انواع MIMO و تفاوت‌ها و کاربردهای هریک

پیش‌تر در مقاله‌ای گفتیم فناوری MIMO چیست و اعداد جلو نام این فناوری مانند ۲×۲ ،۴×۴ و … به چه معنا هستند. اکنون، باید سراغ انواع MIMO و تفاوت‌ها و کاربردهای هریک برویم.

تا اینجای کار می‌دانیم MIMO با استفاده از چندین آنتن برای ارسال و دریافت داده‌ها در فرستنده و گیرنده و تکنیک لایه‌سازی، سرعت، قابلیت اطیمنان و ظرفیت شبکه را افزایش می‌دهد.

اما تکنولوژی MIMO به گونه‌های مختلفی توسعه یافته است که دانستن هر نوع MIMO برای درک این فناوری ضروری خواهد بود.

در این مطلب می‌خواهیم سراغ انواع MIMO شامل MU-MIMO ،SU-MIMO و از همه مهمتر Massive MIMO برویم.

حتما تا انتهای این نوشتار با شبکه‌چی همراه باشید.

SU-MIMO: نوع MIMO تک‌کاربره

 Single User MIMO یا MIMO تک کاربر، شکل ابتدایی فناوری MIMO است که در آن جریان‌های داده‌های متعدد همگی برای یک دستگاه خاص ارسال و دریافت می‌شوند.

این فناوری از چندین آنتن برای افزایش نرخ داده (از طریق لایه سازی) یا بهبود قابلیت اطمینان سیگنال (از طریق تنوع کدگذاری) استفاده می‌کند.

در نوع چندگانه‌سازی ( لایه سازی )، هر آنتن یک جریان داده منحصر به فرد را منتقل می‌کند و به طور موثر نرخ انتقال داده چند برابر می‌شود.

در مقابل در نوع تنوع کدگذاری، هر آنتن داده‌های مشابه اما با کد گذاری متفاوت را برای بهبود قابلیت اطمینان سیگنال ارسال می‌کند. این روش برای داده‌هایی کاربرد دارد که صحت ارسال و دریافت آن‌ها بسیار مهم است مانند مناطق نظامی.

اگر فکر کرده‌اید این فناوری قدیمی است سخت در اشتباه‌اید. SU-MIMO به طور گسترده در بسیاری از سیستم‌های وای‌فای و شبکه سلولی ۴G و ۵G استفاده می‌شود.

بطور مثال در فناوری ۴G، با یک MIMO تک لایه می‌توانیم به حداکثر توان عملیاتی تئوری ۷۵ مگابیت بر ثانیه برای دانلود (با استفاده از ۶۴QAM و پهنای باند ۲۰ مگاهرتز) برسیم.

اگر یک لایه دیگر را افزایش دهیم با افزودن یک آنتن دیگر (MIMO 2×۲) می‌توان به ۱۵۰ مگابیت در ثانیه برای دانلود دست یافت.

در لایه بعدی به MIMO 4×۴ می‌رسیم. چون عملا MIMO 3×۳ در شبکه‌های LTE استفاده نمی‌شود و فقط در وای فای کاربرد دارد؛ بنابراین لایه بعدی MIMO 4×۴ است که دو لایه دیگر به شبکه اضافه می‌کند و حداکثر توان دانلود می‌تواند به ۳۰۰ مگابیت در ثانیه برسد.

مشابه همین وضعیت را در ۵G هم داریم؛ با این تفاوت که تعداد لایه‌ها به طرز عجیبی بالاتر می‌رود. همچنین فرکانس کاری بالاتر ۵G هم به افزایش توان عملیاتی سیستم کمک زیادی می‌کند.

این سرعت‌های ۱۵۰ مگابیت و ۳۰۰ مگابیت در ۴G برای شما آشنا نیستند؟

MU-MIMO: نوع MIMO چندکاربره

Multi User MIMO  یا MIMO چند کاربره، فناوری است که به آنتن MIMO اجازه می دهد تا با چندین دستگاه به طور همزمان ارتباط برقرار کند.

