فناوری MIMO چیست و چگونه سرعت و کیفیت وای‌فای را متحول می‌کند؟

امروزه بخش بزرگی از فعالیت‌های روزمره ما به شبکه‌های بی‌سیم وابسته است؛ از تماشای فیلم و سریال با کیفیت بالا، بازی‌های آنلاین و برگزاری جلسات ویدئویی گرفته تا استفاده از سرویس‌های ابری و تجهیزات هوشمند خانگی. این حجم از تقاضا باعث شده است که شبکه‌های وای‌فای و موبایل با فشار زیادی مواجه شوند و نیاز به فناوری‌هایی مثل فناوری MIMO داشته باشند که بتوانند:

سرعت واقعی را افزایش دهند،
پایداری ارتباط را تضمین کنند،
و تعداد بیشتری کاربر را به‌صورت هم‌زمان پشتیبانی نمایند.

فناوری MIMO یکی از مهم‌ترین پاسخ‌ها به این نیازها است. این فناوری با تکیه بر چندین آنتن در هر دو سمت ارتباط، ظرفیت کانال بی‌سیم را چند برابر کرده و امکان ارائه اینترنت سریع‌تر و پایدارتر را فراهم می‌کند.

فناوری MIMO چیست؟

MIMO مخفف عبارت Multiple Input Multiple Output است و به سامانه‌هایی گفته می‌شود که در آن‌ها:

در سمت فرستنده، بیش از یک آنتن وجود دارد؛
در سمت گیرنده نیز چند آنتن مورد استفاده قرار می‌گیرد؛
داده‌ها به صورت هم‌زمان از چند مسیر فضایی ارسال و دریافت می‌شوند.

در سیستم‌های قدیمی‌تر (SISO)، تنها یک آنتن در هر سمت وجود داشت و تمام اطلاعات باید از همان مسیر واحد عبور می‌کرد. در مقابل، فناوری MIMO با ایجاد چندین «مسیر موازی» بین فرستنده و گیرنده، امکان انتقال حجم بیشتری از داده را در همان پهنای باند فرکانسی فراهم می‌کند.

هدف اصلی MIMO

هدف اصلی MIMO را می‌توان در سه محور خلاصه کرد:

افزایش ظرفیت کانال (سرعت بیشتر در واحد زمان)
افزایش پایداری و کیفیت سیگنال در محیط‌های واقعی
استفاده بهینه‌تر از طیف فرکانسی موجود بدون نیاز به فرکانس‌های جدید

به همین دلیل است که MIMO به ستون اصلی استانداردهای مدرن وای‌فای و شبکه‌های موبایل تبدیل شده است.

فناوری MIMO چگونه کار می‌کند؟

چندپخشی فضایی (Spatial Multiplexing)

در چندپخشی فضایی، جریان اطلاعات به چند جریان داده مستقل تقسیم می‌شود. هر جریان از طریق یک آنتن جداگانه در فرستنده ارسال شده و در سمت گیرنده نیز توسط چند آنتن دریافت می‌شود. سپس با استفاده از الگوریتم‌های پردازش سیگنال، این جریان‌ها از هم تفکیک شده و دوباره به داده اصلی تبدیل می‌گردند.

به‌عنوان مثال، در یک سیستم ۲×۲ MIMO (دو آنتن در فرستنده و دو آنتن در گیرنده)، در شرایط مناسب می‌توان ظرفیتی نزدیک به دو برابر یک سیستم تک‌آنتنه به دست آورد. برای پیکربندی‌های ۳×۳ و ۴×۴، این افزایش ظرفیت می‌تواند بیشتر هم باشد.

تنوع فضایی (Spatial Diversity)

در محیط‌های واقعی، سیگنال بی‌سیم به‌دلیل وجود دیوارها، مبلمان و سایر موانع، از مسیرهای مختلفی به گیرنده می‌رسد. این پدیده که «چندمسیره» نامیده می‌شود، در سیستم‌های سنتی یک مشکل محسوب می‌شد؛ اما در فناوری MIMO، از همین ویژگی برای افزایش پایداری استفاده می‌شود.

