MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) est une technologie qui utilise plusieurs antennes pour envoyer et recevoir des signaux dans le domaine de la communication sans fil. La technologie MIMO est principalement utilisée dans le domaine du Wi-Fi (WiFi) et de la communication mobile, ce qui peut améliorer efficacement la capacité, la couverture et le rapport signal/bruit du système. D'une manière générale, M×N MIMO signifie qu'il y a M antennes à l'extrémité émettrice et N antennes à l'extrémité réception.
Du SISO au MIMO
SISO (entrée unique, sortie unique)
Avant de présenter MIMO, nous devons expliquer ce qu'est SISO. SISO est un système d'envoi et de réception unique, est un système à entrée unique et à sortie unique, le chemin entre l'antenne émettrice et l'antenne réceptrice est unique et la transmission est de 1 signal. Dans les systèmes sans fil, nous définissons chaque signal comme un flux spatial.
Etant donné que le trajet entre les antennes d'émission et de réception est unique, un tel système de transmission n'est pas fiable et le débit de transmission est limité.
SIMO (sortie multiple à entrée unique)
Afin de changer le manque de fiabilité et la situation restreinte du SISO, une antenne est ajoutée au terminal, de sorte que l'extrémité de réception puisse recevoir deux signaux en même temps, c'est-à-dire envoyer un seul et en recevoir davantage. Un tel système de transmission est à entrée unique et à sorties multiples, c'est-à-dire SIMO.
Bien qu'il y ait deux signaux, les deux signaux sont envoyés depuis la même antenne émettrice, donc les données envoyées sont les mêmes et la transmission n'est toujours qu'un seul signal. De cette manière, peu importe si une partie d’un signal est perdue, tant que le terminal peut recevoir les données complètes de l’autre signal. Même si la capacité maximale reste un chemin, la fiabilité est doublée. Cette approche est appelée diversité d’accueil.
MISO (sortie unique à entrées multiples)
Si nous changeons notre façon de voir les choses, que se passerait-il si nous augmentions le nombre d’antennes d’émission à deux et maintenions le nombre d’antennes de réception à une ?
Comme il n'y a qu'une seule antenne de réception, les deux chemins doivent finalement être combinés en un seul, ce qui conduit à ce que l'antenne d'émission ne puisse envoyer que les mêmes données, et la transmission n'est toujours qu'un seul signal. Cela peut en fait produire le même effet que SIMO, le système de transmission est appelé sortie unique à entrées multiples, ou MISO. Cette méthode est également appelée diversité d'émission.
MIMO (entrées multiples sorties multiples)
Si l'antenne de l'émetteur-récepteur est augmentée à deux en même temps, est-il possible d'envoyer indépendamment deux signaux et de doubler le débit ? La réponse est oui, car d’après l’analyse précédente du SIMO et du MISO, la capacité de transmission dépend du nombre d’antennes des deux côtés. Et ce système de transmission multiple à récepteurs multiples est MIMO.
La technologie MIMO permet à plusieurs antennes d'envoyer et de recevoir plusieurs signaux en même temps et peut faire la distinction entre les signaux envoyés vers ou depuis différentes orientations spatiales. Grâce à la technologie de multiplexage spatial et de diversité spatiale, la capacité du système, la couverture et le rapport signal/bruit peuvent être améliorés sans augmenter la consommation de bande passante.
Quels sont les types de MIMO ?
MIMO est une technologie qui utilise plusieurs antennes pour envoyer et recevoir des signaux, initialement utilisée pour la transmission de données vers un seul utilisateur. Cependant, avec le développement de la technologie de transmission multi-utilisateurs, diverses technologies MIMO multi-utilisateurs ont émergé sur la base du MIMO. Afin de faciliter la différenciation, le MIMO mono-utilisateur est appelé SU-MIMO (single-user MIMO). La technologie MIMO multi-utilisateurs comprend principalement les types suivants.
MU-MIMO (MIMO multi-utilisateurs): Permet à l'émetteur de transmettre des données à plusieurs utilisateurs simultanément. La norme Wi-Fi 5 a commencé à prendre en charge MU-MIMO pour 4 utilisateurs, et la norme Wi-Fi 6 a augmenté le nombre d'utilisateurs à 8.
CO-MIMO (MIMO Coopératif): Plusieurs appareils sans fil sont formés en un système multi-antenne virtuel pour réaliser la transmission simultanée de données entre des appareils de transmission adjacents et plusieurs utilisateurs.
MIMO massif:La technologie d'antenne à grande échelle améliore considérablement le nombre d'antennes, le MIMO traditionnel utilise généralement 2 à 8 antennes, tandis que le Massive MIMO peut atteindre 64/128/256 antennes. Il peut grandement améliorer la capacité du système et l’efficacité de la transmission et constitue la technologie clé de la communication mobile 5G.
