Waarom worden er meerdere antennes gebruikt in het MIMO-systeem?

Multiple Input Multiple Output (MIMO) is een draadloze communicatietechnologie die gebruik maakt van meerdere antennes aan zowel de zender- als de ontvangerzijde van een communicatiesysteem. Het gebruik van meerdere antennes in een MIMO-systeem brengt aanzienlijke voordelen met zich mee, waardoor de systeemprestaties en betrouwbaarheid worden verbeterd. Laten we eens kijken naar de gedetailleerde redenen waarom er meerdere antennes worden gebruikt in een MIMO-systeem:

1. Verbeterde gegevensdoorvoer:

Ruimtelijke multiplexing:

Een van de belangrijkste voordelen van het gebruik van meerdere antennes in MIMO is ruimtelijke multiplexing. MIMO-systemen kunnen meerdere datastromen tegelijkertijd verzenden met behulp van verschillende antenne-elementen. Deze ruimtelijke multiplexing verhoogt de algehele gegevensdoorvoer van het systeem, waardoor de overdracht van meer informatie in dezelfde hoeveelheid tijd mogelijk wordt.

Verhoogde spectrale efficiëntie:

MIMO om meerdere onafhankelijke datastromen binnen dezelfde frequentieband te verzenden, leidt tot verhoogde spectrale efficiëntie. Door gebruik te maken van meerdere antennes kunnen MIMO-systemen hogere datasnelheden bereiken, waardoor efficiënt gebruik wordt gemaakt van het beschikbare frequentiespectrum.

2. Verbeterde linkbetrouwbaarheid:

Diversiteitswinst:

MIMO zorgt voor diversiteitswinst door gebruik te maken van meerdere antennes om vervaging en signaalfluctuaties tegen te gaan. In uitdagende voortplantingsomgevingen met obstakels of interferentie zorgt het gebruik van meerdere antennes ervoor dat ten minste één van de paden gunstige omstandigheden ervaart, waardoor de betrouwbaarheid van de verbinding wordt verbeterd.

Verminderde kans op signaalvervaging:

De kans dat alle antennepaden tegelijkertijd diepe fading ervaren, wordt aanzienlijk verminderd in een MIMO-systeem. Dit vermindert de kans op signaalverlies als gevolg van vervaging, waardoor de algehele betrouwbaarheid en robuustheid van de communicatieverbinding wordt verbeterd.

3. Beperking van multipath-effecten:

Ruimtelijke verwerking:

MIMO-systemen maken gebruik van de multipath-propagatieomgeving door signalen over verschillende ruimtelijke paden te verwerken. Door meerdere antennes te gebruiken kan MIMO onderscheid maken tussen de verschillende signaalpaden, waardoor de effecten van multipath-interferentie worden beperkt en de communicatieprestaties worden verbeterd.

Gunstige kanaalomstandigheden:

Door het gebruik van meerdere antennes kunnen MIMO-systemen profiteren van gunstige ruimtelijke paden, zelfs in omgevingen met aanzienlijke multipath-effecten. Deze ruimtelijke diversiteit draagt bij aan een verbeterde signaalkwaliteit en een betere communicatiebetrouwbaarheid.

4. Verhoogd bereik en dekking:

Arrayversterking:

MIMO-systemen kunnen array-versterking bereiken door meerdere antennes te gebruiken om verzonden of ontvangen signalen in specifieke richtingen te focussen. Dit vergroot het effectieve bereik van het communicatiesysteem en vergroot de dekking, wat vooral gunstig is in scenario’s met communicatievereisten over lange afstanden.

Beamforming-technieken:

Beamforming, een techniek die mogelijk wordt gemaakt door meerdere antennes, stelt MIMO-systemen in staat het verzonden signaal in de richting van de ontvanger vorm te geven. Deze beamforming-mogelijkheid vergroot het effectieve bereik en de dekking, waardoor een doelgerichter en efficiënter gebruik van het uitgezonden vermogen mogelijk wordt.

5. Interferentiebeperking:

Afwijzing van ruimtelijke interferentie:

Meerdere antennes in MIMO-systemen maken onderdrukking van ruimtelijke interferentie mogelijk. Door gebruik te maken van de ruimtelijke dimensie kan MIMO onderscheid maken tussen gewenste signalen en ongewenste interferentie, wat leidt tot een verbeterde signaalkwaliteit en verminderde impact van co-channel interferentie.

6. Verhoogde capaciteit in dichte netwerken:

Capaciteitsverbetering bij compacte implementaties:

In dichtbevolkte gebieden met meerdere gebruikers en apparaten zorgt de ruimtelijke multiplexmogelijkheid van MIMO voor een grotere capaciteit. Meerdere antennes maken gelijktijdige communicatie met meerdere gebruikers mogelijk, waardoor het gebruik van beschikbare bronnen in drukke netwerkomgevingen wordt geoptimaliseerd.

7. Aanpasbaar aan verschillende omgevingen:

Flexibiliteit in verschillende omgevingen:

MIMO maakt het geschikt voor verschillende omgevingen, inclusief binnen- en buitenscenario’s. Meerdere antennes bieden de flexibiliteit om zich aan te passen aan veranderende kanaalomstandigheden, waardoor MIMO een veelzijdige technologie is voor diverse communicatie-instellingen.

Conclusie:

Concluderend kan worden gezegd dat het gebruik van meerdere antennes in MIMO-systemen tal van voordelen met zich meebrengt, waaronder een verbeterde gegevensdoorvoer, verbeterde verbindingsbetrouwbaarheid, mitigatie van multipath-effecten, groter bereik en dekking, interferentie-onderdrukking en verhoogde capaciteit in dichte netwerken. Het vermogen van MIMO om de ruimtelijke dimensie te benutten draagt bij aan een robuuster en efficiënter draadloos communicatiesysteem, waardoor het een fundamentele technologie wordt in moderne draadloze netwerken.