فناوری MIMO؛ مبنا، فرمت ها و کاربردهای آن

در این مقاله قصد داریم در مورد فناوری MIMO صحبت کنیم.  فناوری MIMO؛ مبنا، فرمت‌ها و کاربردهای آن

فهرست مطالب

1. MIMO چیست؟
2.  توسعه و تاریخچه MIMO
3. اساس و پایه MIMO
4. فرمت‌های MIMO
5. تنظیمات استاندارد MIMO
6. کاربرد MIMO در فناوری‌های مختلف
7. اهمیت MIMO برای کاربران
8. تاثیر MIMO بر آینده
9. مزایا ومعایب MIMO

————————————————–

1- MIMO چیست؟

MIMO مخفف کلمه Multiple input, Multiple output به معنی چند ورودی-چند خروجی، فناوری آنتن برای ارتباطات بی‌سیم‌است که در آن از چندین آنتن هم در مبدا (فرستنده) و هم در مقصد (گیرنده) استفاده‌می‌شود.

آنتن‌ها در هر انتهای مدار ارتباطی برای به حداقل رساندن خطاها، بهینه‌سازی سرعت داده و بهبود ظرفیت انتقال رادیویی با امکان انتقال داده‌ها در مسیرهای سیگنال به طور همزمان ترکیب می‌شوند.

ایجاد چندین نسخه از یک سیگنال، فرصت‌های بیشتری را برای دسترسی داده‌ها به آنتن گیرنده بدون اثر محو شدگی، که باعث افزایش‌نسبت سیگنال به نویز و نرخ خطا می‌شود، فراهم‌می‌کند.

با‌افزایش ظرفیت سیستم‌های فرکانس رادیویی (RF)، MIMO اتصال پایدارتر و تراکم کمتری ایجاد‌می‌کند.

بنابراین، MIMO یک فناوری ارتباطات رادیویی یا فناوری RF است‌که این روزها در بسیاری از فناوری‌های جدید مطرح شده و از آن استفاده‌می‌شود.

Wi-Fi، LTE، و بسیاری دیگر از فناوری‌های رادیویی، بی‌سیم و RF از فناوری جدید بی‌سیم MIMO برای‌افزایش ظرفیت پیوند و بازده طیفی همراه با بهبود قابلیت اطمینان با‌استفاده‌از آنچه قبلاً به عنوان مسیرهای تداخلی شناخته می‌شد، استفاده‌می‌کنند.

در حال حاضر روترهای بی‌سیم MIMO بسیاری در بازار وجود دارند، که با گسترش روزافزون فناوری RF، روترهای MIMO بیشتری به همراه سایر تجهیزات بی‌سیم آن دیده خواهند شد.

————————————————–

2- توسعه و تاریخچه MIMO

فناوری MIMO طی سالیان متمادی توسعه‌یافته‌است.

در ابتدا، نه تنها مفاهیم اساسی MIMO نیاز به فرمول بندی داشتند، بلکه علاوه بر این، فناوری‌های جدیدی نیز باید برای پیاده سازی کامل MIMO، توسعه می یافتند. از این رو، به سطوح جدیدی از پردازش برای اجازه دادن به برخی از ویژگی‌های چندگانه فضایی و همچنین استفاده‌از برخی از دستاوردهای مختلف فضایی نیاز بود.

تا دهه 1990، تنوع فضایی اغلب محدود به سیستم‌هایی بود که یا بین دو آنتن سوئیچ می‌کردند،و یا سیگنال‌ها را برای ارائه بهترین سیگنال ترکیب می‌کردند.همچنین، اشکال مختلفی از سوئیچینگ نیز اجرا شد،

اما با توجه به سطوح پردازش درگیر و درجات پردازش موجود، سیستم‌ها نسبتاً محدود بودند.با این حال، با در دسترس قرار گرفتن سطوح قدرت پردازش اضافی، امکان استفاده‌از‌تنوع فضایی و چندگانه سازی کامل فضایی به وجود آمد.کار اولیه بر روی سیستم‌های MIMO بر‌تنوع فضایی پایه متمرکز بود؛در واقع در این حالت از سیستم MIMO برای محدود کردن تخریب ناشی از انتشار چند مسیره استفاده‌می‌شد.

