انواع MIMO و تفاوت ها و کاربردهای هریک - وبلاگ وردپرس

به گزارش وبلاگ وردپرس، پیش تر در مقاله ای گفتیم فناوری MIMO چیست و اعداد جلو نام این فناوری مانند 2×2 ،4×4 و … به چه معنا هستند. اکنون، باید سراغ انواع MIMO و تفاوت ها و کاربردهای هریک برویم.

تا اینجای کار می دانیم MIMO با استفاده از چندین آنتن برای ارسال و دریافت داده ها در فرستنده و گیرنده و تکنیک لایه سازی، سرعت، قابلیت اطیمنان و ظرفیت شبکه را افزایش می دهد.

اما تکنولوژی MIMO به گونه های مختلفی پیشرفته است که دانستن هر نوع MIMO برای درک این فناوری ضروری خواهد بود.

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

حتما تا انتهای این نوشتار با شبکه چی همراه باشید.

SU-MIMO: نوع MIMO تک کاربره

Single User MIMO یا MIMO تک کاربر، شکل ابتدایی فناوری MIMO است که در آن جریان های داده های متعدد همگی برای یک دستگاه خاص ارسال و دریافت می شوند.

این فناوری از چندین آنتن برای افزایش نرخ داده (به وسیله لایه سازی) یا بهبود قابلیت اطمینان سیگنال (به وسیله تنوع کدگذاری) استفاده می نماید.

در نوع چندگانه سازی (لایه سازی)، هر آنتن یک جریان داده منحصر به فرد را منتقل می نماید و به طور موثر نرخ انتقال داده چند برابر می گردد.

در مقابل در نوع تنوع کدگذاری، هر آنتن داده های مشابه اما با کد گذاری متفاوت را برای بهبود قابلیت اطمینان سیگنال ارسال می نماید. این روش برای داده هایی کاربرد دارد که صحت ارسال و دریافت آن ها بسیار مهم است مانند منطقه ها نظامی.

اگر فکر نموده اید این فناوری قدیمی است سخت در اشتباه اید. SU-MIMO به طور گسترده در بسیاری از سیستم های وای فای و شبکه سلولی 4G و 5G استفاده می گردد.

بطور مثال در فناوری 4G، با یک MIMO تک لایه می توانیم به حداکثر توان عملیاتی تئوری 75 مگابیت بر ثانیه برای دانلود (با استفاده از 64QAM و پهنای باند 20 مگاهرتز) برسیم.

اگر یک لایه دیگر را افزایش دهیم با افزودن یک آنتن دیگر (MIMO 2×2) می توان به 150 مگابیت در ثانیه برای دانلود دست یافت.

در لایه بعدی به MIMO 4×4 می رسیم. چون عملا MIMO 3×3 در شبکه های LTE استفاده نمی گردد و فقط در وای فای کاربرد دارد؛ بنابراین لایه بعدی MIMO 4×4 است که دو لایه دیگر به شبکه اضافه می نماید و حداکثر توان دانلود می تواند به 300 مگابیت در ثانیه برسد.

مشابه همین شرایط را در 5G هم داریم؛ با این تفاوت که تعداد لایه ها به طرز عجیبی بالاتر می رود. بعلاوه فرکانس کاری بالاتر 5G هم به افزایش توان عملیاتی سیستم یاری زیادی می نماید.

این سرعت های 150 مگابیت و 300 مگابیت در 4G 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 می تواند با یک دستگاه ارتباط برقرار کند. با این حال، فناوری MU-MIMO پهنای باند موجود را به جریان های جداگانه تقسیم می نماید که می توان 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 می دهد.

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

MU-MIMO زمانی آغاز به درخشش می نماید که محیطی با تعداد کاربران بسیار زیادی داشته باشیم و به ارتباطات بی سیم بسیار سریع تری احتیاج باشد.

این تکنولوژی بسیار مناسب برای توسعه 5G بوده است و در این نوع شبکه سلولی به وفور فناوری MU-MIMO را مشاهده می کنیم. همین طور، در روترهای بی سیم پیشرفته از آن استفاده می گردد.

Massive MIMO

خیلی ساده اگر بخواهیم شرح بدهیم، می توان گفت که یک MIMO بزرگ یا بهتر بگوییم خیلی بزرگ! با فرمول:

Missive MIMO = MIMO + Beamforming

همان طور 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 به وسیله شکل دهی 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 خصوص فناوری و طرز کار آن در آینده بیشتر شرح خواهیم داد. فقط فعلا همینقدر بدانید که این فناوری مفهومی برای ساختن یک سیگنال راهنمایی شونده به سمت کاربری خاص است.

بیشتر پیاده سازی های فعلی 5G هنوز از MIMO 4×4 همچون شبکه های LTE استفاده می نمایند. پس چرا 5G از 4G سریعتر است؟

با انجام یک محاسبه ساده ریاضی، به راحتی می توانیم بفهمیم که 5G چگونه به توان عملیاتی بیش از 1 گیگابیت در ثانیه دست می یابد.

همانطور که در بخش قبل محاسبه کردیم؛ در 4G با کانال 20 مگاهرتز می توانیم در حالت MIMO 4×4 به سرعت 300 مگابیت بر ثانیه دست یابیم (توان عملیاتی نظری).

حالا می دانیم عرض کانال در 5G بیشتر و 100 مگاهرتز است. بنابراین کانال 100 مگاهرتز در 5G می تواند پنج برابر توان عملیاتی نظری LTE را به دست آورد که 1.5 گیگابیت بر ثانیه است.

فعلا MIMOهای 64×64 نیز در شبکه 5G پیاده سازی شده است اما خوب است بدانید می توان تا 256×256 نیز این پیشرفت را متصور شد.

در این مطلب سعی کردیم انواع MIMO را به ساده ترین شکل ممکن شرح دهیم. در نوشته های آینده در خصوص انواع آنتن MIMO و سوال اساسی خیلی ها یعنی تفاوت MIMO و CA صحبت خواهیم کرد.