با ارسال و دریافت نسخه‌های متعدد از یک سیگنال از طریق آنتن‌های مختلف، احتمال این‌که همه نسخه‌ها به‌طور هم‌زمان تضعیف شوند بسیار پایین است. در نتیجه، کیفیت ارتباط در محیط‌های پیچیده به‌طور محسوسی بهبود می‌یابد.

نقش پردازش سیگنال

تمام این فرآیندها بدون پردازنده‌های سیگنال دیجیتال قدرتمند ممکن نیست. این پردازنده‌ها با تخمین کانال، حذف تداخل و ترکیب هوشمند سیگنال‌ها، امکان تفکیک جریان‌های فضایی را فراهم می‌کنند. هر چه تعداد آنتن‌ها بیشتر باشد، الگوریتم‌ها پیچیده‌تر و نیاز سخت‌افزاری نیز بالاتر خواهد بود.

انواع MIMO در شبکه‌های بی‌سیم

SU-MIMO (Single-User MIMO)

در SU-MIMO، در هر لحظه تمام ظرفیت MIMO به یک دستگاه اختصاص داده می‌شود. روتر یا نقطه دسترسی تمام جریان‌های فضایی موجود را برای افزایش سرعت لینک با همان کاربر به‌کار می‌گیرد. این مدل در نسل‌های ابتدایی پیاده‌سازی فناوری MIMO در وای‌فای رایج بود و هنوز هم در بسیاری از سناریوها کاربرد دارد.

MU-MIMO (Multi-User MIMO)

MU-MIMO یک گام فراتر است. در این حالت، روتر می‌تواند به‌طور هم‌زمان با چند دستگاه مختلف ارتباط برقرار کند و برای هرکدام جریان داده جداگانه‌ای در نظر بگیرد. نتیجه این معماری:

کاهش زمان انتظار دستگاه‌ها؛
استفاده کارآمدتر از ظرفیت رادیویی؛
کارایی بالاتر در محیط‌های شلوغ مانند خانه‌های هوشمند، دفاتر کار و فضاهای عمومی.

MU-MIMO ابتدا در نسل‌های جدیدتر Wi-Fi معرفی شده و در استانداردهای جدید به‌صورت گسترده‌تری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

Massive MIMO

در شبکه‌های موبایل نسل جدید، به‌ویژه در نسل پنجم، از ساختارهایی با تعداد بسیار زیاد آنتن در ایستگاه پایه استفاده می‌شود که Massive MIMO نام دارند. در این معماری:

ده‌ها یا حتی صدها آنتن در دکل مخابراتی نصب می‌شود؛
با استفاده از پردازش پیشرفته و Beamforming، سیگنال به‌صورت هوشمند به سمت گروه‌های مختلف کاربران هدایت می‌شود؛
ظرفیت سلول و کیفیت سرویس برای تعداد زیادی کاربر به‌طور چشمگیری افزایش می‌یابد.

بیشتر بخوانید: مودم دوبانده (2.4 و 5 گیگاهرتز) چیست و کدام باند برای شما مناسب‌تر است؟

نقش MIMO در استانداردهای مختلف وای‌فای

Wi-Fi 4

در نسل چهارم وای‌فای، برای نخستین بار از فناوری MIMO به‌صورت گسترده در تجهیزات خانگی و اداری استفاده شد. به کمک چند آنتن و چند جریان فضایی، سرعت‌هایی در حد صدها مگابیت بر ثانیه در شبکه‌های محلی بی‌سیم دست‌یافتنی شد.

Wi-Fi 5

نسل بعدی وای‌فای با تمرکز بر باند ۵ گیگاهرتز و استفاده از تکنیک‌های پیشرفته‌تر، سرعت‌های گیگابیتی را در شبکه‌های بی‌سیم رایج کرد. در نسخه‌های پیشرفته این نسل، MU-MIMO به‌صورت عملی وارد بازار شد و امکان سرویس‌دهی هم‌زمان به چند کاربر فراهم گردید.

Wi-Fi 6 و 6E

Wi-Fi 6 و نسخه توسعه‌یافته آن، Wi-Fi 6E، برای محیط‌های با تراکم کاربر بالا طراحی شده‌اند. در این نسل‌ها:

از MU-MIMO در هر دو جهت ارسال و دریافت استفاده می‌شود،
تکنیک OFDMA نیز برای تقسیم بهتر کانال بین کاربران اضافه شده است،
هم‌زمانی تعداد بیشتری دستگاه با تأخیر کمتر امکان‌پذیر است.