با این حال، این تنها اولین گام بود،زیرا سپس سیستم شروع به استفاده‌از انتشار چند مسیری به نفع خود کرد و مسیرهای سیگنال اضافی را به چیزی تبدیل کرد که ممکن‌است به‌عنوان کانال‌های اضافی برای حمل داده‌های اضافی در نظر گرفته شود.

دو محقق به نام‌های Arogyaswami Paulraj و Thomas Kailath، برای اولین بار استفاده‌از چندگانه سازی فضایی را با‌استفاده‌از MIMO در سال 1993 پیشنهاد کردند و در سال بعد حق امتیاز ثبت ایالات متحده را دریافت کردند. اگرچه، اجرای آن به آزمایشگاه بل واگذار شد تا اولین نمونه آزمایشگاهی چندگانه سازی فضایی را در سال 1998 نشان دهد.

————————————————–

3- اساس و پایه MIMO (مبانی ورودی – خروجی چندگانه)

یک کانال، ممکن‌است تحت تأثیر محو شدن قرار گیرد،که این بر نسبت سیگنال به نویز و میزان خطا (با فرض اینکه داده‌های دیجیتال در حال انتقال هستند) تأثیر می گذارد.

اصل‌تنوع، بر این‌است که چندین نسخه از یک سیگنال را در اختیار گیرنده قرار دهیم.اگر بتوان این نسخه‌ها را به طرق مختلف تحت تأثیر مسیر سیگنال قرار داد، احتمال اینکه همه آنها به طور همزمان تحت تأثیر قرار گیرند، به طور قابل توجهی کاهش می یابد.بر این اساس، تنوع‌به تثبیت لینک کمک می‌کند و عملکرد را بهبود و میزان خطا را کاهش می‌دهد.

از این رو، چندین حالت تنوع‌مختلف در دسترس‌است که هر کدام تعدادی مزیت را ارائه می‌دهند و عبارتند از:

تنوع زمانی:

با‌استفاده‌از تنوع‌زمانی، یک پیام ممکن‌است در زمان‌های مختلف منتقل شود.

تنوع فرکانس:

این شکل از‌تنوع، از فرکانس‌های مختلفی استفاده‌می‌کند و ممکن‌است به شکل استفاده‌از کانال‌های مختلف یا فناوری‌هایی مانند طیف گسترده / OFDM ، باشد.

تنوع فضایی:

تنوع فضایی به‌عنوان پایه‌ برای MIMO استفاده‌می‌شود.

در واقع، این حالت از آنتن‌هایی استفاده‌می‌کند که در موقعیت‌های مختلف قرار دارند، تا از مسیرهای رادیویی متفاوتی که در یک محیط معمولی زمینی وجود‌دارد، استفاده‌کند.

MIMO عملاً یک فناوری آنتن رادیویی‌است، زیرا از چندین آنتن در فرستنده و گیرنده استفاده‌می‌کند تا مسیرهای سیگنال مختلفی را برای انتقال داده‌ها فعال کند، و مسیرهای جداگانه ای را برای هر آنتن انتخاب کند تا امکان استفاده‌از مسیرهای سیگنالی متعدد را فراهم کند.

یکی از ایده‌های اصلی در پردازش سیگنال فضا-زمان سیستم‌های بی‌سیم MIMO، که در آن زمان (بعد طبیعی داده‌های ارتباط دیجیتال) با‌استفاده‌از بعد فضایی ذاتی آنتن‌های چندگانه توزیع‌شده فضایی تکمیل می‌شود، استفاده‌از آنتن‌های موجود در نقاط مختلف‌است.

از این رو، سیستم‌های بی‌سیم MIMO را می‌توان به‌عنوان یک توسعه منطقی برای آنتن‌های هوشمندی که سال‌ها برای بهبود سیستم بی‌سیم مورد‌استفاده قرار گرفته‌اند، در نظر گرفت.

