MIMO

SISO, SIMO, MISO ja MIMO traadita sidesüsteemide erinevus. (Saatjateks peetakse andmekanali sisendid.)

MIMO ehk mitme sisendi ja mitme väljundi (inglise keeles: multiple-input and multiple-output) tehnoloogia on traadita kommunikatsiooni tehnoloogia, mis kasutab mitut antenni nii saatja kui vastuvõtja otsas, et parandada traadita kommunikatsioonisüsteemide andmeedastuskiirust ja usaldusväärsust. MIMO abil saadetakse ja võetakse vastu samal sagedusribal korraga mitu andmevoogu, võimaldades suuremaid andmeedastuskiirusi ja paremat ühenduse kvaliteeti. MIMO idee seisneb traadita kommunikatsioonikanali ruumilise mõõtme ärakasutamises, mida saab kasutada mitme paralleelse kanali loomisel saatja ja vastuvõtja vahel. Mitme antenni kasutamine mitme kommunikatsioonitee loomiseks suurendab sidekanali mahtu ja parandab traadita ühenduse kvaliteeti.

MIMO tüübid

On mitut tüüpi MIMO süsteeme, näiteks:

• SU-MIMO kasutab mitut antenni nii saatja kui vastuvõtja pool, et parandada ühe kommunikatsioonilingi andmeedastuskiirust.
• MU-MIMO aga võimaldab mitmel kasutajal samaaegselt sama sagedusriba kasutada edastamiseks ja vastuvõtmiseks, kasutades keerukaid signaalitöötlustehnikaid signaalide eraldamiseks.
• Vertikaalselt mitme sisendiga, mitme väljundiga (V-MIMO): V-MIMO korral on saatja varustatud mitme saatjaantenniga ja vastuvõtja mitme vastuvõtuantenniga. See võimaldab andmete paralleelset edastamist mitme andmevoo kaudu ja samaaegset vastuvõtmist mitmest signaaliteest. V-MIMO süsteem suurendab oluliselt võrgu läbilaskevõimet ja parandab signaali vastuvõttu.
• Horisontaalselt mitme sisendiga, mitme väljundiga (H-MIMO): H-MIMO korral on saatja varustatud mitme saatjaantenniga ja vastuvõtja mitme vastuvõtuantenniga. Erinevus V-MIMO-st seisneb selles, et H-MIMO kasutab ruumilist signaali töötlemist ja beamforming-tehnikaid signaali suuna täpsemaks juhtimiseks. H-MIMO süsteem võimaldab tõhusamat andmete edastamist ja paremat signaali vastuvõttu.
• Koordineeritud MIMO (Coordinated MIMO): Koordineeritud MIMO kasutab mitut saatjat ja vastuvõtjat, mis töötavad omavahel kooskõlas, et parandada võrgu üldist jõudlust. Selle tüübi puhul koordineerivad saatjad oma edastustegevust ja vastuvõtjad saavad signaale mitmetelt saatjatelt, mis võimaldab paremat signaali vastuvõttu ja kvaliteeti.
• Mitme kasutaja MIMO (Multiuser MIMO) (MU-MIMO): MU-MIMO tehnoloogia võimaldab samaaegset mitme kasutaja teenindamist ühes MIMO süsteemis. Saatja kasutab mitut antenni, et saata eraldi andmevooge mitmele kasutajale samaaegselt. See suurendab võrgu läbilaskevõimet ja võimaldab efektiivset ressursikasutust.

