การแนะนำ

เทคโนโลยี MIMO กลายเป็นส่วนหนึ่งของวิวัฒนาการของการสื่อสารไร้สาย MIMO ได้ทิ้งร่องรอยไว้ในเครือข่ายไร้สาย เมื่อเทคโนโลยีพัฒนาขึ้น Massive MIMO จึงถูกนำมาใช้งาน ซึ่งถือเป็นการปฏิวัติเครือข่ายไร้สาย โดยเฉพาะเทคโนโลยี 5G ด้วยการเพิ่มจำนวนเสาอากาศ 5G ที่สถานีฐานอย่างมาก Massive MIMO จึงปรับปรุงความจุและประสิทธิภาพของสถาปัตยกรรม 5G ทำให้เป็นองค์ประกอบสำคัญสำหรับการเติบโตแบบก้าวกระโดดของปริมาณการรับส่งข้อมูลและการแพร่กระจายของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ

มาเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเทคโนโลยี MIMO กันดีกว่า

MIMO คืออะไร?

MIMO ย่อมาจาก Multiple Input, Multiple Output เป็นเทคโนโลยีเสาอากาศที่ใช้ในระบบสื่อสารไร้สาย เทคโนโลยี MIMO ใช้เสาอากาศ MIMO หลายเสา (เครื่องส่งและเครื่องรับ RF) เพื่อปรับอัตราการส่งข้อมูลให้เหมาะสม เทคโนโลยีนี้ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการส่งสัญญาณวิทยุโดยอนุญาตให้ข้อมูลเดินทางผ่านเส้นทางสัญญาณและเส้นทางเชิงพื้นที่หลายเส้นทางในเวลาเดียวกัน

เมื่อแพ็กเก็ตถูกส่งและรับผ่านเสาอากาศ MIMO หลายเสา แพ็กเก็ตดังกล่าวจะสร้างสัญญาณเดียวกันหลายเวอร์ชัน ทำให้มีโอกาสที่ข้อมูลจะไปถึงเสาอากาศรับโดยไม่ได้รับผลกระทบจากการซีดจางมากขึ้น ส่งผลให้มีอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่สูงขึ้นและอัตราข้อผิดพลาดที่ต่ำลง ส่งผลให้การเชื่อมต่อมีเสถียรภาพมากขึ้นและลดความแออัด

เทคโนโลยี MIMO มีความสำคัญในการเพิ่มขีดความสามารถของระบบต่างๆ เช่น ระบบ RF เครือข่าย Wi-Fi เสาอากาศ 4G LTE และเครือข่ายเสาอากาศ 5G ตัวอย่างเช่น Wi-Fi เป็นตัวอย่างของ WLAN ซึ่งใช้เทคโนโลยีวิทยุไร้สาย (เสาอากาศ Wi-Fi ระยะไกล) เพื่อเชื่อมต่อพีซี โทรศัพท์ และอุปกรณ์อื่นๆ ในพื้นที่จำกัด เทคโนโลยีดังกล่าวช่วยเพิ่มขีดความสามารถของระบบ WLAN (เครือข่ายพื้นที่ไร้สายแบบโลคัล) Wi-Fi ทำงานบนมาตรฐาน IEEE 802.11 และอาศัย AP (จุดเชื่อมต่อไร้สาย) เพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ที่ใช้ความถี่ 2.4 GHz, 5 GHz และ 6 GHz

ประเภทของ MIMO ในการสื่อสารไร้สาย

MIMO มีอยู่ 2 ประเภท

• MIMO แบบผู้ใช้รายเดียว (SU-MIMO)
• MIMO แบบหลายผู้ใช้ (MU-MIMO)

Single-User MIMO (SU-MIMO) คืออะไร?