D'une manière générale, la technologie MIMO multi-utilisateurs peut être classée comme technologie MIMO, mais lorsque nous parlons de MIMO, nous faisons généralement référence au concept MIMO traditionnel, à savoir SU-MIMO.
Comment fonctionne MIMO en Wi-Fi ?
Dans le domaine du Wi-Fi, la technologie MIMO a été introduite à partir de la norme Wi-Fi 4 (802.11n). MIMO utilise principalement deux technologies clés : la diversité spatiale et le multiplexage par répartition spatiale. Qu'il s'agisse de technologie de diversité ou de technologie de multiplexage, il s'agit d'une technologie qui transforme une donnée en plusieurs données, qui peuvent être classées comme technologie de codage spatio-temporel.
Diversité spatiale
L’idée de la technologie de diversité spatiale est de créer différentes versions du même flux de données, de les coder et de les moduler dans différentes antennes, puis de les transmettre. Ce flux de données peut être le flux de données original à envoyer, ou il peut s'agir d'un nouveau flux de données formé après une certaine transformation mathématique du flux de données original. Le récepteur utilise l'égaliseur spatial pour séparer le signal reçu, puis démoduler et décoder, et combiner les différents signaux reçus du même flux de données pour récupérer le signal original. La technologie de diversité spatiale permet une transmission de données plus fiable.
La diversité spatiale améliore efficacement la fiabilité de la transmission des données et s'applique aux scénarios dans lesquels la distance de transmission est longue et le débit n'est pas élevé.
Multiplexage par répartition spatiale
La technologie de multiplexage spatial signifie que les données à transmettre sont divisées en plusieurs flux de données, qui sont codés et modulés par différentes antennes, puis transmis, de manière à améliorer le taux de transmission du système. Les antennes sont indépendantes les unes des autres, une antenne équivaut à un canal indépendant, le récepteur utilise un égaliseur spatial pour séparer le signal reçu, puis démodulé, décodé, plusieurs flux de données fusionnés pour restituer le signal d'origine.
Le multiplexage spatial améliore efficacement le taux de transmission des données et convient aux scénarios avec des distances de transmission courtes et des exigences de vitesse élevée.
Qu’est-ce que M×N MIMO ?
Dans les spécifications des produits WLAN, on voit généralement un indicateur M×N MIMO, également écrit MTNR, quelle est la signification de cet indicateur ? En fait, il est utilisé pour représenter le nombre d'antennes MIMO, M représente le nombre d'antennes côté émission, N représente le nombre d'antennes côté réception. Par exemple, 4×3 MIMO signifie que quatre antennes émettent et trois antennes reçoivent.
La plupart des routeurs sans fil domestiques sur le marché peuvent voir plusieurs antennes, une antenne peut souvent prendre en charge la réception et l'envoi, vous pouvez donc simplement juger en fonction du nombre d'antennes, le nombre d'antennes est la valeur de M et N. Par exemple, un routeur sans fil avec 4 antennes peut être considéré comme 4x4 MIMO, bien entendu, les spécifications spécifiques du produit prévalent. Plus il y a d’antennes, plus les performances sont élevées, plus le prix est élevé.
Dans un système MIMO, si le nombre d'antennes de réception et de réception n'est pas égal, le nombre de flux spatiaux pouvant être transmis est inférieur ou égal au nombre d'antennes plus petites à l'extrémité de réception/émission. Par exemple, un système MIMO 4 × 4 (4T4R) peut transmettre quatre flux spatiaux ou moins, tandis qu'un système MIMO 3 × 2 (3T2R) peut transmettre deux ou un flux spatial.
Dans les applications pratiques, les apps ont tendance à avoir un plus grand nombre d'antennes, allant de 4 à 16 antennes, mais les terminaux (tels que les téléphones mobiles) n'ont généralement que 1-2 antennes. Même si la technologie des antennes est en constante amélioration, mais limitée par la taille du produit terminal, même si elle peut accueillir des antennes 1-2, elle est bien inférieure au nombre d'antennes d'AP, ce qui signifie que le nombre d'antennes spatiales Les flux pouvant être transmis sont limités par le terminal, ce qui a pour conséquence que le taux d'augmentation du nombre de flux spatiaux ne peut pas être pleinement apprécié, ce qui entraîne un gaspillage de ressources d'antenne sur AP. Heureusement, la technologie MIMO multi-utilisateurs a émergé et a résolu ce problème, comme MU-MIMO, qui permet à un point d'accès de transmettre des signaux avec plusieurs terminaux en même temps, et le nombre total d'antennes de plusieurs terminaux est égal au nombre de Antennes d'AP, afin que la capacité de l'AP puisse être pleinement exploitée.
