- Що таке MIMO?
У цю епоху взаємозв’язку мобільні телефони, як вікно для спілкування із зовнішнім світом, здається, стали частиною нашого тіла.
Але мобільний телефон не може самостійно переглядати Інтернет, мережа мобільного зв'язку стала такою ж важливою, як вода та електрика для людини.Коли ви блукаєте в Інтернеті, ви не відчуваєте важливості цих закулісних героїв.Як тільки ви йдете, ви відчуваєте, що не можете більше жити.
Був час, Інтернет на мобільних телефонах оплачувався трафіком, середній дохід людини становив кілька сотень монет, але 1 МГц потрібно витратити монету.Отже, коли ви бачите Wi-Fi, ви почуватиметеся в безпеці.
Давайте подивимося, як виглядає бездротовий маршрутизатор.
8 антен, схоже на павуків.
Чи може сигнал проходити крізь дві або більше стін?Або швидкість інтернету подвоїться?
Цих ефектів можна досягти за допомогою маршрутизатора, і це досягається за допомогою багатьох антен, відомої технології MIMO.
MIMO, що є Multi-input Multi-out.
Важко це уявити, правда?Що таке Multi-input Multi-output, як антени можуть досягти всіх ефектів?Коли ви переглядаєте Інтернет за допомогою мережевого кабелю, з’єднання між комп’ютером та Інтернетом здійснюється за допомогою фізичного кабелю.А тепер давайте уявимо, що ми використовуємо антени для передачі сигналів по повітрю за допомогою електромагнітних хвиль.Повітря діє як дріт, але є віртуальним, канал для передачі сигналів називається бездротовим каналом.
Отже, як зробити Інтернет швидшим?
Так, ви праві!Цю проблему можна вирішити за допомогою ще кількох антен, ще кількох віртуальних проводів для передачі та отримання даних.MIMO призначений для бездротового каналу.
Так само, як бездротові маршрутизатори, базова станція 4G і ваш мобільний телефон роблять те саме.
Завдяки технології MIMO, яка тісно інтегрована з 4G, ми можемо відчути високу швидкість Інтернету.Одночасно істотно знизилася вартість мобільних операторів;ми можемо витрачати менше, щоб користуватися швидшим і необмеженим Інтернетом.Тепер ми нарешті можемо позбутися нашої залежності від Wi-Fi і весь час переглядати Інтернет.
Тепер дозвольте мені представити, що таке MIMO?
2.Класифікація MIMO
Перш за все, MIMO, про який ми згадували раніше, стосується значного збільшення швидкості мережі під час завантаження.Це тому, що наразі ми маємо набагато більший попит на завантаження.Подумайте про це, ви можете завантажувати десятки відео з частотою ГГц, але завантажувати здебільшого лише кілька МГц.
Оскільки MIMO називається кількома входами та декількома виходами, кілька шляхів передачі створюються кількома антенами.Звичайно, не тільки базова станція підтримує передачу з кількома антенами, але й мобільний телефон також має працювати з прийомом з кількома антенами.
Давайте перевіримо наступний простий малюнок: (Насправді антена базової станції величезна, а антена мобільного телефону крихітна та прихована. Але навіть з різними можливостями вони знаходяться в однакових позиціях зв’язку.)
За кількістю антен базової станції та мобільних телефонів його можна розділити на чотири типи: SISO, SIMO, MISO та MIMO.
SISO: один вхід і один вихід
SIMO: один вхід і кілька виходів
MISO: кілька входів і один вихід
MIMO: множинний вихід і множинний вихід
Почнемо з SISO:
Найпростішу форму можна визначити в термінах MIMO як SISO – Single Input Single Output.Цей передавач працює з однією антеною як приймачем.Немає різноманітності та додаткової обробки.
Є одна антена для базової станції та одна для мобільного телефону;вони не заважають один одному — шлях передачі між ними є єдиним зв’язком.
Немає сумніву, що така система дуже тендітна, є малою дорогою.Будь-які несподівані ситуації безпосередньо створять загрозу комунікації.
SIMO краще, тому що прийом телефону посилений.
Як бачите, мобільний телефон не може змінити бездротове середовище, тому він змінюється сам – мобільний телефон додає собі антену.
Таким чином, повідомлення, надіслане з базової станції, може досягати мобільного телефону двома способами!Справа в тому, що вони обидва надходять від однієї антени на базовій станції і можуть надсилати лише однакові дані.
Як результат, не має значення, якщо ви втратите деякі дані на кожному маршруті.Поки телефон може отримати копію з будь-якого шляху, навіть якщо максимальна ємність залишається незмінною на кожному маршруті, ймовірність успішного отримання даних подвоюється.Це також називається різноманітністю прийому.
Що таке MISO?
Іншими словами, мобільний телефон все ще має одну антену, а кількість антен у базовій станції збільшено до двох.У цьому випадку однакові дані передаються з двох антен передавача.Тоді антена приймача здатна приймати оптимальний сигнал і точні дані.
Перевага використання MISO полягає в тому, що кілька антен і дані переміщуються від приймача до передавача.Базова станція може надсилати ті самі дані двома способами;не має значення, якщо ви втратите деякі дані;спілкування може відбуватися нормально.
Незважаючи на те, що максимальна ємність залишається незмінною, рівень успішності зв’язку подвоївся.Цей метод також називається рознесенням передачі.