یک سیگنال می‌تواند مسیرهای زیادی را طی کند.

علاوه بر این، با جابجایی آنتن‌ها حتی در فاصله کم، مسیرهای مورد‌استفاده تغییر‌می‌کند.

تنوع‌مسیرهای موجود در نتیجه تعداد اشیایی‌است که در کنار یا حتی در مسیر مستقیم بین فرستنده و گیرنده ظاهر می‌شوند.

قبلاً این مسیرهای چندگانه فقط برای شناسایی و معرفی تداخل، مورد‌استفاده قرار می‌گرفتند.

اما، با‌استفاده‌از MIMO، می‌توان از این مسیرهای اضافی به نفع خود استفاده‌کرد.

MIMO دارای دو فرمت اصلی‌است که عبارتند از:

تنوع فضایی:

تنوع فضایی اغلب به‌تنوع انتقال و دریافت اشاره‌دارد.

این دو روش، برای ارائه بهبود در نسبت سیگنال به نویز مورد‌استفاده قرار می‌گیرند،و با بهبود قابلیت اطمینان سیستم با توجه به اشکال مختلف محو، توصیف می‌شوند.

چندگانه سازی فضایی:

این شکل از MIMO برای فراهم کردن ظرفیت داده اضافی با‌استفاده‌از مسیرهای‌مختلف برای حمل ترافیک، یعنی‌افزایش قابلیت خروجی داده، استفاده‌می‌شود.

فناوری بی سیم MIMO می‌تواند با‌استفاده‌از آنتن‌های متعدد، ظرفیت یک کانال معین را در حالی که همچنان از قانون شانون پیروی‌می‌کند، به میزان قابل توجهی افزایش‌دهد.

با‌افزایش تعداد آنتن‌های دریافت کننده و ارسال کننده، می‌توان با هر جفت آنتنی که به سیستم اضافه‌می‌شود، توان عملیاتی کانال را به صورت خطی افزایش‌داد.

در واقع، همین موضوع فناوری بی سیم MIMO را به یکی از مهم ترین تکنیک‌های بی سیم مورد‌استفاده در سال‌های اخیر تبدیل کرده‌است.

از آنجایی که پهنای باند طیفی در حال تبدیل شدن به یک کالای ارزشمند برای سیستم‌های ارتباطات رادیویی است‌و،تکنیک‌هایی برای‌استفاده موثرتر از پهنای باند موجود مورد نیاز‌است،که فناوری بی سیم MIMO یکی از این تکنیک‌ها‌است.

فناوری Wi-Fi (وای فای) و نحوه عملکرد آن

————————————————–

4- فرمت‌های MIMO

در این بخش به بررسی تعدادی از پیکربندی‌ها یا فرمت‌های‌مختلف MIMO، که می‌توان از آنها استفاده‌کرد، پرداخته شده‌است.

فرمت‌های MIMO، با عنوان های SISO، SIMO، MISO و MIMO شناخته می‌شوند.

هر یک از این فرمت‌ها مزایا و معایب متفاوتی را ارائه می‌دهند که می‌توان با متعادل کردن آن ها، راه‌حل های بهینه را برای هر برنامه‌ای ارائه داد.

فرمت‌های مختلف MIMO، به تعداد آنتن‌های مختلف‌و همچنین سطوح پیچیدگی مختلف نیاز دارند.

علاوه براین، بسته به قالب و شکل فرمت، ممکن‌است به پردازش در انتهای لینک نیز نیاز باشد که البته می‌تواند بر تصمیم‌های در نظر گرفته شده، تأثیر بگذارد.

اصطلاحات SISO، SIMO، MISO، MIMO

اشکال مختلف فناوری آنتن به ورودی و خروجی‌های تک یا چندگانه اشاره‌دارد که مربوط به لینک رادیویی‌است.

به این ترتیب که، ورودی همان فرستنده است‌که به لینک یا مسیر سیگنال ارسال می‌شود و خروجی گیرنده است‌که در خروجی لینک بی سیم قرار‌دارد.

