Caractéristiques principales du MIMO
- Plusieurs antennes aux deux extrémités : l’émetteur et le récepteur exploitent ensemble plusieurs signaux radio.
- Plusieurs flux possibles : des données différentes peuvent circuler en parallèle sur les mêmes ressources radio.
- Des capacités à lire avec précaution : les mentions 2 × 2 et 4 × 4 ne garantissent ni deux ni quatre fois plus de débit.
- Un ou plusieurs appareils servis : le SU-MIMO concerne un utilisateur, le MU-MIMO plusieurs utilisateurs simultanément.
- Des usages en Wi-Fi et sur mobile : le MIMO contribue aux performances, selon les équipements et les conditions de réception.
Comment plusieurs antennes améliorent-elles une connexion ?
Le multiplexage spatial consiste à envoyer plusieurs flux de données en même temps sur les mêmes fréquences. Le récepteur utilise les différences entre les signaux captés par ses antennes pour séparer ces flux. Les trajets multiples des ondes, notamment après réflexion sur des obstacles, peuvent contribuer à cette séparation.
Les antennes peuvent aussi améliorer la robustesse de la réception : c’est la diversité. Si le signal est affaibli sur un trajet, un autre peut rester exploitable. Plusieurs antennes ne servent donc pas uniquement à multiplier les flux ; leur intérêt dépend de la façon dont le système les utilise.
Le beamforming, ou formation de faisceaux, ajuste les signaux pour favoriser certaines directions de transmission ou de réception. Il peut se combiner avec le multiplexage spatial : chaque flux peut bénéficier d’un faisceau adapté. Former un faisceau ne signifie toutefois pas transmettre plusieurs flux.
Que signifient MIMO 2 × 2 et 4 × 4 ?
Pour décrire une liaison radio, une configuration 2 × 2 correspond à deux antennes d’émission et deux antennes de réception ; une configuration 4 × 4 en compte quatre de chaque côté. Elle peut permettre respectivement jusqu’à deux ou quatre flux spatiaux, si les équipements et les conditions radio le permettent.
Sur la fiche technique d’un équipement Wi-Fi, ces chiffres décrivent généralement ses chaînes radio d’émission et de réception. Une notation comme 4 × 4:4 précise aussi, après les deux-points, le maximum de quatre flux spatiaux pris en charge. Compter les antennes visibles sur une box ne suffit pas : certaines sont internes ou affectées à d’autres bandes.
Exemple : une box capable de quatre flux ne peut pas en envoyer quatre simultanément à un ordinateur limité à deux. Leur liaison utilisera au maximum deux flux, et parfois un seul selon la réception. Les antennes supplémentaires de la box peuvent néanmoins servir au beamforming ou aux échanges avec plusieurs appareils compatibles.
Quelle différence entre SU-MIMO et MU-MIMO ?
Le SU-MIMO (Single-User MIMO) destine les flux d’une transmission à un seul utilisateur. Un routeur peut ainsi envoyer plusieurs flux à un ordinateur compatible. Cela ne limite pas le réseau à un seul appareil connecté : les autres peuvent être servis à d’autres moments.
Le MU-MIMO (Multi-User MIMO) répartit les flux entre plusieurs utilisateurs sur les mêmes ressources de temps et de fréquence. Par exemple, un point d’accès compatible peut envoyer des données à deux appareils pendant une même transmission, si leur compatibilité et les conditions radio le permettent.
Le gain porte notamment sur la capacité collective du réseau. Il dépend du trafic à transmettre et de la possibilité de séparer les signaux des utilisateurs ; le MU-MIMO n’est pas nécessairement employé pour chaque échange.
Qu’apporte le Massive MIMO ?
Le Massive MIMO utilise un grand nombre d’éléments d’antenne pilotables, notamment dans les stations de base mobiles. Associés à des traitements radio, ils permettent de former des faisceaux et de transmettre plusieurs flux vers un ou plusieurs utilisateurs.
Cette appellation décrit l’ampleur du système d’antennes ; SU-MIMO et MU-MIMO décrivent la répartition des flux entre utilisateurs. Un système Massive MIMO peut donc employer ces deux modes. Le nombre d’éléments d’antenne ne correspond pas directement au nombre de flux ni au nombre de téléphones servis simultanément.
Les traitements reposent sur des mesures de la liaison radio. Les bénéfices dépendent notamment de la propagation, des interférences et de la charge du réseau. Un téléphone n’a pas besoin de posséder autant d’antennes que la station de base pour bénéficier de ses transmissions, mais ses propres capacités limitent les flux qu’il peut recevoir.
Où trouve-t-on le MIMO en Wi-Fi, en 4G et en 5G ?
En Wi-Fi, le MIMO est présent depuis le Wi-Fi 4 (802.11n). Le Wi-Fi 5 (802.11ac) ajoute le MU-MIMO descendant, du point d’accès vers les appareils. Le Wi-Fi 6 (802.11ax) prévoit aussi le MU-MIMO montant, des appareils vers le point d’accès. La norme, à elle seule, ne garantit pas que toutes ces fonctions soient disponibles sur chaque équipement.
Sur les réseaux mobiles, le LTE et ses évolutions utilisent le MIMO pour la liaison 4G. La 5G NR l’exploite également, avec notamment des systèmes Massive MIMO. Les capacités peuvent différer entre réception et émission et selon la configuration radio utilisée.
Quel gain de débit peut-on attendre ?
Le MIMO n’a pas de débit maximal unique. Ajouter des flux peut augmenter le débit radio, mais le résultat dépend aussi de la largeur du canal, du codage des données, du signal reçu et des possibilités de l’appareil. Une liaison 4 × 4 n’est donc pas automatiquement deux fois plus rapide qu’une liaison 2 × 2.
Le débit Internet reste également limité par l’accès de la box, les ressources disponibles sur le réseau mobile et le serveur distant. Notre test de débit permet d’observer la connexion dans son ensemble ; il ne permet pas, à lui seul, de connaître le nombre de flux MIMO actifs ni leur gain propre.