MIMO (multiple input multiple output)

Das MIMO-Verfahren (Multiple Input Multiple Output) basiert auf einem Mehrantennensystem und soll das Signal-Rausch-Verhältnis des Funksignals verbessern, da dieses in die Spektraleffizienz eingeht. Bei dem Mehrantennensystem MIMO, das eine Smart-Antenne ist, werden identische Funkfrequenzen gleichzeitig über ein intelligentes Antennenarray ausgesendet und von einem Mehrantennensystem empfangen.


Das MIMO-Konzept

Das Grundkonzept von MIMO ist Raummultiplex mit einer Vervielfachung der Funkstrecken durch Mehrwegeausbreitung. Die einzelnen Funksignale, die von einem räumlich verteilten Antennen-Array abgestrahlt werden, haben die gleichen Frequenzen und werden als Spatial Streams (SS) bezeichnet. Empfangsseitig treffen die gleichen Funkfrequenzen zu verschiedenen Zeiten ebenfalls auf ein intelligentes Antennenarray, da sie räumlich verteilt ausgestrahlt und darüber hinaus an Wänden oder anderen Objekten und Gegenständen reflektiert werden. Durch diese Streuung wird eine Funkwelle in mehrere schwächere Funkwellen aufgeteilt. Die Mehrwegeausbreitung bewirkt, dass am Empfangsort ein komplexes, raum- und zeitabhängiges Muster als Summensignal der einzelnen Sendesignale entsteht.

Sende- und empfangsseitiges Antennen-Array von MIMO

Sende- und empfangsseitiges Antennen-Array von MIMO

Dieses eindeutige Muster nutzt MIMO indem es die in ihrer räumlichen Position charakteristischen Signale erfasst, wobei sich jede Raumposition von der benachbarten unterscheidet. Zwischen den Sendern und Empfängern werden sogenannte Air Paths eingerichtet über die unterschiedliche Datenteile übertragen werden.

Vielzweck-Router, AVM Fritz!Box 
   WLAN 7270 mit drei Antennen

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Mit der Charakterisierung der einzelnen Sender ist es dem Empfänger möglich mehrere Signale voneinander zu trennen. Da bei WLANs meistens die Sender auch Empfänger sind, kann man mit ebenso vielen Empfängern wie Sendeantennen arbeiten.

Da in WLANs Sender und Empfänger nicht statisch sind, ebenso wie die Strahlungsbedingungen, müssen sich die Empfänger dynamisch an neue charakteristische Reflektionen anpassen. Dies geschieht bei MIMO mit einem speziellen Testsignal.

Kennwerte von MIMO und weiterentwickelte MIMO-Techniken

Je mehr Antennen die Sende- und Empfangsstationen haben, desto Signalpfade haben hat die MIMO-Übertragung und desto höher ist ihre Effizienz. Die Kapazität der funktechnischen Übertragung kann durch den Einsatz von mehreren Sendern erhöht werden: Doppelt so viele Sender bedeuten auch die doppelte Kapazität. MIMO kennzeichnet die Anzahl der Ausbreitungswege durch zwei Ziffern: 2x2, 4x4 oder auch 8x8. Die Zahlen geben die Anzahl an Sendeantennen der Basisstation und die Anzahl an Empfangsantennen des Endgerätes an.

Die mit MIMO erzielbare Spektraleffizienz liegt zwischen 20 bit/s/ Hz und 40 bit/s/Hz, wohingegen normale Funkübertragungen Werte von bis zu 5 bit/s/Hz erzielen.

MIMO wird beispielsweise in Kombination mit Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) in WLANs, WiMAX und in Long Term Evolution (LTE) eingesetzt. Beim klassischen Single-User MIMO (SU-MIMO) kann ein Access Point (AP) mehrere Spatial Streams (SS) an eine einzige Zieladresse übertragen, so wie in 802.11n. Anders ist es bei Multi-User MIMO (MU-MIMO), bei dem ein Acess Point gleichzeitig mehrere Frames mit unterschiedlichen Zieladressen an verschiedene WLAN-Clients übertragen kann. Daneben gibt es mit Massive MIMO eine MIMO-Technik, die mit hundert und mehr Antennen arbeitet und die Belange der Mobilfunktechnik der 5. Generation (5G) erfüllt.

In der weitergehenden Entwicklung werden die horizontale und vertikale Polarisationsebene ausgenutzt. Diese Technik nennt sich 3D-MIMO.

Informationen zum Artikel
Deutsch: MIMO-Verfahren
Englisch: multiple input multiple output - MIMO
Veröffentlicht: 08.05.2017
Wörter: 501
Tags: #Wireless LAN
Links: 3D-MIMO-Technik, 5. Generation, AP (access point), Antenne, Antennenarray