Wi-Fi 7

Wi-Fi 7 نسل جدید وای‌فای با هدف دستیابی به ظرفیت بسیار بالا و تأخیر بسیار پایین است. این نسل با ترکیب:

کانال‌های بسیار عریض،
مدولاسیون‌های متراکم،
و افزایش تعداد جریان‌های MIMO،

شرایطی را فراهم می‌کند که برای کاربردهایی مانند واقعیت مجازی، بازی ابری و ویدئو با کیفیت بسیار بالا مناسب است.

مزایای MIMO برای سرعت و کیفیت وای‌فای

افزایش سرعت واقعی برای کاربران

مهم‌ترین مزیت فناوری MIMO، افزایش ظرفیت و سرعت موثر است. به‌جای ارسال تمام اطلاعات از یک مسیر، چند جریان داده به‌صورت هم‌زمان منتقل می‌شوند و در نتیجه:

سرعت دانلود و آپلود افزایش می‌یابد،
صفحات وب و محتوای چندرسانه‌ای سریع‌تر بارگذاری می‌شوند،
چند کاربر می‌توانند هم‌زمان از سرویس‌های پرمصرف استفاده کنند.

پایداری بیشتر در محیط‌های واقعی

به کمک تنوع فضایی، شبکه‌های مبتنی بر MIMO در برابر تغییرات ناگهانی کانال، تضعیف سیگنال و تداخل مقاوم‌تر هستند. کاربر این ویژگی را به‌صورت:

کاهش قطعی‌های ناگهانی،
کاهش نوسان شدید سرعت،
کیفیت بهتر ارتباط در نقاط مختلف خانه یا محل کار،

تجربه می‌کند.

ظرفیت بیشتر در شبکه‌های شلوغ

در خانه‌های امروزی که چندین گوشی، لپ‌تاپ، تلویزیون هوشمند، کنسول بازی و تجهیزات اینترنت اشیا به شبکه متصل هستند، فناوری MIMO و به‌ویژه MU-MIMO نقش مهمی در حفظ کیفیت سرویس برای همه دستگاه‌ها ایفا می‌کند. این فناوری کمک می‌کند شبکه در زمان‌های اوج مصرف، کمتر دچار افت شدید کیفیت شود.

بهره‌وری بهتر از طیف فرکانسی

با توجه به محدود بودن منابع فرکانسی، راه‌حل پایدار برای افزایش ظرفیت، استفاده هوشمندانه‌تر از همین طیف موجود است. فناوری MIMO با استفاده از بعد فضایی، بدون افزایش فرکانس‌های جدید، ظرفیت شبکه را توسعه می‌دهد و این موضوع از دیدگاه طراحی شبکه یک مزیت راهبردی به‌شمار می‌آید.

نتیجه گیری:

فناوری MIMO امروز یکی از مهم‌ترین پایه‌های فنی شبکه‌های بی‌سیم مدرن است. این فناوری با استفاده از چندین آنتن در طرف فرستنده و گیرنده، امکان:

افزایش ظرفیت و سرعت،
بهبود پایداری و کیفیت سیگنال،
پشتیبانی از تعداد کاربر بیشتر در محیط‌های شلوغ،
و استفاده بهینه‌تر از طیف فرکانسی،

را فراهم می‌کند.

در نتیجه، هنگام طراحی یا ارتقای شبکه بی‌سیم خانگی و سازمانی، انتخاب تجهیزاتی که از MIMO، MU-MIMO و نسل‌های جدید استانداردهای وای‌فای پشتیبانی می‌کنند، یک سرمایه‌گذاری اصولی و آینده‌نگر برای برخورداری از اینترنت سریع، پایدار و قابل اعتماد به‌شمار می‌آید.

فروشگاه اینترنتی آ.اس.پ (اقتباس از مقاله‌ای از Huawei)
در صورت استفاده از این مقاله، نام و آدرس فروشگاه اینترنتی آ.اس.پ را به عنوان منبع ذکر کنید.