MIMO (télécommunications)
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Multiple-Input Multiple-Output ou MIMO (« entrées multiples, sorties multiples » en français) est une technique utilisée pour les réseaux sans fil et permettant des transferts de données à plus longue portée et à plus grande vitesse que la technique SISO (Single-Input Single-Output).
Alors qu'une liaison Wi-Fi standard utilise une seule antenne au niveau de l'émetteur et du récepteur, MIMO utilise plusieurs antennes, tant au niveau de l'émetteur (par exemple un routeur) que du récepteur (par exemple un PC portable).
Sommaire |
[modifier] Historique
Un brevet est déposé pour les communications sans-fil utilisant des antennes multiples en 1984 par M. Jack Winters du Bell Laboratories. M. Jack Salz publia un article sur le MIMO basé sur les travaux de M. Winters en 1985. Par la suite, de 86 à 95, plusieurs auteurs ont fait publications dans le domaine. En 1996, Greg Rayleigh et Gérard J. Foschini ont inventé des nouvelles approches accroissant l’efficacité du MIMO. Aussi, il a été démontré que la capacité du canal MIMO augmente avec le nombre d’antennes de façon proportionnelle.
[modifier] Variantes
Il existe plusieurs variantes de MIMO, qui diffèrent par la façon dont les données sont envoyées, et par le nombre d'antennes utilisées au niveau de l'émetteur (2 à 7) ou du récepteur (2 ou 3). Différents principes sont mis en œuvre ; par exemple, le système Beamforming d'Atheros utilise deux antennes à l'émission et à la réception. Les antennes d'émission sont alimentées par des signaux identiques mais déphasés, de façon à concentrer l'énergie émise dans la direction du récepteur.
Bien que les différentes variantes de la technique MIMO ne soient pas liées à une norme, les produits proposés dans le commerce sont compatibles avec la plupart des produits conformes aux normes WIFI 802.11b (débit instantané : 11 Mbps, portée : ~30 mètres, fréquence : 2,4 GHz) et 802.11a/802.11g (débit instantané : 54 Mbps, portée : quelques dizaines de mètres, fréquence : 5 GHz/2,4 GHz), et ils peuvent donc en théorie coexister avec les produits de la nouvelle norme WIFI utilisant le MIMO : 802.11n.
Remarque : les débits donnés sont des maxima théoriques, les cadences de transmission réelles sont inférieures, et dépendent aussi du système de chiffrement utilisé pour protéger les données. La portée dépend des obstacles situés entre l'émetteur et le récepteur.
[modifier] Principe
Les technologies MIMO utilisent des réseaux d'antennes à l'émission et/ou à la réception afin d'améliorer la qualité du rapport Signal à Bruit (Signal-to-noise ratio ou SNR en anglais) et / ou le débit de transmission. Cela permet ensuite de pouvoir diminuer le niveau d'émission des signaux radio afin de réduire la pollution électromagnétique environnante.
On peut considérer trois catégories de MIMO :
- la diversité spatiale MIMO : on transmet simultanément un même message sur différentes antennes à l'émission. Les signaux reçus sur chacune des antennes de réception sont ensuite remis en phase et sommés de façon cohérente.
Cela permet d'augmenter le SNR (grâce au gain de diversité) de la transmission. Pour que cette technique soit efficace, il faut que les sous-canaux MIMO soient décorrélés les uns des autres.
- le multiplexage spatial MIMO : chaque message est découpée en sous-messages. On transmet simultanément les sous-messages différents sur chacune des antennes d'émission. Les signaux reçus sur les antennes de réception sont ré-assemblés pour reformer le message entier d'origine. Comme pour la diversité MIMO, les sous-canaux de propagation doivent être décorrélés.
Le multiplexage MIMO permet d'augmenter les débits de transmission (grâce au gain de multiplexage).
Les techniques de diversité et de multiplexage MIMO peuvent être conjointement appliquées. Par exemple pour un système MIMO 5 x 5 (c'est-à-dire 5 antennes d'émission et 5 antennes de réception), on peut configurer un sous-système MIMO 2 x 3 pour faire du multiplexage et un sous-système MIMO 3 x 3 pour faire de la diversité MIMO.
- le MIMO - Beamforming : on utilise le réseau d'antenne MIMO pour orienter et contrôler le faisceau d'onde radio (amplitude et phase du faisceau). On peut ainsi créer des lobes constructifs / destructifs et optimiser une transmission entre l'émetteur et la cible. Les techniques de beamforming permettent à la fois d'étendre une couverture radio (d'une station de base ou d'un point d'accès par exemple) et de limiter les interférences entre utilisateurs et la pollution électromagnétique environnante (en ciblant le récepteur visé).
[modifier] Utilisations
MIMO est principalement utilisé dans les normes : Wifi (IEEE 802.11n), Wimax (IEEE 802.16e), HSPA+ et LTE.
La Freebox HD de l'opérateur ADSL Free utilise la technique MIMO pour transmettre la vidéo HD (remplacé par une liaison CPL en janvier 2008) entre ses deux boîtiers, ainsi que pour la liaison avec les ordinateurs.
