Kaj je MIMO?

1.   Kaj je MIMO?

V tej dobi medsebojne povezanosti se zdi, da so mobilni telefoni kot okno za komunikacijo z zunanjim svetom postali del našega telesa.

Toda mobilni telefon ne more sam brskati po internetu, mobilno komunikacijsko omrežje je za človeka postalo enako pomembno kot voda in elektrika.Ko brskate po internetu, ne čutite pomena teh junakov iz zakulisja.Ko odideš, se ti zdi, da ne moreš več živeti.

Bili so časi, internet mobilnih telefonov se je zaračunaval s prometom, povprečni osebni dohodek je nekaj sto kovancev, vendar je treba za 1MHz porabiti kovanec.Torej, ko boste videli Wi-Fi, se boste počutili varne.

Poglejmo, kako izgleda brezžični usmerjevalnik.

8 anten, izgleda kot pajki.

Ali gre signal skozi dve ali več sten?Ali pa se bo hitrost interneta podvojila?

Te učinke lahko doseže usmerjevalnik, doseže pa se s številnimi antenami, znamenito tehnologijo MIMO.

MIMO, ki je Multi-input Multi-out.

Težko si je to predstavljati, kajne?Kaj je Multi-input Multi-output, kako lahko antene dosežejo vse učinke?Ko brskate po internetu prek omrežnega kabla, je povezava med računalnikom in internetom seveda fizični kabel.Zdaj pa si predstavljajmo, da uporabljamo antene za pošiljanje signalov po zraku z uporabo elektromagnetnih valov.Zrak deluje kot žica, vendar je navidezen, kanal za prenos signalov, imenovan brezžični kanal.

Torej, kako lahko naredite internet hitrejši?

Ja, prav imaš!Lahko se reši z nekaj več antenami, nekaj več virtualnimi žicami skupaj za pošiljanje in prejemanje podatkov.MIMO je zasnovan za brezžični kanal.

Enako kot brezžični usmerjevalniki, bazna postaja 4G in vaš mobilni telefon počneta isto.

Zahvaljujoč tehnologiji MIMO, ki je tesno povezana s 4G, lahko izkusimo večjo hitrost interneta.Hkrati so se stroški operaterjev mobilne telefonije znatno znižali;lahko porabimo manj, da izkusimo hitrejši in neomejen internet.Zdaj se lahko končno znebimo odvisnosti od Wi-Fi in ves čas brskamo po internetu.

Zdaj pa naj predstavim, kaj je MIMO?

2.Klasifikacija MIMO

Prvič, MIMO, ki smo ga omenili prej, se nanaša na znatno povečanje omrežne hitrosti pri prenosu.To je zato, ker imamo za zdaj veliko večje povpraševanje po prenosih.Pomislite, morda prenesete na desetine GHz videoposnetkov, vendar naložite večinoma le nekaj MHz.

Ker se MIMO imenuje več vhodov in več izhodov, več anten ustvari več prenosnih poti.Seveda bazna postaja ne podpira samo prenosa z več antenami, ampak se mora tudi mobilni telefon soočiti s sprejemom z več antenami.

Poglejmo naslednjo preprosto risbo: (Pravzaprav je antena bazne postaje ogromna, antena mobilnega telefona pa majhna in skrita. Toda tudi z različnimi zmogljivostmi sta v enakih komunikacijskih položajih.)

Glede na število anten bazne postaje in mobilnih telefonov ga lahko razdelimo na štiri vrste: SISO, SIMO, MISO in MIMO.

SISO: En vhod in en izhod

SIMO: En vhod in več izhodov

MISO: Več vhodov in en izhod

MIMO: več izhodov in več izhodov

Začnimo s SISO:

Najenostavnejšo obliko lahko definiramo v smislu MIMO kot SISO – Single Input Single Output.Ta oddajnik deluje z eno anteno kot sprejemnikom.Ni raznolikosti in ni potrebna dodatna obdelava.

