Главная / Статьи / Что такое MIMO?

Что такое MIMO?

Что такое MIMO?

В современных системах связи постоянно возрастают требования к пропускной способности и емкости, что может быть достигнуто за счет увеличения числа базовых станций, ширины полосы пропускания, а также повышения спектральной эффективности, т. е. пропускной способности, приходящейся на единицу радиочастотного спектра. Наиболее экономически эффективен последний метод. Спектральную эффективность можно повышать, например, за счет: усложнения схем модуляции(QPSK, QAM) и кодирования (например, БЧХ-коды), использования ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM) и технологии MIMO.

Посмотрев на свежую продукцию от многих современных производителей связного оборудования часто можно увидеть такой пункт как поддержка “MIMO”. Что же это значит? MIMO (Multi Input Multi Output) или по-русски “множественный вход – множественный выход”). В самом названии кроется немалая часть ответа, как это часто и бывает.

Для начала следует вспомнить, что такое антенна в принципе и немного рассмотреть распространение радиоволн в целом. Если имеется провод, по которому протекает переменный электрический ток, то данный ток создает вокруг себя переменное магнитное поле, которое в свою очередь создает электрическое поле. То есть, подводя некоторую мощность к проводу, мы будем наблюдать электромагнитное излучение,  излучаемое этим проводом. Фактически любой проводник уже может выступать в роли антенны. Не нужно говорить, что антенны бывают разных размеров и геометрической формы, которые определены мощностью излучения, длиной волны, расстоянием передачи. Передающая антенна может являться и приемной. Поместив проводник в электромагнитное поле, в нем наведется ток.  

Покупая антенну, вы можете увидеть такую ее характеристику как поляризация. Помещая провод параллельно земле, направление тока и ориентация колебания электрического поля будут параллельны земле. В таком случае говорят о горизонтальной поляризации. Аналогично проводник, расположенный вертикально, будет создавать волны с вертикальной поляризацией. Электромагнитные волны с разной поляризацией слабо влияют друг на друга, что может быть использовано для реализации разнесенного приема.

Излучение от точки передачи до точки приема доходит, претерпевая затухание и множественные переотражения от окружающих объектов (земли, зданий и т.п.). В момент приема имеется суперпозиция сигналов, прошедших разный путь, и потративших на него разное время. Данный эффект многолучевого распространения может приводить как к усилению сигнала в точке приема относительно одного луча, так и к ослаблению.  Однако благодаря многолучевости можно увеличить пропускную способность, используя определенные сигнально-кодовые конструкции, что и используется в MIMO-технологии.

Самый простой способ реализации MIMO-системы, хотя ее будет вернее называть MISO(multi input single output, “множественный вход — один выход”),  использовать на приеме 2 провода (несимметричных вибратора) с разной поляризацией, то есть повернутых относительно друг друга на 90⁰. Можно говорить, что мы получим простейшую MIMO-систему с пространственным разделением, если используем подобную конструкцию на  передающей стороне.

Более развитые системы используют, например, пространственно-временное кодирование. В них передача осуществляется одновременно во времени (в течение нескольких тактовых интервалов)  и в пространстве ( с нескольких передающих антенн). К ним можно отнести алгоритм Аламоути и его дальнейшее развитие, результатом которого стали методы пространственно-временного блочного кодирования (STBC).

История использования MIMO в связи не так длительна, но это один из тех аспектов, который позволил достичь той скорости передачи в беспроводных системах, которую мы имеем на данный момент.