• ในการกำหนดค่า MIMO แบบผู้ใช้รายเดียว จุดเชื่อมต่อ (AP) จะส่งข้อมูลไปยังไคลเอนต์ทีละราย โดยไคลเอนต์แต่ละตัวจะได้รับบริการตามลำดับ ซึ่งหมายความว่าไคลเอนต์ที่ช้ากว่าสามารถทำให้ปริมาณงานดาวน์ลิงก์โดยรวมของไคลเอนต์อื่นบนเครือข่ายช้าลงได้ SU-MIMO มุ่งเน้นไปที่การเสริมความแข็งแกร่งให้กับการเชื่อมต่อระหว่าง AP และอุปกรณ์เดียว เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานโดยไม่ต้องพิจารณาอุปกรณ์หลายเครื่องพร้อมกัน

Multi-User MIMO (MU-MIMO) คืออะไร?

• MU-MIMO ช่วยให้จุดเชื่อมต่อสามารถส่งแพ็กเก็ตข้อมูลหลายชุดไปยังไคลเอนต์หลายรายบนความถี่เดียวกันในเวลาเดียวกัน ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเวลาเชื่อมต่อได้อย่างมากไม่ว่าจะใช้ 802.11 เวอร์ชันใด MU-MIMO ทำงานโดยแบ่งทรัพยากรเครือข่ายตามพื้นที่และส่งพร้อมกันผ่านเสาอากาศ 5G หลายเสา วิธีนี้ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการส่งข้อมูลของเครือข่ายได้อย่างมากโดยไม่ต้องใช้ทรัพยากรสเปกตรัมเพิ่มเติม
• MU-MIMO ทำงานร่วมกับเทคโนโลยีการสร้างลำแสง โดยที่ MU-MIMO AP จะวัดลักษณะของช่องสัญญาณจากเสาอากาศแต่ละต้นไปยังแต่ละเทอร์มินัล และคำนวณการเข้ารหัสล่วงหน้ากับข้อมูลที่ส่ง วิธีนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าแต่ละเทอร์มินัลจะได้รับเฉพาะข้อมูลที่ต้องการส่งเท่านั้น ซึ่งคล้ายกับการสร้างลำแสงทิศทางไปยังแต่ละเทอร์มินัล
• MU-MIMO สามารถแบ่งประเภทได้เป็น MU-MIMO แบบดาวน์ลิงก์ (DL MU-MIMO) และ MU-MIMO แบบอัปลิงก์ (UL MU-MIMO) โดยพิจารณาจากทิศทางการส่งข้อมูล โดย DL MU-MIMO ช่วยให้ AP สามารถส่งข้อมูลไปยังเทอร์มินัลหลายเครื่องได้ในเวลาเดียวกัน ขณะที่ UL MU-MIMO ช่วยให้ AP สามารถรับข้อมูลจากเทอร์มินัลหลายเครื่องได้ในเวลาเดียวกัน
• ใช้ประโยชน์จากแนวคิดของเสาอากาศหลายเสาทั้งบนจุดเชื่อมต่อ (เราเตอร์) และอุปกรณ์ที่ส่งและรับข้อมูลพร้อมกัน DL MU-MIMO และ UL MU-MIMO ใช้ในเครือข่าย Wi-Fi ที่มีอุปกรณ์หลายเครื่อง DL MU-MIMO เปิดตัวใน Wi-Fi 5 (802.11ac Wave 2) ในขณะที่ UL MU-MIMO เปิดตัวใน Wi-Fi 6 (802.11ax) โดยช่วยปรับปรุงประสบการณ์ของผู้ใช้โดยลดเวลาแฝงในการส่งข้อมูล เพิ่มความเร็วในการอัปโหลดและดาวน์โหลด

Massive MIMO คืออะไร?

Massive MIMO (Multiple Input Multiple Output) คือเทคโนโลยี MIMO ที่ซับซ้อนซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยี 5G New Radio (NR) และ 5G Reduced Capability (RedCap) แนวทางนี้เกี่ยวข้องกับการติดตั้งเสาอากาศเครือข่ายจำนวนมากที่สถานีฐาน ซึ่งแตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับระบบ MIMO แบบดั้งเดิมซึ่งโดยทั่วไปจะมีเสาอากาศเพียงไม่กี่ตัว ระบบ Massive MIMO มีลักษณะเด่นคือการใช้เสาอากาศหลายร้อยหรือหลายพันตัว ซึ่งทำให้สามารถจัดการสถานการณ์การสื่อสารที่มีความหนาแน่นสูงที่ซับซ้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

