MIMO (Multiple Input Multiple Output)

Pada tahun 1998 Bell Laboratorium sukses mendemonstrasikan MIMO sistem dibawah kondisi laboratorium.  Dalam tahun berikutnya Gigabit dan Standford University mengembangkan sebuah skema transmisi dan bersama-sama mengadakan demonstarasi prototype bersama-sama

Mimo adalah sebuah teknologi antena untuk komunikasi wireless dengan  antena ganda yang digunakan untuk kedua sumber transmitter dan receiver . Masing masing sirkuit antena untuk komunikasi di kombinasikan untuk meminimalkan error dan mengoptimalkna kecepatan data. Mimo adalah salah satu dari beberapa tipe dari teknologi smart antena. yang lainnya adalah MISO, SIMO.
Variasi dari path  dapat terjadi karena hasil dari banyaknya objek yang muncul dari samping atau sejajar dari path langsung antara transmitter dan receiver. Sebelumnya multipath ini hanya tersaji untuk memperkenalkan interferensi.

Diatas adalah  contoh 2*2 MIMO yang mempunyai 2 antena untuk mentransmisikan sinyal (dari stasiun induk) dan 2 antena untuk menerima sinyal.  Ini juga biasa disebut downlink MIMO.  Bisa dilihat dari figure diatas, signal dapat membuat banyak sekali path(garis sebar) diantara transmitter dan receiver. Selain itu, dengan memutar antena sejajar dengan jarak yang kecil path juga akan berubah.

Dengan menggunakan MIMO tambahan path dapat digunakan manfaatnya. Dapat digunakan untuk memberikan ketahanan tambahan untuk link radio dengan meningkatkan sinyal untuk noise ratio, atau dengan meningkatkan link kapasitas data. 2 jenis utama dari MIMO adalah :

1. Spatial Multiplexing

Salah satu dari bentuk MIMO yang digunakan untuk menyediakan tambahan kapasitas data  dengan memanfaatkan jalan yang berbeda untuk membawa traffic tambahan  yaitu untuk ,menambah kemampuan data troughput

2. Spatial Diversity

Digunakan dalam arti sempit ini sering merujuk untuk mengirim dan menerima keberagaman. Ini merupakan dua metodologi yang digunakan untuk menyediakan peningkatan  dalam sinyal noise ratio dan mereka ditandai oleh meningkatnya keandalan dari sistem sehubungan dengan berbagai variasi dari bentuk fading.

Sebagai hasil dari penggunaan antena ganda, teknologi wireless MIMO mampu jauh meningkatnkan kapasitas dari channel yang diberikan namun teteap memenuhi hukum Shannon. Dengan menaikkan jumlah dari antena pemancar dan penerima sangat mungkin untuk menambhkan throughput dari channel dengan setiap pasang antena ditambahkan kedalam sistem. Ini membuat teknologi MIMO merupakan salah satu  tekologi wireless yg dikembangkan dalam tahun ini.  Dua keuntungan yang signifikan dari MIMO lebih SISO / MISO adalah berikut:

1. Dalam mimo, disini terdapat peningkatan yg signifikan daru kapasitas sistem dan efisiensi spektrum. Kapasitas link nirkabel meningkat secara linear dengan minimal jumlah pemancar atau penerima antena. Data rate dapat ditingkatkan dengan multiplexing spasial tanpa mengkonsumsi lebih banyak sumber daya frekuensi dan tanpa meningkatkan kekuatan total transmit.
2. Disini terdapat pengurangan dari efek fading karena menambahnya diversity. Ini sangat bermanfaat ketika channel yang berbeda menghilang secara pribadi.

Uplink Mimo

Skema uplink MIMO untuk LTE akan berbeda dari skema downlink MIMO  untuk memperhitungkan masalah kompleksitas terminal.

Untuk uplink, MU-MIMO dapat digunakan. Beberapa terminal penguna  mungkin mentransmit secara bersamaan  di blok resource yang sama. Hal ini juga disebut sebagai Spatial Domain Multiple Access (SDMA).