Obstaja ena antena za bazno postajo in ena za mobilni telefon;ne motita drug drugega - prenosna pot med njima je edina povezava.

Nobenega dvoma ni, da je tak sistem zelo krhek, je majhna cesta.Vse nepričakovane situacije bodo neposredno ogrozile komunikacije.

SIMO je boljši, ker je sprejem telefona izboljšan.

Kot lahko vidite, mobilni telefon ne more spremeniti brezžičnega okolja, zato se spremeni sam – mobilni telefon si doda anteno.

Na ta način lahko sporočilo, poslano z bazne postaje, doseže mobilni telefon na dva načina!Samo oba prihajata iz iste antene na bazni postaji in lahko pošiljata samo iste podatke.

Posledično ni pomembno, če na vsaki poti izgubite nekaj podatkov.Dokler lahko telefon prejme kopijo s katere koli poti, čeprav največja zmogljivost ostaja enaka na vsaki poti, se verjetnost uspešnega prejema podatkov podvoji.To se imenuje tudi sprejemanje raznolikosti.

Kaj je MISO?

Z drugimi besedami, mobilni telefon ima še vedno eno anteno, število anten v bazni postaji pa se poveča na dve.V tem primeru se isti podatki prenašajo z obeh oddajnih anten.In antena sprejemnika je potem sposobna sprejeti optimalen signal in natančne podatke.

Prednost uporabe MISO je, da se več anten in podatki premaknejo od sprejemnika do oddajnika.Osnovna postaja lahko še vedno pošilja iste podatke na dva načina;ni pomembno, če izgubite nekaj podatkov;komunikacija lahko poteka normalno.

Čeprav največja zmogljivost ostaja enaka, se je uspešnost komunikacije podvojila.Ta metoda se imenuje tudi raznovrstni prenos.

Na koncu se pogovorimo o MIMO.

Na obeh koncih radijske povezave je več kot ena antena, kar se imenuje MIMO – več vhodov in več izhodov.MIMO se lahko uporablja za zagotavljanje izboljšav tako v robustnosti kanala kot tudi v prepustnosti kanala.Osnovna postaja in mobilna stran lahko uporabljata dve anteni za neodvisno pošiljanje in sprejemanje, kar pomeni, da se hitrost podvoji?

Na ta način obstajajo štiri prenosne poti med bazno postajo in mobilnim telefonom, kar se zdi veliko bolj zapleteno.A če želite biti prepričani, ker imata bazna postaja in mobilni telefon 2 anteni, lahko pošilja in sprejema dva podatka hkrati.Koliko se torej poveča največja zmogljivost MIMO v primerjavi z eno potjo?Iz prejšnje analize SIMO in MISO se zdi, da je največja zmogljivost odvisna od števila anten na obeh straneh.

Sistemi MIMO so na splošno kot A*B MIMO;A pomeni število anten bazne postaje, B pa število anten mobilnih telefonov.Pomislite na 4*4 MIMO in 4*2 MIMO.Kaj mislite katera kapaciteta je večja?

4*4 MIMO lahko pošilja in sprejema 4 kanale hkrati, njegova največja zmogljivost pa lahko doseže 4-kratno zmogljivost sistema SISO.4*2 MIMO lahko doseže samo 2-krat sistem SISO.

To z uporabo več anten in različnih prenosnih poti v prostoru za multipleksiranje za pošiljanje več kopij različnih podatkov vzporedno za povečanje zmogljivosti se imenuje multipleks z razdeljenim prostorom.

Torej, ali lahko največjo prenosno zmogljivost v sistemu MIMO?Pridimo na test.

Za primer še vedno vzamemo bazno postajo in mobilni telefon z 2 antenama.Kakšna bi bila prenosna pot med njima?

Kot lahko vidite, gredo štiri poti skozi isto bledenje in motnje, in ko podatki dosežejo mobilni telefon, se ne morejo več razlikovati.Ali ni to isto kot ena pot?Ali trenutno sistem 2*2 MIMO ni enak sistemu SISO?