หลักการสำคัญของ Massive MIMO อยู่ที่การใช้เสาอากาศอาร์เรย์ขนาดใหญ่เพื่อสร้างช่องสัญญาณหลายช่องระหว่างสถานีฐานและผู้ใช้ การตั้งค่านี้ทำให้ Massive MIMO สามารถจัดการการส่งและรับข้อมูลหลายสตรีมพร้อมกันได้ ด้วยเหตุนี้ Massive MIMO จึงเพิ่มประสิทธิภาพสเปกตรัม ความจุ และความน่าเชื่อถือของลิงก์การสื่อสารได้อย่างมาก ทำให้กลายเป็นรากฐานของเครือข่าย 5G สมัยใหม่ ด้วยการใช้ประโยชน์จากความสามารถของ Massive MIMO ผู้ให้บริการเครือข่ายจึงสามารถรับประกันการให้บริการที่มั่นคงและมีประสิทธิภาพแม้ในพื้นที่ที่มีผู้ใช้หนาแน่น จึงทำให้ใช้ประโยชน์จากประสิทธิภาพของเทคโนโลยี 5G ได้สูงสุด

เทคนิค MIMO ที่ใช้ในเครือข่ายมือถือ

ความหลากหลายเชิงพื้นที่

ความหลากหลายเชิงพื้นที่เป็นเทคนิคที่ใช้ในอุปกรณ์สื่อสารไร้สายเพื่อปรับปรุงคุณภาพและความน่าเชื่อถือของสัญญาณ โดยใช้เสาอากาศหลายต้นที่มีลักษณะคล้ายกันแต่แยกจากกันทางกายภาพ การแยกนี้ช่วยลดผลกระทบของการซีดจางของสัญญาณ ซึ่งอาจเกิดขึ้นเมื่อสัญญาณเดินทางผ่านเส้นทางหลายเส้นทางและมาถึงตัวรับ Wi-Fi ที่มีความเข้มและเฟสต่างกัน

เมื่อสัญญาณพบสิ่งกีดขวาง เช่น อาคาร ต้นไม้ หรือภูเขา สัญญาณอาจอ่อนลงหรืออาจสูญเสียสัญญาณไปเลยก็ได้ ความหลากหลายในเชิงพื้นที่ช่วยแก้ปัญหานี้ได้ด้วยการใช้เสาอากาศหลายต้นเพื่อรับสัญญาณ

เสาอากาศแต่ละอันจะรับสัญญาณเวอร์ชันที่แตกต่างกันเล็กน้อยเนื่องจากเส้นทางที่สัญญาณใช้แตกต่างกัน การรวมเวอร์ชันต่างๆ เหล่านี้เข้าด้วยกันจะช่วยปรับปรุงคุณภาพสัญญาณโดยรวมและลดผลกระทบของการซีดจางของสัญญาณ

พื้นที่หลายช่องทาง

การมัลติเพล็กซ์เชิงพื้นที่ใน 5G หรือที่เรียกว่าการมัลติเพล็กซ์แบ่งพื้นที่ (Space Division Multiplexing: SDM) เป็นเทคนิคที่ใช้ในระบบการสื่อสารต่างๆ รวมถึงการสื่อสารไร้สายและการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติก เพื่อเพิ่มความสามารถในการส่งข้อมูล โดยใช้ประโยชน์จากโดเมนเชิงพื้นที่ด้วยการส่งข้อมูลอิสระหลายสตรีมพร้อมกันผ่านเสาอากาศหลายเสา

การมัลติเพล็กซ์เชิงพื้นที่เป็นส่วนหนึ่งของการสื่อสาร Wi-Fi เป็นหลัก โดยเกี่ยวข้องกับการส่งสตรีมเชิงพื้นที่หลายสตรีมผ่านเสาอากาศ Wi-Fi หลายเสา ซึ่งจากนั้นจะถูกแยกที่ตัวรับ Wi-Fi โดยใช้การประมวลผลเชิงพื้นที่ ตัวรับ Wi-Fi จะถอดรหัสสตรีมที่ส่งแต่ละสตรีม ทำให้มีปริมาณข้อมูลผ่านแบนด์วิดท์ช่องสัญญาณที่มากขึ้น แม้ว่าการมัลติเพล็กซ์เชิงพื้นที่จะเพิ่มประสิทธิภาพสเปกตรัม แต่ก็ไม่ได้ทำให้มีความหลากหลายมากขึ้น