Omadused

Plussid

• Suurenenud andmeedastuskiirus: MIMO võimaldab mitme andmevoo samaaegset edastamist, mis suurendab oluliselt traadita side andmeedastuskiirust. Selle tulemusena saab suuremaid andmemahutusi edastada lühema ajaperioodi jooksul, mis võimaldab kiiremat allalaadimist, üleslaadimist ja sujuvat voogesitust.
• Spektraalse tõhususe suurendamine: MIMO tehnoloogia kasutamine suurendab spektraalset tõhusust, see tähendab andmete edastamist üle sama sagedusriba. Mitme andmevoo saatmine paralleelselt üle ühe sagedusriba võimaldab efektiivsemat kasutust sagedusalas, mis on oluline piiratud ressurss traadita sidevõrkudes.
• Parem signaali vastuvõtt ja suurem leviala: MIMO võimaldab mitmete paralleelsete signaaliteede kasutamist, mis võimaldab paremat signaali vastuvõttu ja suuremat leviala. Signaali vastuvõtmine mitmest erinevast suunast muudab signaali vastupidavamaks häiretele ja takistustele, parandades seeläbi ühenduse kvaliteeti ja ulatust.
• Interferentsi vähendamine: Erinevate antennide kasutamine võimaldab signaalide eraldamist ja ruumilist filtreerimist, mis vähendab häireid ja parandab signaali kvaliteeti. See võimaldab traadita võrkudel paremini toimida kohtades, kus on palju samaaegseid ühendusi ja signaalide ristumist.
• Paremad kasutajakogemused: MIMO tehnoloogia kasutamine toob kaasa paremad kasutajakogemused. Suurenenud andmeedastuskiirus, parem signaali vastuvõtt ja vähem häireid tähendavad, et kasutajad saavad nautida sujuvat voogesitust, kiiremat allalaadimist, paremat heli- ja kõnekvaliteeti ning suuremat üldist jõudlust traadita sideteenustes.

Miinused

• Võimsus ja energiatarve: MIMO süsteemide kasutamisel on energiatarve suurem kui traditsiooniliste üheantenniliste süsteemide kasutamisel. Mitme antenni kasutamine ja signaalitöötlusalgoritmide keerukus on energiakulukam, mis võib olla murettekitav akutoitel töötavate seadmete puhul.
• Komplekssus: MIMO süsteemide projekteerimine, rakendamine ja haldamine on keerulisem ning nõuab täiendavat tehnilist oskusteavet. Lisaks on MIMO süsteemidele sobivate antennide paigutamine, signaalitöötluse algoritmide optimeerimine ja interfereerumise juhtimine oluliselt keerulisem.
• MIMO süsteemide kõrge hind: MIMO süsteemide kasutuselevõtt on traditsioonilisest kulukam, eriti kui see hõlmab olemasolevate traadita võrkude uuendamist. MIMO nõuab mitmeid eraldi antennielemente ja signaalitöötlusega seotud komponente, mis suurendab süsteemi kui terviku maksumust.
• Kanali ebakindlus: MIMO tehnoloogia eeldab, et erinevate antennide vahel on piisavalt erinevaid signaaliteid (kanalite korrelatsioon). Kui kanalid on tugevalt korrelatsioonis või muutuvad dünaamiliselt, võib MIMO süsteemi jõudlus olla piiratud või halveneda.
• Signaali ülekanne keerulistes keskkondades: MIMO süsteemid võivad kogeda raskusi signaali ülekandmisel keerulistes keskkondades, kus on tugev multi-teekustumine, suur signaalide hajumine ja muud takistused. Sellistes tingimustes võib MIMO jõudlus kannatada või olla ebastabiilne.

Kasutusalad

Lisaks teistele kasutusaladele kasutatakse MIMO näiteks:

