MIMO ja MU-MIMO: mis see on ja kuidas see töötab

MIMO (Multiple Input, Multiple Output) on raadioside tehnika, mis kasutab mitut antenni nii saatja kui vastuvõtja poolel, et parandada ühenduse kiirust, usaldusväärsust ja leviala. Erinevalt lihtsalt tugevama signaali tootmisest kasutab MIMO “peegeldusi” ja erinevaid signaalirada (nn multipath) ära — see võimaldab sama sagedusribal saata mitut andmevoogu samaaegselt.

Kuidas MIMO töötab

MIMO töötab peamiselt kahe põhimõtte abil:

Ruumiline mitmekesistamine (spatial diversity) – mitu antenni aitavad parandada signaali vastuvõttu ja vähendada vigade tõenäosust, sest eri antennid võivad saada erinevaid (vähem häiritud) signaalikopiad.
Ruumiline multiplexing (spatial multiplexing) – samaaegselt saadetakse mitu sõltumatut andmevoogu (spatial streams) erinevate antennide kaudu, mis suurendab läbi-lasket (throughput) ilma, et nõutaks lisa sagedusressurssi.

Tavapärane notatsioon näitab antennide ja voogude arvu, näiteks 2x2 tähendab kaks saatja- ja kaks vastuvõtjaantenni. Wi‑Fi seadmetes võib nähtav olla ka notatsioon 4x4:4 (4 saatja x 4 vastuvõtja : 4 spatial stream’i).

Mis on MU‑MIMO

MU‑MIMO tähendab Multi‑User MIMO — tehnoloogiat, mis lubab üheks saatjaks oleva ruuteri (access point) suhelda samaaegselt mitme kliendiseadmega, igale seadmele eraldades oma spatial stream’i. See on kasulik väga tihedas võrguolukorras, kus palju seadmeid tahavad samaaegselt andmeid vastu võtta.

Oluline täpsustus: MU‑MIMO ei tee ime — see ei suurenda ühe seadme maksimaalset kiirust üle selle seadme enda võimekuse, kuid parandab kogu võrgu efektiivsust ja vähendab kõigi seadmete ootusaega, kui mitu klienti järele soovivad andmeid.

Tehnilised üksikasjad

Allalaadimissuunaline vs üleslaadimissuunaline – Wi‑Fi 5 (802.11ac Wave 2) lisas allalaadimise (downlink) MU‑MIMO; Wi‑Fi 6 (802.11ax) laiendas seda ka üleslaadimisele (uplink) ning lisas OFDMA, mis koos MU‑MIMO’ga parandab koormustaluvust.
Suunatulesuunamine (beamforming) – MU‑MIMO sageli kasutab beamforming’ut (suunaefektiga saatmist), mis suunab signaali konkreetse kliendi poole, parandades signaali tugevust ja vähendades häireid.
Kanali seisundi info (CSI) – AP ja kliendid vahetavad infot kanali omaduste kohta, et optimeerida ruumilist jaotust ja beamforming’u. See nõuab tarkvaralist tuge ja mürarikast ressursikasutust.

Milleks MIMO ja MU‑MIMO head on

Suurem tegelik koguühenduse kiirus mitme seadme samaaegsel kasutusel.
Parem signaali töökindlus ja vähem katkestusi tänu mitme antenni kasutamisele.
Parem leviala ja kaetud pind, sest signaal saab mitme antenni abil erinevaid radu kasutada.
Võrgukoormuse parema jaotuse tõttu madalam latentsus äärmuslikult tihedates seadmetega võrkudes (nt kontorid, kodused mitme nutiseadmega majapidamised).

Piirangud ja mida arvesse võtta

Reaalne kasu sõltub sellest, kas kliendiseadmed toetavad sama MIMO/MU‑MIMO taset kui ruuter.
MIMO‑antennide arv ja “välimus” ei ole ainuindikaator — oluline on ka ruuteri sisemine protsessor, tarkvara ja firmware.
Ruumiline multiplexing töötab paremini kui kliendid on asukoha ja kanali tingimuste poolest piisavalt erinevad; tihe interferents võib kasu vähendada.
MU‑MIMO tõhusus piirneb sellega, mitu paralleelset spatial stream’i AP saab samal ajal teenindada (nt 4‑user MU‑MIMO jne) ning kui palju seadmeid on võimelised neid vastu võtma.
Vanemad seadmed (SISO või MIMO väiksema voogude arvuga) ei saa kasu, kui nad ei toeta MU‑MIMO’d.

Praktilised soovitused

Kui ostad ruuterit, vaata, mitu spatial stream’i ja antenni see toeta (nt 2x2, 3x3, 4x4) ja kas toetatakse MU‑MIMO ning Wi‑Fi 5/6 (802.11ac/ax).
Uuenda ruuteri firmware ja seadme draiverid — uuendused parandavad tihti MIMO/MU‑MIMO toimivust ja stabiilsust.
Pane ruuter võimalikult kõrgemale ja keskele, vältides suuri takistusi ning tugevaid elektromagnetilisi segajaid.
Kui su võrgus on palju seadmeid, aitab Wi‑Fi 6 (802.11ax) tänu uplink MU‑MIMO ja OFDMA paremini jagada kanalit ja vähendada latentsust.
Mõtle, kas klientseadmed (telefonid, sülearvutid, nutitelerid) toetavad MU‑MIMO — ilma vastava toeta ei saa nad ruuterilt samaaegsest teenindusest kasu.

Kokkuvõte

MIMO on oluline tehnoloogia, mis võimaldab raadioside paremat kiirust ja töökindlust, kasutades mitut antenni ja ära kasutades multipath‑efekte. MU‑MIMO viib selle edasi, lubades ühelt ruuterilt samaaegselt teenindada mitut klienti, mis parandab kogu võrgu efektiivsust tihedates keskkondades. Maksimaalne kasu sõltub nii ruuteri kui ka kliendiseadmete võimekusest, võrgu keskkonnast ja kasutusstsenaariumist.