بنابراین اشکال‌مختلف لینک‌های آنتن تک/ چندگانه به شرح زیر تعریف‌می‌شوند:

• SISO (1 – یک ورودی، یک خروجی
• SIMO (2 – یک ورودی، چند خروجی
• MISO (3 – چند ورودی، یک خروجی
• MIMO (4 – چند ورودی، چند خروجی

MIMO – SISO (1

ساده ترین شکل ارتباط رادیویی را می‌توان در اصطلاح MIMO به صورت SISO (یک ورودی، یک خروجی) تعریف کرد که در واقع یک کانال رادیویی استاندارد‌است. این فرستنده مانند گیرنده با یک آنتن کار‌می‌کند.

مزیت سیستم SIS سادگی آن‌است.

SISO از نظر شکل‌های مختلف‌تنوعی که ممکن‌است مورد‌استفاده قرار گیرد، نیازی به پردازش ندارد.

با این حال کانال SISO در عملکرد خود محدود‌است.

تداخل و محو شدن، سیستم را بیشتر از یک سیستم MIMO با‌استفاده‌از نوعی‌تنوع تحت تاثیر قرار می‌دهد. در این فرمت پهنای باند کانال توسط قانون شانون محدود شده‌است،و توان عملیاتی به پهنای باند کانال و نسبت سیگنال به نویز بستگی‌دارد.

MIMO – SIMO (2

نسخه SIMO یا یک ورودی – چند خروجی در جایی اتفاق می‌افتد که فرستنده یک آنتن و گیرنده چندین آنتن‌دارد.

این فرمت به عنوان دریافت‌تنوع نیز شناخته‌می‌شود و اغلب برای فعال کردن یک سیستم گیرنده که سیگنال‌ها را از تعدادی منبع مستقل دریافت می‌کند تا با اثرات محو شدن مبارزه کند، استفاده‌می‌شود.

SIMO، سال‌هاست که در ایستگاه‌های شنیداری/دریافت موج کوتاه برای مبارزه با اثرات محو شدن و تداخل استفاده‌می‌شود.

از مزایای SIMO می‌توان به پیاده سازی نسبتاً آسان آن اشاره کرد.

استفاده‌از SIMO ممکن‌است در بسیاری از برنامه‌ها کاملاً قابل قبول باشد،اما در جایی که گیرنده در یک دستگاه متحرک مانند گوشی تلفن همراه قرار‌دارد، سطوح پردازش ممکن‌است به دلیل اندازه، هزینه و تخلیه باتری محدود شوند.

دو فرم از SIMO وجود‌دارد که می‌توان از آنها استفاده‌کرد و عبارتند از:

SIMO با‌تنوع سوئیچ: این شکل از SIMO قوی ترین سیگنال را جستجو می‌کند و به آن آنتن، سوئیچ‌می‌کند.

حداکثر نسبت ترکیبی از SIMO: این شکل از SIMO هر دو سیگنال را دریافت و آنها را جمع می‌کند تا ترکیبی را ارائه دهد. به این ترتیب، سیگنال‌های هر دو آنتن به سیگنال کلی کمک می‌کنند.

MIMO – MISO (3

MISO یا فرمت چند ورودی – یک خروجی، را‌تنوع انتقال نیز می‌نامند.

در این حالت، همان داده‌ها به صورت اضافی از دو آنتن فرستنده، ارسال‌می‌شوند.

سپس گیرنده می‌تواند سیگنال بهینه را دریافت کند و از آن برای دریافت داده‌های مورد نیاز‌استفاده‌کند.

مزیت استفاده‌از MISO این‌است که آنتن‌های متعدد، و کدگذاری/پروسه افزونگی، از گیرنده به فرستنده منتقل‌می‌شود.

در مواردی مانند تلفن همراه، این ویژگی‌می‌تواند یک مزیت قابل توجه از نظر فضا برای آنتن‌ها و کاهش سطح پردازش مورد نیاز در گیرنده برای کدگذاری افزونگی باشد.