1. Traadita side süsteemides: MIMO-tehnoloogiat kasutatakse laialdaselt traadita side süsteemides, nagu Wi-Fi-võrgud, 4G LTE ja 5G-mobiilsidevõrgud. See võimaldab paremat andmeedastuskiirust, suuremat võimsust ja paremat signaali kvaliteeti, parandades nende võrkude üldist jõudlust.
2. Mitme antenniga ruuterites: MIMO kasutatakse mitme antenniga ruuterites, et suurendada Wi-Fi-võrkude leviala ja andmeedastuse läbilaskevõimet. Mitme antenni kasutamine võimaldab neil ruuteritel samaaegselt edastada ja vastu võtta mitut andmevoogu, tagades kiirema ja usaldusväärsema traadita ühenduse.
3. Traadita videovoo edastamisel: MIMO-tehnoloogia on kasulik traadita videovoo edastamise rakendustes. See võimaldab kvaliteetse videopildi edastamist, vähendades signaali segunemist ja parandades signaali vastuvõttu, tagades sujuva ja katkematu voogesituse kogemuse.
4. Traadita võrgustikes (mesh-võrgustikud): MIMO-tehnoloogiat kasutatakse traadita võrgustikes, kus mitu sõlme on omavahel ühendatud suurema võrgu loomiseks. MIMO kasutamine võimaldab tõhusat andmeedastust ja paremat võrgu leviala nendes keerukates ja dünaamilistes võrgutopoloogiates.
5. Punkt-punkt mikrolinkides: MIMO-tehnoloogiat kasutatakse punkt-punkt mikrolingiühendustes, mis on tavaliselt kasutusel pikaajaliseks traadita sideks. Mitme antenni kasutamine ühenduse mõlemas otsas võimaldab saavutada suuremaid andmeedastuskiirusi, paremat usaldusväärsust ning vastupidavust signaali tuhmumisele ja segunemisele.
6. Massiivses MIMO-s: Massiivne MIMO viitab süsteemidele, kus on suur hulk antenne, tavaliselt kümnete või sadade ulatuses. See tehnoloogia on oluline komponent tulevastele 5G-võrkudele ja võimaldab märkimisväärseid parandusi võimsuses, levialas ja spektraalses tõhususes.

Ajaloost

1. Varased uurimistööd (1970.–1990. aastad): MIMO alustalad pandi 1970. ja 1980. aastatel, kui teadlased uurisid mitme antenni kasutamise võimalikke eeliseid traadita sideühenduse valdkonnas. 1990. aastatel tehti olulisi edusamme MIMO süsteemide võimekuse kasvu ja mitmekesisuse eelistega seotud teadmistes.
2. Bell Labsi eksperimendid (1996): Bell Labs viis 1996. aastal läbi läbimurdelisi eksperimente, mis näitasid esimest korda praktiliselt MIMO süsteemide võimekust. Eksperimendid tõestasid, et mitme antenniga süsteemides on võimalik saavutada märkimisväärseid läbilaskevõime parandusi ja signaali vastupidavuse suurendamist.
3. MIMO standardiseerimine (2000. aastate algus): 2000. aastatel hakati MIMO tehnoloogiat järk-järgult standardiseerima. IEEE 802.11n standard, mis võeti vastu 2009. aastal, tutvustas MIMO-tehnoloogiat Wi-Fi võrkudes. Sellele järgnesid 4G-mobiilside standardid, nagu LTE, mis võimaldasid MIMO kasutamist laialdaselt mobiilsidesüsteemides.
4. MIMO laialdane rakendamine (2010. aastad – tänapäev): 2010. aastatel ja pärast seda on MIMO tehnoloogia muutunud laialdaselt kasutatavaks traadita side valdkonnas. See on leidnud rakendust Wi-Fi võrkudes, mobiilsidevõrkudes, satelliitsides, raadioside, radarites ja muudes traadita side süsteemides. MIMO tehnoloogia pidev areng on toonud kaasa suuremad läbilaskevõime parandused, parema spektri efektiivsuse ja usaldusväärsema sidekvaliteedi.

Vaata ka

1. "MIMO Wireless Communications" Ezio Biglieri, Robert Calderbank, Anthony Constantinides, Andrea Goldsmith, Arogyaswami Paulraj.
2. https://ik4.es/et/tecnologia-mimo-que-es-y-como-mejora-el-wi-fi/.
3. https://et.eyewated.com/mis-on-multimeedium-mitu-vaelise-mimo-tehnoloogia/.

Viited

1. Selle artikli kirjutamisel on kasutatud tehisintellekti ChatGPT abi (versioon: 12.05.23)
2. https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=MIMO&oldid=1154312587. Vaadatud 27.03.23
3. https://www.techtarget.com/searchmobilecomputing/definition/MIMO. Vaadatud 11.05.23
4. https://www.electronics-notes.com/articles/antennas-propagation/mimo/what-is-mimo-multiple-input-multiple-output-wireless-technology.php. Vaadatud: 16.05.23