- Co je MIMO?
V této éře vzájemného propojení se zdá, že se mobilní telefony jako okno pro komunikaci s vnějším světem staly součástí našeho těla.
Mobilní telefon však sám o sobě nemůže surfovat po internetu, komunikační síť mobilních telefonů se pro lidské bytosti stala stejně důležitou jako voda a elektřina.Když brouzdáte po internetu, necítíte důležitost těchto hrdinů ze zákulisí.Jakmile odejdete, máte pocit, že už nemůžete žít.
Byly doby, internet v mobilních telefonech byl zpoplatněn provozem, průměrný příjem člověka je pár stovek mincí, ale 1MHz potřebuje minci utratit.Takže, když uvidíte Wi-Fi, budete se cítit bezpečně.
Podívejme se, jak vypadá bezdrátový router.
8 antén, vypadá to jako pavouci.
Může signál projít dvěma nebo více stěnami?Nebo se rychlost internetu zdvojnásobí?
Těchto efektů lze dosáhnout pomocí routeru a je toho dosaženo s mnoha anténami, slavnou technologií MIMO.
MIMO, což je Multi-input Multi výstup.
Je těžké si to představit, že?Co je to Multi-input Multi-output, jak mohou antény dosáhnout všech efektů?Když surfujete na internetu přes síťový kabel, spojení mezi počítačem a internetem je samozřejmě fyzický kabel.Nyní si představme, kdy pomocí antén vysíláme signály vzduchem pomocí elektromagnetických vln.Vzduch funguje jako drát, ale je virtuální, kanál pro přenos signálů nazývaný bezdrátový kanál.
Jak tedy můžete zrychlit internet?
Ano, máš pravdu!Dá se to vyřešit několika dalšími anténami, několika virtuálními dráty dohromady pro odesílání a příjem dat.MIMO je určen pro bezdrátový kanál.
Stejně jako bezdrátové routery, 4G základnová stanice a váš mobilní telefon dělají totéž.
Díky technologii MIMO, která je úzce integrována se 4G, můžeme zažít vyšší rychlost internetu.Současně se výrazně snížily náklady mobilních operátorů;můžeme utratit méně, abychom zažili rychlejší a neomezenou rychlost internetu.Nyní se konečně můžeme zbavit své závislosti na Wi-Fi a neustále surfovat na internetu.
Nyní mi dovolte představit, co je MIMO?
2.Klasifikace MIMO
Za prvé, MIMO, které jsme zmínili dříve, se týká výrazného zvýšení rychlosti sítě při stahování.Je to proto, že prozatím máme mnohem silnější poptávku po stahování.Přemýšlejte o tom, můžete stáhnout desítky GHz videí, ale nahrát většinou jen několik MHz.
Protože MIMO se nazývá více vstupů a více výstupů, vícenásobné přenosové cesty jsou vytvářeny více anténami.Základnová stanice samozřejmě nejen podporuje přenos více antén, ale také mobilní telefon musí splňovat vícenásobný anténní příjem.
Podívejme se na následující jednoduchý nákres: (Anténa základnové stanice je ve skutečnosti obrovská a anténa mobilního telefonu je malá a skrytá. Ale i když mají různé schopnosti, jsou na stejných komunikačních pozicích.)
Podle počtu antén základnové stanice a mobilních telefonů ji lze rozdělit do čtyř typů: SISO, SIMO, MISO a MIMO.
SISO: Jeden vstup a jeden výstup
SIMO: Jeden vstup a více výstupů
MISO: Vícenásobný vstup a jeden výstup
MIMO: Vícenásobný výstup a vícenásobný výstup
Začněme SISO:
Nejjednodušší forma může být definována v podmínkách MIMO jako SISO – Single Input Single Output.Tento vysílač pracuje s jednou anténou jako přijímač.Neexistuje žádná rozmanitost a není vyžadováno žádné další zpracování.
K dispozici je jedna anténa pro základní stanici a jedna pro mobilní telefon;vzájemně se neruší – přenosová cesta mezi nimi je jediným spojením.
Není pochyb o tom, že takový systém je velmi křehký, je to malá cesta.Jakékoli neočekávané situace budou přímo ohrožovat komunikaci.
SIMO je lepší, protože je lepší příjem telefonu.
Jak vidíte, mobilní telefon nemůže změnit bezdrátové prostředí, takže se mění sám – mobilní telefon k sobě přidává anténu.
Tímto způsobem se zpráva odeslaná ze základnové stanice může dostat do mobilního telefonu dvěma způsoby!Jde jen o to, že oba pocházejí ze stejné antény na základnové stanici a mohou odesílat pouze stejná data.
Ve výsledku tak nevadí, když na každé trase přijdete o nějaká data.Dokud telefon může přijímat kopii z libovolné cesty, i když maximální kapacita zůstává na každé trase stejná, pravděpodobnost úspěšného příjmu dat se zdvojnásobí.Tomu se také říká přijímat rozmanitost.
Co je MISO?
Jinými slovy, mobilní telefon má stále jednu anténu a počet antén v základnové stanici je zvýšen na dvě.V tomto případě jsou stejná data přenášena ze dvou antén vysílače.A anténa přijímače je pak schopna přijímat optimální signál a přesná data.
Výhodou použití MISO je, že více antén a data se přesouvají z přijímače do vysílače.Základnová stanice může stále odesílat stejná data dvěma způsoby;nezáleží na tom, zda ztratíte některá data;komunikace může probíhat normálně.
Přestože maximální kapacita zůstává stejná, úspěšnost komunikace se zdvojnásobila.Tato metoda se také nazývá přenosová diverzita.
Nakonec si povíme něco o MIMO.