این مزیت، تأثیر مثبتی بر اندازه، هزینه و عمر باتری‌دارد، زیرا سطح پایین‌ پردازش نیاز به مصرف باتری کمتری‌دارد.

MIMO (4

در جایی که بیش از یک آنتن در دو انتهای لینک رادیویی وجود داشته باشد، به آن MIMO یا ورودی-خروجی چندگانه می‌گویند.

از MIMO می‌توان برای بهبود استحکام کانال و همچنین توان عملیاتی آن استفاده‌کرد.

برای اینکه بتوان به طور کامل از مزایای MIMO بهره مند شد، لازم‌است بتوان از کدگذاری در کانال‌ها برای جدا کردن داده‌ها، از مسیرهای مختلف‌استفاده‌کرد.

که البته نیاز به پردازش دارد، اما استحکام کانال و ظرفیت خروجی داده اضافی را فراهم‌می‌کند.

فرمت‌های زیادی از MIMO وجود‌دارد که می‌توان از SISO، از طریق SIMO و MISO تا سیستم‌های کامل MIMO استفاده‌کرد.

همه این فرمت‌ها می‌توانند بهبودهای قابل توجهی در عملکرد ایجادکنند.

هنگام انتخاب گزینه صحیح در فرمت‌ها، باید تعادل عملکرد، در برابر هزینه‌ها، اندازه، پردازش موجود و عمر باتری برقرار شود.

دو نوع اصلی از MIMO با توجه به نحوه استفاده‌از انتقال ایستگاه پایه (BS) توسط‌کاربران تلفن همراه یا ثابت وجود‌دارد که عبارتند از:

 SU-MIMO (تک کاربره (SU)) و MU-MIMO (چند کاربره (MU)).

هر دو نوع، در جهت downlink، یعنی از ایستگاه پایه یا eNB یا Access Point به سمت‌کاربران، استفاده‌می‌شوند.

در SU-MIMO یا MIMO تک کاربره، AP می‌تواند از چندین جریان فضایی برای ارسال حجم زیادی از داده‌ها به مشتری سازگار استفاده‌کند.

در سیستم‌های SU-MIMO، جریان‌های داده تنها می‌توانند با یک دستگاه در شبکه در یک زمان تعامل داشته باشند.

هنگامی که بسیاری از کاربران‌سعی می‌کنند به طور همزمان از شبکه استفاده‌کنند، مشکلاتی با SU-MIMO ایجاد‌می‌شود.

اگر یک نفر در حال آپلود ویدیو، و دیگری در حال کنفرانس باشد، جریان داده مسدود می‌شود و باعث افزایش‌ناگهانی تاخیر‌می‌شود.

در MU-MIMO یا MIMO چند کاربره، AP می‌تواند از جریان‌های فضایی مجزا برای ارسال پیام‌های جداگانه به مشتریان مجزا به طور همزمان استفاده‌کند.

این ویژگی، عملکرد کل شبکه را افزایش‌می‌دهد و تجربه کاربر نهایی را به‌ویژه زمانی که تعداد زیادی دستگاه متصل هستند، بهبود می‌بخشد.

بنابراین سیستم‌های MU-MIMO از SU-MIMO بهتر عمل‌می‌کنند.

سیستم‌های عظیم G5 این پیکربندی‌ها را دستکاری می‌کنند تا شبکه ای با ظرفیت گسترده را فعال کنند.

مزایای اصلی MIMO

در پیکربندی‌های مختلف، MIMO دارای چندین مزیت نسبت به فناوری‌های آنتن پیشرفته MISO و SIMO‌است:

• 1) MIMO  سیگنال‌های قوی تری را فعال و آن‌ها را منعکس‌می‌کند.از این رو، نیازی به اینکه دستگاه کاربر در یک خط دید واضح قرار گیرد، نیست.