 در یک سیستم MIMO معمولی، آنتن در هر زمان تنها می‌تواند با یک دستگاه ارتباط برقرار کند. با این حال، فناوری MU-MIMO پهنای باند موجود را به جریان‌های جداگانه تقسیم می‌کند که می‌توان از آن برای برقراری ارتباط با چندین دستگاه به طور همزمان استفاده کرد.

این فناوری به طور قابل توجهی کارایی شبکه را در محیط هایی که چندین دستگاه به طور همزمان متصل هستند؛ مانند محیط خانه یا دفتر کار بهبود می‌دهد.

توجه به این نکته مهم است که دستگاه‌های فرستنده و گیرنده به طور همزمان باید از MU-MIMO پشتیبانی کنند تا این فناوری به طور موثر کار کند.

MU-MIMO زمانی شروع به درخشش می‌کند که محیطی با تعداد کاربران بسیار زیادی داشته باشیم و به ارتباطات بی‌سیم بسیار سریع‌تری نیاز باشد.

این تکنولوژی بسیار مناسب برای توسعه ۵G بوده است و در این نوع شبکه سلولی به وفور فناوری MU-MIMO را مشاهده می‌کنیم. همین‌طور، در روترهای بی‌سیم پیشرفته از آن استفاده می‌شود.

Massive MIMO

خیلی ساده اگر بخواهیم توضیح بدهیم، می‌توان گفت که یک MIMO بزرگ یا بهتر بگوییم خیلی بزرگ! با فرمول:

Missive MIMO = MIMO + Beamforming

همان‌طور که از نام آن پیداست؛ Massive MIMO شامل استقرار تعداد زیادی آنتن در ایستگاه پایه (حتی صدها آنتن) برای بهبود قابل توجه کیفیت سیگنال و نرخ انتقال داده است.

مزیت اصلی Massive MIMO توانایی آن در تمرکز انرژی سیگنال ارسالی به سمت کاربران خاص از طریق شکل‌دهی پرتو یا همان Beamforming است. استفاده از این تکنیک منجر به استفاده کارآمدتر از طیف فرکانس و افزایش ظرفیت و عملکرد شبکه خواهد شد.

در مورد فناوری Beamforming و طرز کار آن در آینده بیشتر توضیح خواهیم داد. فقط فعلا همینقدر بدانید که این فناوری مفهومی برای ساختن یک سیگنال هدایت شونده به سمت کاربری خاص است.

بیشتر پیاده‌سازی‌های فعلی ۵G هنوز از MIMO 4×۴ همانند شبکه‌های LTE  استفاده می‌کنند. پس چرا ۵G از ۴G سریعتر است؟

با انجام یک محاسبه ساده ریاضی، به راحتی می توانیم بفهمیم که ۵G چگونه به توان عملیاتی بیش از ۱ گیگابیت در ثانیه دست می‌یابد.

همانطور که در بخش قبل محاسبه کردیم؛ در ۴G با کانال ۲۰ مگاهرتز می‌توانیم در حالت MIMO 4×۴ به سرعت ۳۰۰ مگابیت بر ثانیه دست یابیم (توان عملیاتی نظری).

حالا می‌دانیم عرض کانال در ۵G بیشتر و ۱۰۰ مگاهرتز است. بنابراین کانال ۱۰۰ مگاهرتز در ۵G می‌تواند پنج برابر توان عملیاتی نظری LTE را به دست آورد که ۱.۵ گیگابیت بر ثانیه است.

فعلا MIMOهای ۶۴×۶۴ نیز در شبکه ۵G پیاده‌سازی شده است اما خوب است بدانید می‌توان تا ۲۵۶×۲۵۶ نیز این پیشرفت را متصور شد.

در این مطلب سعی کردیم انواع MIMO را به ساده‌ترین شکل ممکن توضیح دهیم. در نوشته‌های آینده در مورد انواع آنتن MIMO و سوال اساسی خیلی‌ها یعنی تفاوت MIMO و CA صحبت خواهیم کرد.

Adblock test (Why?)

لینک منبع