MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)는 무선 통신 분야에서 다중 안테나를 사용하여 신호를 주고받는 기술입니다. MIMO 기술은 주로 Wi-Fi(WiFi) 및 이동통신 분야에서 사용되며 시스템 용량, 적용 범위 및 신호 대 잡음비를 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 일반적으로 M×N MIMO는 송신단에 M개의 안테나가 있고 수신단에 N개의 안테나가 있음을 의미합니다.
SISO에서 MIMO로
SISO(단일 입력 단일 출력)
MIMO를 소개하기 전에 SISO가 무엇인지 설명해야 합니다. SISO는 단일 송신 및 수신이며 단일 입력 및 단일 출력 시스템이며 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 경로는 고유하며 전송은 1개의 신호입니다. 무선 시스템에서는 각 신호를 공간 스트림으로 정의합니다.
송신 안테나와 수신 안테나 사이의 경로가 고유하기 때문에 이러한 전송 시스템은 신뢰할 수 없으며 전송 속도가 제한됩니다.
SIMO(단일 입력 다중 출력)
SISO의 신뢰성이 낮고 제한된 상황을 변경하기 위해 단말기에 안테나를 추가하여 수신측에서 동시에 두 개의 신호를 수신할 수 있습니다. 즉, 단일 송신 및 수신이 더 가능합니다. 이러한 전송 시스템은 단일 입력 다중 출력, 즉 SIMO입니다.
두 개의 신호가 있지만 두 개의 신호는 동일한 송신 안테나에서 전송되므로 전송된 데이터는 동일하며 전송은 여전히 하나의 신호입니다. 이런 방식으로, 단말기가 다른 신호로부터 완전한 데이터를 수신할 수 있는 한, 한 신호의 일부가 손실되더라도 문제가 되지 않습니다. 최대 용량은 여전히 하나의 경로이지만 안정성은 두 배가 됩니다. 이러한 접근 방식을 수신 다양성이라고 합니다.
MISO(다중 입력 단일 출력)
생각을 바꿔서 송신 안테나 수를 2개로 늘리고 수신 안테나 수를 1개로 유지하면 어떻게 될까요?
수신 안테나가 하나뿐이므로 두 경로는 결국 하나로 결합되어야 하며, 이로 인해 송신 안테나는 동일한 데이터만 보낼 수 있고 전송은 여전히 하나의 신호만 됩니다. 이는 실제로 SIMO와 동일한 효과를 얻을 수 있으며 전송 시스템을 다중 입력 단일 출력 또는 MISO라고 합니다. 이 방법을 방출 다양성이라고도 합니다.
MIMO(다중 입력 다중 출력)
트랜시버 안테나를 동시에 2개로 늘리면 2개의 신호를 독립적으로 보내 속도를 2배로 늘릴 수 있나요? 대답은 '예'입니다. 이전 SIMO 및 MISO 분석에서 전송 용량은 양쪽 안테나 수에 따라 달라지기 때문입니다. 그리고 이 다중 수신기 다중 전송 시스템이 MIMO입니다.
MIMO 기술을 사용하면 여러 안테나가 동시에 여러 신호를 보내고 받을 수 있으며 서로 다른 공간 방향으로 전송되거나 서로 다른 신호를 구별할 수 있습니다. 공간 분할 다중화 및 공간 다양성 기술을 통해 대역폭 소비를 늘리지 않고도 시스템 용량, 적용 범위 및 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있습니다.
MIMO의 유형은 무엇입니까?
MIMO는 원래 단일 사용자에게 데이터를 전송하는 데 사용되었던 여러 개의 안테나를 사용하여 신호를 보내고 받는 기술입니다. 그러나 다중 사용자 전송 기술이 발전하면서 MIMO를 기반으로 하는 다양한 다중 사용자 MIMO 기술이 등장하게 되었다. 차별화를 용이하게 하기 위해 Single-user MIMO를 SU-MIMO(single-user MIMO)라고 합니다. 다중 사용자 MIMO 기술에는 주로 다음과 같은 유형이 포함됩니다.
MU-MIMO(다중 사용자 MIMO):송신기가 여러 사용자에게 동시에 데이터를 전송할 수 있습니다. Wi-Fi 5 표준에서는 4명의 사용자에 대해 MU-MIMO를 지원하기 시작했고, Wi-Fi 6 표준에서는 사용자 수가 8명으로 늘어났습니다.
CO-MIMO(협동 MIMO):여러 개의 무선 장치가 가상 다중 안테나 시스템으로 구성되어 인접한 전송 장치와 여러 사용자 간의 동시 데이터 전송을 실현합니다.
대규모 MIMO:대규모 안테나 기술은 안테나 수를 크게 향상시킵니다. 기존 MIMO는 일반적으로 2~8개의 안테나를 사용하는 반면 Massive MIMO는 64/128/256개의 안테나에 도달할 수 있습니다. 시스템 용량과 전송 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 5G 이동통신의 핵심 기술이다.