• 2) ویدئوها و سایر محتواها در مقیاس بزرگ می‌توانند در حجم زیادی از طریق یک شبکه حرکت کنند.و از آنجا که MIMO، توان عملیاتی بیشتری را پشتیبانی می‌کند، این محتواها سریعتر منتقل می‌شوند.

• 3) MIMO بسیاری از جریان‌های داده کیفیت دیداری و شنیداری را بهبود می بخشد؛و همچنین احتمال از دست رفتن بسته‌های داده را کاهش می‌دهد.

————————————————–

5- تنظیمات استاندارد MIMO

سیستم‌های رادیویی MIMO از چندین آنتن برای ارسال و دریافت جریان‌های داده‌های متعدد به طور همزمان استفاده‌می‌کنند.

تعداد آنتن‌های مورد نیاز توسط سازنده رادیو بر اساس آنچه که برای انتقال و دریافت بهینه با سخت‌افزار و نرم‌افزار خاص خود کار می‌کنند، تعیین‌می‌شود.

تنظیمات معمولی و استاندارد MIMO عبارتند از:

• MIMO 2X2 (دو آنتن ارسال، دو آنتن دریافت)
• MIMO 3X3 (سه آنتن ارسال، سه آنتن دریافت)
• وMIMO 4X4 (چهار آنتن ارسال، چهار آنتن دریافت)
• MIMO 8X8 (هشت آنتن ارسال، هشت آنتن دریافت)

به طور کلی، هر چه یک سیستم آنتن‌های بیشتری داشته باشد، جریان‌های داده بیشتری را می‌توان به طور همزمان منتقل کرد و لینک رادیویی را بهبود بخشید. اگرچه، تنظیمات سیستم جداگانه، شرایط فعلی فیزیکی و محیطی RF و پیشرفت در فناوری رادیویی به این معنی‌است که، آنتن‌های بیشتر همیشه با عملکرد بهتر سیستم برابری نمی‌کنند.

————————————————–

6- کاربرد MIMO در فناوری‌های مختلف

پروژه مشارکت نسل سوم، (3GPP) MIMO را با نسخه هشتم استاندارد پهنای باند موبایل اضافه کرد.

فناوری MIMO در شبکه‌های Wi-Fi و فناوری نسل چهارم (4G)، تکامل بلندمدت (LTE) و فناوری نسل پنجم (5G)، شکل دهی پرتو (Beamforming) در طیف گسترده‌ای استفاده‌می‌شود.در ادامه به برخی از این کاربردها اشاره شده‌است.

1) کاربرد MIMO در برنامه‌های LTE

MIMO یکی از رایج‌ترین اشکال بی‌سیم است‌که نقش کلیدی در استقرار LTE و استاندارد فناوری پهنای باند بی‌سیم جهانی برای دسترسی مایکروویو (WiMAX)‌دارد.

LTE، از MIMO و تقسیم فرکانس متعامد (OFDM) برای‌افزایش سرعت تا 100 مگابیت در ثانیه (mbps) و بیشتر ،و همچنین، تنوع انتقال، چندگانه سازی فضایی (برای انتقال کانال‌های مستقل فضایی از هم جدا شده) و سیستم‌های تک کاربره و چند کاربره استفاده‌می‌کند.

MIMO در LTE امکان انتقال مطمئن تر داده‌ها را فراهم و در عین حال نرخ داده را افزایش‌می‌دهد.

در واقع، داده‌ها را قبل از انتقال به جریان‌های فردی، جدا‌می‌کند .در طول انتقال، داده‌ها و سیگنال‌های مرجع از طریق هوا به گیرنده‌ای که از قبل با این سیگنال‌ها آشنا‌است، می‌رسند و به گیرنده در تخمین کانال کمک‌می‌کند.

2) سیستم‌های عظیم MIMO و 5G

MIMO همچنان به ارتقا و رشد خود از طریق استفاده‌در برنامه‌های کاربردی جدید و گسترده ادامه می‌دهد، زیرا صنعت بی‌سیم در تلاش‌است تا آنتن‌ها، شبکه‌ها و دستگاه‌های بیشتری را در خود جای دهد.