การนำ OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) มาใช้ในอุปกรณ์สื่อสารไร้สาย MIMO ส่งผลให้ประสิทธิภาพของสเปกตรัมเพิ่มขึ้น เนื่องจากเกนเสาอากาศแบบมัลติเพล็กซ์เชิงพื้นที่ที่ MIMO มอบให้จะใช้ร่วมกับการมอดูเลตแบบมัลติแคริเออร์ การผสมผสานนี้ยังช่วยเพิ่มเสถียรภาพของการเชื่อมต่อและมอบคุณภาพการบริการที่สูงอีกด้วย

การขึ้นรูปคาน

เทคนิคนี้จะโฟกัสสัญญาณในทิศทางที่เฉพาะเจาะจงเพื่อให้ได้ค่าเกนสูงสุดที่ตัวรับ การสร้างลำแสงสามารถทำได้ในรูปแบบแอนะล็อก (โดยใช้อาร์เรย์แบบเฟส) ดิจิทัล (ใช้การเข้ารหัสล่วงหน้ากับสตรีมข้อมูลที่มอดูเลตเพื่อสร้างรูปแบบลำแสง) หรือแบบไฮบริด (ผสมผสานแอนะล็อกและดิจิทัล การมัลติเพล็กซ์แบบพื้นที่/เวลา) วิธีการสร้างลำแสง 5G ที่แตกต่างกันต้องใช้การประมวลผลสัญญาณที่แตกต่างกันเพื่อเข้ารหัสล่วงหน้าและถอดรหัสสัญญาณ

พรีโค้ด

พรีโค้ดเป็นเทคนิคการประมวลผลสัญญาณในอุปกรณ์สื่อสารไร้สายเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและลดสัญญาณรบกวน โดยเกี่ยวข้องกับการเข้ารหัสสัญญาณที่ส่งออกก่อนที่จะส่ง โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสัญญาณที่รับได้ที่เครื่องรับ วิธีนี้ช่วยเสริมบีมฟอร์มมิ่ง พรีโค้ดมุ่งเน้นไปที่การประมวลผลสัญญาณที่เครื่องส่ง ในขณะที่บีมฟอร์มมิ่งเกิดขึ้นที่เครื่องรับและส่งสัญญาณไปยังเครื่องรับ วิธีนี้จะเพิ่มอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) ให้สูงสุด ลดการรบกวนให้เหลือน้อยที่สุด และปรับปรุงคุณภาพโดยรวมและความน่าเชื่อถือของการส่งข้อมูลในที่สุด

ข้อดีของ Massive MIMO ในเทคโนโลยี 5G

เพิ่มประสิทธิภาพสเปกตรัม

Massive MIMO ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของสเปกตรัมได้อย่างมาก ช่วยให้สามารถส่งบิตได้มากขึ้นในสเปกตรัมเท่าเดิม ซึ่งถือเป็นสิ่งสำคัญในการตอบสนองความต้องการอัตราข้อมูลสูงของเครือข่ายไร้สายสมัยใหม่

เพิ่มขีดความสามารถของเครือข่าย

การใช้เสาอากาศจำนวนมากช่วยให้ Massive MIMO สามารถรองรับผู้ใช้จำนวนมากได้ในเวลาเดียวกัน ช่วยเพิ่มความจุของเครือข่ายได้อย่างมาก ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างยิ่งในพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่นซึ่งผู้ใช้จำนวนมากแย่งชิงทรัพยากรเครือข่ายกัน