Na obou koncích rádiového spojení je více než jedna anténa a toto se nazývá MIMO – vícenásobný vstup a vícenásobný výstup.MIMO lze použít k zajištění vylepšení jak robustnosti kanálu, tak propustnosti kanálu.Základnová stanice i mobilní strana mohou používat dvě antény k nezávislému vysílání a příjmu, což znamená, že rychlost je dvojnásobná?
Tímto způsobem existují čtyři přenosové cesty mezi základnovou stanicí a mobilním telefonem, což se zdá být mnohem složitější.Ale pro jistotu, protože základnová stanice i strana mobilního telefonu mají 2 antény, mohou odesílat a přijímat dvě data současně.O kolik tedy vzroste maximální kapacita MIMO v porovnání s jednou cestou?Z předchozího rozboru SIMO a MISO se zdá, že maximální kapacita závisí na počtu antén na obou stranách.
MIMO systémy jsou obecně jako A*B MIMO;A znamená počet antén základnové stanice, B znamená počet antén mobilních telefonů.Myslete na 4*4 MIMO a 4*2 MIMO.Co myslíte, která kapacita je větší?
4*4 MIMO může odesílat a přijímat 4 kanály současně a jeho maximální kapacita může dosáhnout čtyřnásobku kapacity systému SISO.4*2 MIMO může dosáhnout pouze dvojnásobku systému SISO.
Tomuto použití více antén a různých přenosových cest v multiplexním prostoru k paralelnímu odesílání více kopií různých dat ke zvýšení kapacity se říká prostorový multiplex.
Může tedy být maximální přenosová kapacita v systému MIMO?Pojďme k testu.
Jako příklad stále bereme základnovou stanici a mobilní telefon se 2 anténami.Jaká by byla přenosová cesta mezi nimi?
Jak vidíte, všechny čtyři cesty procházejí stejným blednutím a rušením, a když data dorazí do mobilního telefonu, už se navzájem nerozlišují.Není to totéž jako jedna cesta?Není v současné době systém 2*2 MIMO stejný jako systém SISO?
Stejným způsobem se systém 2*2 MIMO může zvrhnout na systémy SIMO, MISO a další, což znamená, že multiplex s dělením prostoru je redukován na diverzitu vysílání nebo diverzitu příjmu, očekávání základnové stanice se také zvrhlo z vysoké rychlosti na zajištění úspěšnosti příjmu.
A jak jsou systémy MIMO studovány pomocí matematických symbolů?
3.Tajemství MIMO kanálu
Inženýři rádi používají matematické symboly.
Inženýři označili data ze dvou antén na základnové stanici jako X1 a X2, data z antén mobilních telefonů jako Y1 a Y2, čtyři přenosové cesty byly označeny jako H11, H12, H21, H22.
Tímto způsobem je snadné vypočítat Y1 a Y2.Ale někdy může kapacita 2*2 MIMO dosáhnout dvojnásobku SISO, někdy ne, někdy se dokonce stát stejnou jako SISO.jak to vysvětlíš?
Tento problém lze vysvětlit korelací kanálu, kterou jsme právě zmínili – čím vyšší je korelace, tím obtížnější je rozlišit každou přenosovou cestu na mobilní straně.Pokud je kanál stejný, pak se tyto dvě rovnice stanou jednou, takže existuje pouze jeden způsob, jak to přenést.
Je zřejmé, že tajemství MIMO kanálu spočívá v posouzení nezávislosti přenosové cesty.To znamená, že tajemství spočívá v H11, H12, H21 a H22.Inženýři zjednodušují rovnici takto:
Inženýři se pokusili zjednodušit H1, H12, H21 a H22 pomocí některých komplexních změn rovnice a nakonec převedení na vzorec.
Dva vstupy X'1 a X'2, vynásobte λ1 a λ2, dostanete Y'1 a Y'2.Co znamenají hodnoty λ1 a λ2?
Existuje nová matrice.Matice s daty pouze na jedné diagonále se nazývá diagonální matice.Počet nenulových údajů na diagonále se nazývá hodnost matice.V 2*2 MIMO se vztahuje k nenulovým hodnotám λ1 a λ2.
Pokud je hodnocení 1, znamená to, že systém 2*2 MIMO je vysoce korelovaný v přenosovém prostoru, což znamená, že MIMO degeneruje na SISO nebo SIMO a může přijímat a vysílat všechna data pouze ve stejnou dobu.
Pokud je pořadí 2, pak má systém dva relativně nezávislé prostorové kanály.Dokáže odesílat a přijímat data současně.
Pokud je tedy pořadí 2, je kapacita těchto dvou přenosových kanálů dvojnásobná oproti jednomu?Odpověď spočívá v poměru λ1 a λ2, který se také nazývá podmíněné číslo.
Pokud je podmíněné číslo 1, znamená to, že λ1 a λ2 jsou stejné;mají vysokou nezávislost.Kapacita systému 2*2 MIMO může dosáhnout maxima.
Pokud je podmíněné číslo vyšší než 1, znamená to, že λ1 a λ2 jsou různé.Existují však dva prostorové kanály a kvalita je odlišná, pak systém umístí hlavní zdroje na kanál s lepší kvalitou.Tímto způsobem je kapacita systému 2*2 MIMO 1 nebo 2krát větší než kapacita systému SISO.
Informace se však generují během vesmírného přenosu poté, co základnová stanice odešle data.Jak základna ví, kdy má poslat jeden nebo dva kanály?
Nezapomeňte a mezi nimi nejsou žádná tajemství.Mobilní telefon odešle základnové stanici pro referenci svůj naměřený stav kanálu, úroveň přenosové matice a návrhy pro předkódování.
V tuto chvíli si myslím, že můžeme vidět, že MIMO je taková věc.
Čas odeslání: 20. dubna 2021