Нарешті, давайте поговоримо про MIMO.
Існує більше ніж одна антена на обох кінцях радіолінії, і це називається MIMO – Multiple Input Multiple Output.MIMO можна використовувати для покращення як надійності каналу, так і пропускної здатності каналу.Базова станція та мобільна сторона можуть використовувати дві антени для незалежного надсилання та отримання, і це означає, що швидкість подвоюється?
Таким чином, існує чотири маршрути передачі між базовою станцією та мобільним телефоном, що здається набагато складнішим.Але для певності, оскільки базова станція та сторона мобільного телефону мають по 2 антени, вони можуть надсилати та отримувати два дані одночасно.Отже, наскільки збільшується максимальна ємність MIMO порівняно з одним шляхом?З попереднього аналізу SIMO та MISO здається, що максимальна пропускна здатність залежить від кількості антен з обох сторін.
Системи MIMO зазвичай виглядають як A*B MIMO;A означає кількість антен базової станції, B означає кількість антен мобільного телефону.Подумайте про 4*4 MIMO та 4*2 MIMO.Як ви думаєте, яка ємність більша?
4*4 MIMO може надсилати та отримувати 4 канали одночасно, а його максимальна пропускна здатність може досягати 4 разів більшої, ніж у системи SISO.4*2 MIMO може досягати лише 2-кратної системи SISO.
Це використання кількох антен і різних шляхів передачі в просторі мультиплексування для надсилання кількох копій різних даних паралельно для збільшення пропускної здатності називається мультиплексуванням із просторовим поділом.
Отже, чи може максимальна пропускна здатність передачі в системі MIMO?Давайте прийдемо на тест.
Ми все ще беремо базову станцію та мобільний телефон з 2 антенами як приклад.Яким буде шлях передачі між ними?
Як ви можете бачити, чотири шляхи проходять через однакові завмирання та перешкоди, і коли дані досягають мобільного телефону, вони більше не можуть розрізняти один одного.Хіба це не те саме, що один шлях?Наразі система 2*2 MIMO – це не те саме, що система SISO?
Таким же чином система 2*2 MIMO може виродитися в SIMO, MISO та інші системи, що означає, що мультиплексування з просторовим розподілом зводиться до рознесеності передачі або прийому, очікування базової станції також виродилися від прагнення до високої швидкості до забезпечення успішності отримання.
І як системи MIMO вивчаються за допомогою математичних символів?
3.Секрет каналу MIMO
Інженери люблять використовувати математичні символи.
Інженери позначили дані з двох антен на базовій станції як X1 і X2, дані з антен мобільного телефону як Y1 і Y2, чотири шляхи передачі були позначені як H11, H12, H21, H22.
Таким чином легко обчислити Y1 і Y2.Але іноді ємність 2*2 MIMO може досягати удвічі SISO, іноді не може, іноді навіть стає такою ж, як SISO.Як ти це пояснюєш?
Цю проблему можна пояснити кореляцією каналів, про яку ми щойно згадали: чим вища кореляція, тим важче розрізнити кожен шлях передачі на мобільній стороні.Якщо канал однаковий, то два рівняння стають одним, тому є лише один спосіб передати його.
Очевидно, що секрет каналу MIMO полягає в оцінці незалежності шляху передачі.Тобто секрет криється в H11, H12, H21 і H22.Інженери спрощують рівняння таким чином:
Інженери намагалися спростити H1, H12, H21 і H22 шляхом деяких комплексних змін, рівняння та зрештою перетворили його на формулу.
Два входи X'1 і X'2, помножте λ1 і λ2, ви можете отримати Y'1 і Y'2.Що означають значення λ1 і λ2?
Є нова матриця.Матриця з даними лише на одній діагоналі називається діагональною матрицею.Кількість ненульових даних на діагоналі називається рангом матриці.У 2*2 MIMO це відноситься до ненульових значень λ1 і λ2.
Якщо ранг дорівнює 1, це означає, що система 2*2 MIMO сильно корельована в просторі передачі, що означає, що MIMO вироджується до SISO або SIMO і може отримувати та передавати всі дані лише в один і той же час.
Якщо ранг 2, то система має два відносно незалежних просторових канали.Він може надсилати та отримувати дані одночасно.
Отже, якщо ранг дорівнює 2, чи пропускна здатність цих двох каналів передачі вдвічі перевищує пропускну здатність одного?Відповідь криється у співвідношенні λ1 і λ2, яке ще називають умовним числом.
Якщо умовне число дорівнює 1, це означає, що λ1 і λ2 однакові;вони мають високу незалежність.Ємність системи 2*2 MIMO може досягати максимуму.
Якщо умовне число більше 1, це означає, що λ1 і λ2 різні.Однак, є два просторових канали, і якість різна, тоді система розмістить основні ресурси на каналі з кращою якістю.Таким чином, ємність системи 2*2 MIMO в 1 або 2 рази перевищує ємність системи SISO.
Однак інформація генерується під час просторової передачі після того, як базова станція надсилає дані.Як базова станція дізнається, коли передавати один або два канали?
Не забувайте, і між ними немає секретів.Мобільний телефон надішле виміряний стан каналу, ранг матриці передачі та пропозиції щодо попереднього кодування на базову станцію для довідки.
На цьому етапі, я думаю, ми бачимо, що MIMO виявляється такою річчю.
Час публікації: 20 квітня 2021 р