یکی از برجسته‌ترین نمونه‌های آن، رونمایی از فناوری 5G‌است.

این سیستم‌های عظیم 5G – MIMO از آنتن‌های کوچک متعدد برای‌افزایش پهنای باند به‌کاربران استفاده‌می‌کنند( نه فقط نرخ انتقال مانند فناوری سلولی نسل سوم (3G) و چهارم (4G)) و از کاربران بیشتری در هر آنتن پشتیبانی می‌کنند.

برخلاف 4G – MIMO که از سیستم تقسیم فرکانس دوتایی (FDD) برای پشتیبانی از چندین دستگاه استفاده‌می‌کند، 5G – MIMO از تنظیمات متفاوتی به نام تقسیم زمانی دوتایی (TDD) استفاده‌می‌کند.

3) MIMO  و Beamforming

Beamforming یک تکنیک مدیریت RF است‌که قدرت سیگنال را در گیرنده با متمرکز کردن داده‌ها به‌کاربران خاص، به جای یک منطقه بزرگ، به حداکثر می رساند.

با فناوری 5G، پرتوهای سه بعدی (D3) شکل می‌گیرند و پرتوهای عمودی و افقی به سمت کاربر هدایت می‌شوند. پرتوها از تداخل با سایر سیگنال‌های بی‌سیم جلوگیری می‌کنند و در حین حرکت در یک منطقه خاص در کنار کاربران‌باقی می‌مانند.

————————————————–

7- اهمیت MIMO برای کاربران

فناوری MIMO در طیف گسترده‌ای از بازارها، از جمله برنامه‌های تلویزیونی استفاده‌می‌شود و علاوه براین، می‌تواند در شبکه‌های محلی بی سیم (WLAN) استفاده‌و توسط تمام محصولات بی سیم پشتیبانی شود.

MIMO اغلب برای ارتباطات با پهنای باند بالا استفاده‌می‌شود که البته عدم وجود تداخل سیستم‌های مایکروویو یا RF، در آن مهم‌است.

چند نمونه از گروه‌های‌کاربرانی که از مزایای سیستم‌های MIMO استفاده‌می‌کنند عبارتند از:

1) اولین واکنش‌دهنده‌ها، که اغلب در موقعیت‌های پر هرج و مرج و در حال تغییر کار می‌کنند و نمی‌توانند به دلیل بلایای طبیعی، قطع برق، شبکه‌های بیش از حد، یا مسائل دیگر برای عملیاتی شدن در صورت نیاز به شبکه‌های سلولی یا دیگر زیرساخت‌های ثابت موجود، اعتماد کنند.

2) پخش تولیدات تلویزیونی، مانند پخش زنده ورزشی یا اخبار، که در آن ممکن‌است داستان در طول پخش تغییر کند و مکان‌های تصویر برداری بدون اطلاع جابه جا، یا در تصویربرداری، چندین منطقه مورد علاقه به طور همزمان درگیر شوند.

حذف کابل‌های طولانی و گران قیمت یکی دیگر از مزایای اصلی در این بازار‌است.

3) کاربران مجری قانون یا نظامی که نیاز به راه اندازی شبکه های ارتباطی جداگانه خود در باندهای رادیویی اختصاصی دارند.

این شامل ارتباطات درون تیمی بین گروه‌های کوچک و همچنین شبکه‌های بزرگ‌تر‌است که شامل وسایل نقلیه زمینی، سیستم‌های UAV/UGV و موارد دیگر‌می‌شود.

————————————————–

8- تاثیر MIMO بر آینده

چگونه سیستم‌های عظیم MIMO بر آینده تأثیر می گذارد؟

MIMO ابزار اصلی برای پیشبرد تمام جنبه های ارتباطات بی سیم‌است و نقش مهمی در فناوری 5G ایفا می‌کند و بر نحوه تعامل روزانه کاربران‌با این فناوری ها تأثیر می‌گذارد.

برخی از این تأثیرات شامل موارد زیراست:

1) ظرفیت شبکه بالا

داده‌ها از طریق استقرار رادیو جدید 5G (5G NR) به‌کاربران بیشتری منتقل‌می‌شود.