광범위하게 말하면 다중 사용자 MIMO 기술은 MIMO 기술로 분류될 수 있지만, MIMO를 언급할 때는 일반적으로 전통적인 MIMO 개념, 즉 SU-MIMO를 지칭합니다.
MIMO는 Wi-Fi에서 어떻게 작동하나요?
Wi-Fi 분야에서는 Wi-Fi 4(802.11n) 표준부터 MIMO 기술이 도입되었습니다. MIMO는 주로 공간 다양성과 공간 분할 다중화라는 두 가지 핵심 기술을 사용합니다. 다이버시티 기술이든 다중화 기술이든 하나의 데이터를 다중 데이터로 바꾸는 기술로 시공간 코딩 기술로 분류할 수 있다.
공간의 다양성
공간 다이버시티 기술의 개념은 동일한 데이터 스트림의 서로 다른 버전을 만들고 이를 서로 다른 안테나에서 인코딩 및 변조한 다음 전송하는 것입니다. 이 데이터 스트림은 전송될 원본 데이터 스트림일 수도 있고 원본 데이터 스트림의 특정 수학적 변환 후에 형성된 새로운 데이터 스트림일 수도 있습니다. 수신기는 공간 등화기를 사용하여 수신 신호를 분리한 다음 복조 및 디코딩하고 동일한 데이터 스트림의 서로 다른 수신 신호를 결합하여 원래 신호를 복구합니다. 공간 다양성 기술을 통해 더욱 안정적인 데이터 전송이 가능해졌습니다.
공간 다양성은 데이터 전송의 신뢰성을 효과적으로 향상시키며 전송 거리가 길고 속도가 높지 않은 시나리오에 적용됩니다.
공간 분할 다중화
공간 분할 다중화 기술은 전송될 데이터를 여러 데이터 스트림으로 나누어 서로 다른 안테나로 인코딩 및 변조한 후 전송함으로써 시스템의 전송 속도를 향상시키는 것을 의미합니다. 안테나는 서로 독립적이며 안테나는 독립 채널과 동일하며 수신기는 공간 이퀄라이저를 사용하여 수신 신호를 분리한 다음 복조, 디코딩, 여러 데이터 스트림을 병합하여 원래 신호를 복원합니다.
공간 분할 다중화는 데이터 전송 속도를 효과적으로 향상시키며, 전송 거리가 짧고 속도가 요구되는 시나리오에 적합합니다.
M×N MIMO란 무엇입니까?
WLAN 제품 사양에는 일반적으로 MTNR이라고도 표기되는 M×N MIMO 표시기가 표시됩니다. 이 표시기의 의미는 무엇입니까? 실제로 MIMO 안테나 수를 나타내는 데 사용되며, M은 송신측 안테나 수, N은 수신측 안테나 수를 나타냅니다. 예를 들어, 4×3 MIMO는 4개의 안테나가 전송하고 3개의 안테나가 수신함을 의미합니다.
시중에서 판매되는 대부분의 가정용 무선 라우터는 여러 개의 안테나를 볼 수 있으며 하나의 안테나는 종종 수신 및 전송을 지원할 수 있으므로 안테나 수에 따라 간단히 판단할 수 있으며 안테나 수는 M과 N의 값입니다. 예를 들어, 4개의 안테나가 있는 무선 라우터는 4x4 MIMO로 간주될 수 있습니다. 물론 특정 제품 사양이 우선합니다. 안테나가 많을수록 성능이 높을수록 가격은 더 비쌉니다.
MIMO 시스템에서 수신 안테나 개수와 수신 안테나 개수가 같지 않으면 전송할 수 있는 공간 스트림 개수는 수신단과 송신단의 더 작은 안테나 개수보다 작거나 같습니다. 예를 들어, 4×4(4T4R) MIMO 시스템은 4개 이하의 공간 스트림을 전송할 수 있는 반면, 3×2(3T2R) MIMO 시스템은 2개 또는 1개의 공간 스트림을 전송할 수 있습니다.
실제 응용에서 ap는 4개에서 16개까지 더 많은 수의 안테나를 갖는 경향이 있지만, 휴대폰과 같은 단말은 일반적으로 1-2개의 안테나만 가지고 있습니다. 안테나 기술이 지속적으로 발전하고 있지만 단말기 제품의 크기에 따른 제약이 있다고 하더라도 1-2개의 안테나를 수용할 수 있다고 하더라도 AP의 안테나 개수에 비하면 훨씬 적다. 단말이 전송할 수 있는 스트림이 제한되어 있어 공간 스트림의 증가율을 제대로 누릴 수 없어 AP에서 안테나 자원을 낭비하게 된다. 다행히 다중 사용자 MIMO 기술이 등장해 이 문제를 해결했는데, MU-MIMO는 AP가 여러 단말과 동시에 신호를 전송할 수 있게 하고, 다중 단말의 총 안테나 개수는 MU-MIMO 개수와 같다. AP의 안테나를 사용하여 AP의 능력을 최대한 발휘할 수 있습니다.