การใช้พลังงานอย่างเหมาะสม

แม้ว่าจะใช้เสาอากาศหลายเสา แต่ Massive MIMO ก็ยังประหยัดพลังงานได้มากกว่าระบบดั้งเดิม โดยระบบจะรวมพลังงานไว้ที่จุดที่ต้องการโดยตรง จึงลดการใช้พลังงานโดยรวมได้

ระยะขยาย

Massive MIMO ช่วยขยายการครอบคลุมของสถานีฐาน ให้บริการที่ดีกว่าแก่ผู้ใช้ที่ขอบเซลล์ และลดจุดสัญญาณที่ตายแล้วในเครือข่าย

การใช้งานเสาอากาศ MIMO

การสื่อสารเคลื่อนที่

เทคโนโลยีเสาอากาศ MIMO ช่วยปรับปรุงเครือข่ายการสื่อสารเคลื่อนที่ได้อย่างมีนัยสำคัญด้วยการเพิ่มความแรงของสัญญาณและลดการรบกวน ส่งผลให้คุณภาพการโทรและความเร็วในการส่งข้อมูลดีขึ้น

บรอดแบนด์ไร้สาย

เสาอากาศ MIMO เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการให้บริการบรอดแบนด์ไร้สายที่รวดเร็วและเสถียร โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเขตเมืองที่มีประชากรหนาแน่นซึ่งจำเป็นต้องมีปริมาณข้อมูลสูงและความน่าเชื่อถือของเครือข่าย

การสื่อสารผ่านดาวเทียม

ในการสื่อสารผ่านดาวเทียม เทคโนโลยี MIMO ช่วยให้มีอัตราข้อมูลที่สูงขึ้นและการเชื่อมต่อระหว่างดาวเทียมและสถานีภาคพื้นดินที่เชื่อถือได้มากขึ้น แม้ในสภาพอากาศที่ไม่เอื้ออำนวย

เครือข่ายไวไฟ

เทคโนโลยี MIMO ใช้ในเราเตอร์และอุปกรณ์ Wi-Fi เพื่อเพิ่มระยะและความเร็วของเครือข่ายไร้สายในบ้านและธุรกิจ ช่วยให้สตรีม เล่นเกม และท่องอินเทอร์เน็ตได้เร็วขึ้น

ระบบเรดาร์

เสาอากาศ MIMO ใช้ในระบบเรดาร์สำหรับการใช้งานยานยนต์และการบิน โดยช่วยเพิ่มความสามารถในการตรวจจับและติดตามวัตถุด้วยการใช้เสาอากาศหลายเสาในการส่งและรับสัญญาณ

อุปกรณ์ IoT

ในอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) เสาอากาศ MIMO ช่วยจัดการการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์จำนวนมาก ช่วยให้มั่นใจถึงการส่งและรับข้อมูลอย่างมีประสิทธิภาพผ่านเครือข่ายที่ซับซ้อน

หมายเหตุท้ายบท

MIMO โดยเฉพาะ Massive MIMO ในเทคโนโลยี 5G ถือเป็นเทคโนโลยีพื้นฐานสำหรับเครือข่าย 5G เนื่องจากสามารถตอบสนองความต้องการความเร็วสูง ความหน่วงต่ำ และการเชื่อมต่อจำนวนมากของ 5G ได้ ทำให้เครือข่ายสามารถจัดการข้อมูลและผู้ใช้ได้มากขึ้นอย่างทวีคูณในเวลาเดียวกัน ซึ่งถือเป็นสิ่งสำคัญในการรองรับเทคโนโลยีใหม่และแอปพลิเคชัน IoT เช่น ความเป็นจริงเสมือนและยานยนต์ไร้คนขับ นอกจากนี้ ความจุและการครอบคลุมที่เพิ่มขึ้นของ Massive MIMO ยังทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการมอบประสบการณ์มือถือคุณภาพสูงที่สม่ำเสมอให้กับผู้ใช้ ซึ่งเป็นเป้าหมายหลักของเครือข่าย 5G ด้วยการใช้ประโยชน์จากข้อดีของ Massive MIMO เครือข่าย 5G สามารถส่งมอบนวัตกรรมเทคโนโลยีและการเชื่อมต่อ IoT ครั้งต่อไปได้