MU-MIMO و 5G NR به‌کاربران بیشتری امکان دسترسی به داده‌ها را با فرکانس و نرخ زمانی یکسان می‌دهند.

2) پوشش بیشتر

کاربران می‌توانند به زودی انتظار داده‌های پرسرعت را در هر کجا که هستند، داشته باشند.

با‌استفاده‌از شکل دهی پرتو سه بعدی، پوشش با حرکت و مکان کاربر سازگار‌می‌شود.

3) تجربه بهتر کاربر

تماشای فیلم و آپلود محتوا آسان تر و سریع تر‌است.

فناوری عظیم MIMO و 5G ، تجربه کاربران را متحول می‌کنند.

————————————————–

9- مزایا ومعایب MIMO

مزایای MIMO

مزایای MIMO به شرح زیراست:

➨با کمک آنتن‌های متعدد و تکنیک SM (Spatial Multiplexing) می‌توان به سرعت داده بالاتری دست یافت که به دستیابی به توان عملیاتی uplink و downlink کمک‌می‌‌کند.

➨به دلیل استفاده‌از الگوریتم‌های پیشرفته پردازش سیگنال بر روی نمادهای داده دریافتی توسط آنتن‌های متعدد، به کاهش BER (نرخ خطا بیت) کمک‌می‌کند.

➨تکنیک‌هایی مانند STBC (Space Time Block Coding) و BF (Beamforming) زمانی که در سیستم MIMO به کار می روند به دستیابی به گسترش پوشش سلولی کمک می‌کنند.

➨سیستم مبتنی بر MIMO اثرات محو مشاهده‌شده توسط اطلاعاتی که از فرستنده به گیرنده دریافت‌می‌شود را به حداقل می رساند که به دلیل تکنیک‌های گوناگونی از قبیل زمان، فرکانس و مکان‌است.

➨به دلیل چندین آنتن و الگوریتم، حساسیت کمتری برای آسیب توسط افراد غیرمجاز وجود‌دارد.

➨سیستم‌های دارای MIMO، کیفیت خدمات بالایی با‌افزایش بازده طیفی و نرخ‌داده ارائه می‌دهند.

➨پوشش گسترده پشتیبانی‌شده توسط سیستم MIMO به پشتیبانی از تعداد زیادی مشترک در هر سلول کمک‌می‌کند.

➨سیستم مبتنی بر MIMO به طور گسترده در آخرین استانداردهای بی سیم مانند WLAN (802.11n، 802.11ac و غیره)، وایمکس (IEEE 802.16e)، LTE، LTE-Advanced و غیره، مورد‌استفاده قرار گرفته‌است.

معایب MIMO

معایب MIMO به شرح زیراست:

➨نیازمندی منابع و پیچیدگی سخت افزار در مقایسه با سیستم مبتنی تک آنتن بیشتر‌است.

هر آنتن به واحدهای RF جداگانه برای پردازش سیگنال رادیویی نیاز‌دارد.

علاوه بر این، به تراشه DSP پیشرفته برای اجرای الگوریتم‌های پردازش سیگنال ریاضی پیشرفته مورد نیاز‌است.

➨منابع سخت افزاری، نیاز به توان را افزایش‌می‌دهند.

باتری به دلیل پردازش الگوریتم‌های پیچیده‌و محاسباتی، سریع‌تر تخلیه‌می‌شود.

همین موضوع باعث کاهش طول عمر باتری دستگاه‌های مبتنی بر MIMO می‌شود.

➨ سیستم‌های مبتنی بر MIMO در مقایسه با سیستم‌های تک آنتنی به دلیل افزایش سخت افزار و نیازهای نرم افزاری پیشرفته، هزینه بیشتری دارند.

————————————————–

مراجع

What is MIMO Wireless Technology

MIMO Formats – SISO, SIMO, MISO, MU-MIMO

Understanding the Basics of MIMO Communication Technology

What is MIMO