MIMO: ¿Cómo pueden dos antenas tan juntas recibir diferentes señales?

Hay diferentes tipos de MIMO. Estos son precodificación, multiplexación espacial y codificación de diversidad.

Precoding

La idea detrás de MIMO es que a las frecuencias que se utilizan, la longitud de onda es lo suficientemente pequeña como para que incluso una distancia de 30 cm sea suficiente para recibir la señal en diferentes fases. Como dijo Brain, la longitud de onda es de aproximadamente 12,5 cm para 2,4 GHz. Esto significa que, independientemente de lo lejos que esté de las dos antenas, el retardo (o retardo de fase) entre las dos antenas siempre será fijo para cualquier ángulo dado.

Puede aprovechar esta diferencia de fase para crear una dirección de haz. La implementación matemática y real de esto es compleja, pero la idea general es relativamente simple. Si las dos señales están en fase, sabrá que la fuente de esa señal está a la misma distancia de cada antena, lo que significa que su fuente debe estar en algún lugar a lo largo de la línea de simetría.

Amedidaquelafuentecomienzaamoverse,laseñalllegaráprimeroaunauotraantenayelángulodelreceptorsepuededeterminarenfuncióndelacantidaddedemoraentrelasdos.Estolepermiteconfigurar"sectores" o haces en función de cuánta demora se aplica a la señal entrante.

Ahora, técnicamente, el dibujo que mostré es solo MISO (Multi in single out), pero la lógica es cierta cuando agrega otra antena para crear un MIMO completo. Además, en el lado de transmisión, puede hacer lo mismo de lo que hablé al recibir, pero en su lugar se aplica un retraso a una u otra antena para crear un haz en una dirección específica fuera del transmisor.

La precisión del ángulo de entrada y salida de cada par de antenas está determinada por el espaciado de la antena y la precisión de la electrónica para producir y detectar un cambio de fase específico.

También las cosas se vuelven más complejas a medida que comienza a explicar el hecho de que en algunos lugares puede parecer que la señal llega a las antenas al mismo tiempo, pero en realidad están separadas por un ciclo completo. También tiene que haber una configuración del sistema de control para saber a qué dirección debe dirigirse el rayo, especialmente cuando tiene un dispositivo en movimiento.

Pero para llegar a su pregunta directamente, no importa si su fuente tiene 2 antenas o no, se trata de la misma manera en el extremo receptor. Lo que importa es el ángulo desde el que se origina la fuente. Esencialmente, terminas con una fuente que dirige su haz en la dirección general del receptor y luego el receptor está dirigiendo su haz en la dirección general del transmisor.

La gran ventaja de usar MIMO es que no está creando mucho ruido adicional para los dispositivos vecinos y, por lo tanto, puede llevar más dispositivos a un área pequeña. Además, como la señal es más direccional, hay menos rebote, lo que da como resultado menos problemas con las rutas múltiples.

A 2,4 GHz, la longitud de onda es de unos 12,5 cm. Por lo tanto, las antenas de recepción se encuentran en diferentes fases de la señal de origen.

Considere un sistema MIMO con dos antenas en el transmisor y dos en el receptor y deje que los coeficientes del canal sean h11, h12, h21, h22. Suponga que el transmisor transmite x_1 y x_2 desde sus antenas 1 y 2 al mismo tiempo. El receptor recibe dos señales en las antenas y_1 = h11 * x_1 + h21 * x_2 y y_2 = h12 * x_1 + h_22 * x_2, asumiendo que el sistema está libre de ruido. Suponiendo que los coeficientes de canal se hayan obtenido en el receptor utilizando señales piloto anteriores, podemos extraer x_1 y x_2, transmitidas por el transmisor, si estas dos ecuaciones son independientes. Eso sería posible si los coeficientes del canal no están correlacionados. Las antenas deben estar separadas para conseguir esto. Entonces se dice que el sistema MIMO ha logrado multiplexación espacial. Una distancia probable podría ser al menos 10 * lambda, la longitud de onda.

Está asumiendo que TX está enviando señales similares desde sus antenas para que sean iguales en 30 metros. Esto no es cierto. TX no transmite 2 señales similares cada vez desde sus antenas. Por lo tanto, RX tampoco está recibiendo señales similares. Es la relación entre esas señales que MIMO está aprovechando.