Skema ini hanya membutuhkan satu antena transmit di sisi User Equipment (Peralatan Pengguna/UE) , yang merupakan keuntungan besar. UE berbagi blok sumber daya yang sama harus menerapkan pola percontohan yang saling orthogonal. Untuk mengeksploitasi manfaat dari dua atau lebih mengirimkan antena tapi masih menjaga biaya UE rendah, antena pilihan bagian dapat digunakan. Pada awalnya, teknik ini akan digunakan, misalnya UE akan memiliki dua antena transmit tetapi hanya satu rantai mengirim dan amplifier. Sebuah switch maka akan memilih antena yang menyediakan saluran terbaik untuk mengirimkan dari peralatan manual untuk terminal basis

Prinsip kerja dari mimo :: sistem radio lama, tidak bisa melakukan apa2 untuk memerangi inferensi multipath, mengandalkan sinyal utama sebagai kekuatan utama  :

1. Sebaliknya MIMO mengambil keuntungan dari propagasi multipath (direct dan reflected sinyal).
2. MIMO menggunakan beberapa antena untuk mengirimkan beberapa sinyal paralel.
3. Di lingkungan perkotaan, sinyal akan terpental pohon, bangunan tinggi dan mencapai penerima melalui berbagai path
4. Receiver Menggunakan sebuah algoritma/DSP untuk menmlah sinyal yang ganda untuk diproduksi menjadi sinyal yang utuh untuk mendapatkan data asli yang dikirim.
5. MIMO meningkatkan jangkauan, throughput dan keandalan.

OFDM (Orthogonal Frequency Division Miltiplexing)

Dalam skenario nirkabel, OFDM telah dianjurkan oleh banyak standar Eropa, seperti, I (DAB) untuk Digital Video Broadcasting for Terrestrial Television (DVB-T), Digital Video Broadcasting untuk terminal Handheld (DVB-H), Wireless Local Area Networks Digital Audio Broadcasting (DAB) (WLAN) dan Wireless Broadband Access Networks. Selanjutnya, OFDM telah dijadikan sebagai standar oleh sejumlah kelompok standarisasi Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), seperti IEEE 802.11 dan IEEE 802.16.

Setiap subcarrier dapat memberikan informasi untuk pengguna yang berbeda beda, sehingga skema multiple access yang dikenal sebagai Orthogonal Frequency-Division Multiple Access (OFDMA). Hal ini memungkinkan media seperti video, grafis, pidato, teks atau data lain yang akan dikirimkan dalam hubungan radio yang sama, tergantung pada jenis tertentu dari layanan yang disediakan.

Selain itu, yang perlu diperhatikan dari OFDM adalah subcarrier yang dibawanya.
Subkarier banyak sekali jumlahnya, tergantung dari standarisasi yang digunakan

Misalkan 802.11 a, g dia membawa subkarier 64
Sedangkan menurut jochn schiller 802.11a membawa umlah subcarrier seumlah 48

Berikut ini merupakan gambaran dari sebuah subcarrier dalam teknologi OFDM

Kombinasi MIMO dan OFDM

Kombinasi MIMO-OFDM  sangat menguntungkan karena OFDM memungkinkan dukungan antena ganda dan bandwidth yang lebih besar karena menyederhanakan dan pemerataan secara maksimal dalam sistem MIMO. Dengan mengadopsi Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) dan Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM), sistem nirkabel dalam ruangan bisa mencapai kecepatan data hingga beberapa ratus Mbits / s dan mencapai efisiensi spektral beberapa puluh bit / Hz / s , yang tak bisa dilakukan oleh sistem single input-single output. Perangkat tambahan dari data rate dan efisiensi spektrum berasal dari fakta bahwa MIMO dan  OFDM memang teknologi transmisi paralel di ruang dan frekuensi domain, masing-masing. MIMO-OFDM ketika dihasilkan sinyal OFDM dihantarkan melalui sejumlah antena untuk mencapai keragaman/diversuty atau untuk mendapatkan tingkat transmisi yang lebih tinggi maka dikenal sebagai MIMO-OFDM.

Sumber :

http://tec.gov.in/pdf/Studypaper/study%20paper%20on%20MIMO_OFDM.pdf
spirent.com
Schiller Joechn, 2013. Mobile Communication. Britain. Limited Publication