความเร็วที่ทดสอบ 2.4 Gbps โดยใช้ 4 × 4 MIMO

• สภาพแวดล้อมขององค์กร : ในการตั้งค่าสำนักงานที่มีความหนาแน่นสูง MIMO สามารถให้บริการอุปกรณ์หลายสิบเครื่องพร้อมกันหลีกเลี่ยงความแออัดของเครือข่าย Catalyst 9100 Series ของ Cisco ใช้ประโยชน์จาก MU-MIMO เพื่อความสามารถของผู้ใช้พร้อมกันสามเท่า

เทคโนโลยีอนุพันธ์ของ MIMO

(a) mu-mimo

MIMO แบบดั้งเดิมรองรับการส่งสัญญาณหลายสตรีมไปยังอุปกรณ์เดียวในขณะที่ MU-MIMO ช่วยให้เราเตอร์สามารถสื่อสารกับอุปกรณ์หลายเครื่องพร้อมกัน ตัวอย่างเช่นเราเตอร์ที่บ้านสามารถส่งสตรีมข้อมูลไปยังสมาร์ทโฟนทีวีและแล็ปท็อปได้อย่างอิสระลดความล่าช้าในการเข้าคิว

(B) MIMO MIMO

• หลักการ : ปรับใช้เสาอากาศหลายสิบหรือหลายร้อยเสาเพื่อสร้างคานทิศทางสูงปรับปรุงประสิทธิภาพสเปกตรัมและความจุเครือข่าย

• แอปพลิเคชัน : เมื่อรวมกับ Wi-Fi 6 (802.11ax), Massive MIMO รองรับการเชื่อมต่อสำหรับอุปกรณ์หลายพันเครื่องในสถานการณ์ที่มีความหนาแน่นสูงเช่นสนามกีฬาและสนามบิน

ความท้าทายและกลยุทธ์การเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับ MIMO

(a) การรบกวนด้านสิ่งแวดล้อมและเค้าโครงเสาอากาศ

• ความท้าทาย : เสาอากาศหลายอันอาจแนะนำสัญญาณรบกวนการสะท้อนสัญญาณ (เช่นจากเฟอร์นิเจอร์โลหะในบ้าน)

• วิธีแก้ปัญหา : ใช้อัลกอริทึมเสาอากาศอัจฉริยะ (เช่นการปรับ Beamforming) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเส้นทางสัญญาณแบบไดนามิก

(b) ความเข้ากันได้ของอุปกรณ์

• ความท้าทาย : อุปกรณ์เก่าอาจไม่รองรับการกำหนดค่า MIMO ขั้นสูง (เช่น จำกัด 1 × 1 MIMO)

• การเพิ่มประสิทธิภาพ : เลือกเราเตอร์ที่มีความเข้ากันได้แบบย้อนหลังเพื่อให้แน่ใจว่ามีความเสถียรในเครือข่ายอุปกรณ์ผสม

แนวโน้มในอนาคต

ด้วยการเพิ่มขึ้นของ 6G และ Metaverse เทคโนโลยี MIMO จะยังคงพัฒนาต่อไป:

• พื้นผิวอัจฉริยะที่กำหนดค่าใหม่ (RIS) : วัสดุที่ตั้งโปรแกรมได้ควบคุมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบบไดนามิกรวมเข้ากับ MIMO เพื่อให้ได้ความเร็วสูงเป็นพิเศษและเวลาแฝงต่ำเป็นพิเศษ

• วงดนตรีความถี่ Terahertz : Mimo จะมีบทบาทสำคัญในการสื่อสาร Terahertz ของ 6G โดยสนับสนุนแอพพลิเคชั่นเช่นความเป็นจริงเสมือนและการสื่อสารโฮโลแกรม

บทสรุป

จาก Home Wi-Fi ไปจนถึงสถานีฐาน 5G เทคโนโลยี MIMO ได้ปฏิวัติการสื่อสารไร้สายผ่านการทำงานร่วมกันแบบหลายคันนา ไม่เพียง แต่ช่วยเพิ่มความเร็วและความมั่นคง แต่ยังวางรากฐานสำหรับยุคของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อถึงกันด้วยเทคโนโลยีอนุพันธ์เช่น MU-MIMO และ MIMO ขนาดใหญ่ ในฐานะอัลกอริทึมอัจฉริยะและวัสดุใหม่ล่วงหน้า MIMO จะยังคงเป็นผู้นำคลื่นแห่งนวัตกรรมในเครือข่ายไร้สาย