Na enak način se lahko sistem 2*2 MIMO degenerira v SIMO, MISO in druge sisteme, kar pomeni, da je multipleks s prostorsko razdelitvijo zmanjšan na raznovrstnost prenosa ali raznovrstnost sprejema, pričakovanje bazne postaje se je prav tako degeneriralo od zasledovanja visoke hitrosti do zagotavljanje stopnje uspešnosti sprejemanja.

In kako sisteme MIMO preučujemo z uporabo matematičnih simbolov?

3.Skrivnost kanala MIMO

Inženirji radi uporabljajo matematične simbole.

Inženirji so podatke z dveh anten na bazni postaji označili z X1 in X2, podatke z anten mobilnih telefonov z Y1 in Y2, štiri prenosne poti so označili s H11, H12, H21, H22.

Na ta način je enostavno izračunati Y1 in Y2.Toda včasih lahko zmogljivost 2*2 MIMO doseže dvojno SISO, včasih ne, včasih celo postane enaka SISO.Kako si to razlagaš?

To težavo je mogoče razložiti s korelacijo kanalov, ki smo jo pravkar omenili – višja kot je korelacija, težje je razlikovati vsako prenosno pot na mobilni strani.Če je kanal enak, potem enačbi postaneta ena, tako da obstaja samo en način za prenos.

Očitno je skrivnost kanala MIMO v presoji neodvisnosti prenosne poti.To pomeni, da je skrivnost v H11, H12, H21 in H22.Inženirji enačbo poenostavijo na naslednji način:

Inženirji so poskušali poenostaviti H1, H12, H21 in H22 z nekaj zapletenimi spremembami, enačbo in na koncu pretvoriti v formulo.

Dva vhoda X'1 in X'2, pomnožite λ1 in λ2, lahko dobite Y'1 in Y'2.Kaj pomenita vrednosti λ1 in λ2?

Obstaja nova matrica.Matriko s podatki le na eni diagonali imenujemo diagonalna matrika.Število neničelnih podatkov na diagonali se imenuje rang matrike.V 2*2 MIMO se nanaša na neničelni vrednosti λ1 in λ2.

Če je rang 1, to pomeni, da je sistem 2*2 MIMO visoko koreliran v prenosnem prostoru, kar pomeni, da se MIMO degenerira v SISO ali SIMO in lahko samo sprejema in prenaša vse podatke istočasno.

Če je rang 2, ima sistem dva relativno neodvisna prostorska kanala.Hkrati lahko pošilja in prejema podatke.

Torej, če je rang 2, ali je zmogljivost teh dveh prenosnih kanalov dvakrat večja od enega?Odgovor je v razmerju med λ1 in λ2, ki ga imenujemo tudi pogojno število.

Če je pogojno število 1, to pomeni, da sta λ1 in λ2 enaka;imajo visoko neodvisnost.Zmogljivost sistema 2*2 MIMO lahko doseže maksimum.

Če je pogojno število večje od 1, to pomeni, da sta λ1 in λ2 različna.Vendar pa obstajata dva prostorska kanala in kakovost je drugačna, potem bo sistem glavne vire postavil na kanal z boljšo kakovostjo.Na ta način je zmogljivost sistema 2*2 MIMO 1- ali 2-krat večja od zmogljivosti sistema SISO.

Vendar pa se informacije generirajo med vesoljskim prenosom, potem ko bazna postaja pošlje podatke.Kako bazna postaja ve, kdaj poslati en ali dva kanala?

Ne pozabite in med njima ni skrivnosti.Mobilni telefon bo bazni postaji za referenco poslal svoje izmerjeno stanje kanala, rang prenosne matrike in predloge za predkodiranje.

Na tej točki mislim, da lahko vidimo, da se MIMO izkaže za nekaj takega.