Multiple input multiple output (MIMO) je antenski sistem, ki uporablja več anten na oddajnem in sprejemnem koncu za oblikovanje več kanalov med oddajnim in sprejemnim koncem, da se močno poveča zmogljivost kanala.
SOFTEL WIFI 6 usmerjevalnik ONU
Več vhodov in več izhodov je precej zapletena tehnika antenske raznolikosti. Učinki večpotja bodo vplivali na kakovost signala, zato morajo tradicionalni antenski sistemi uporabiti svoje možgane, kako odpraviti učinke več poti. Sistemi MIMO na drugi strani uporabljajo večpotne učinke za izboljšanje kakovosti komunikacije. V sistemu MIMO oddajna in sprejemna stran uporabljata več anten, ki lahko delujejo hkrati za komunikacijo. Sistemi MIMO običajno uporabljajo zapletene tehnike obdelave signalov za znatno izboljšanje zanesljivosti, dosega in prepustnosti. S temi tehnikami oddajnik pošlje več radiofrekvenčnih signalov hkrati, sprejemnik pa obnovi podatke iz teh signalov. Brezžični komunikacijski sistem MIMO je ena ključnih tehnologij prihodnjih mobilnih in brezžičnih komunikacijskih sistemov. Očitna značilnost sistema MIMO je, da ima izjemno visoko učinkovitost izkoriščanja spektra. Na podlagi popolne izrabe obstoječih virov spektra se vesoljski viri uporabljajo za povečanje zanesljivosti in učinkovitosti. Zapletenost končne obdelave.
ključni modul
1. Modeliranje kanala sistema MIMO
Delovanje sistema MIMO je v veliki meri odvisno od modela kanala. Čeprav že obstajajo standardizirani modeli brezžičnega širjenja in so bili številni modeli kanalov MIMO zagotovljeni na podlagi velikega števila dejanskih meritev in teoretičnega raziskovalnega dela, jih ITU še ni priznala. Priznan standardiziran model kanala MIMO (3GPP je oblikoval standarde modela kanala za MIMO). Zato je razumevanje in obvladovanje značilnosti brezžičnih kanalov MIMO v notranjih in zunanjih okoljih, vzpostavitev statičnih modelov in specifičnih dinamičnih modelov kanalov MIMO bistvenega pomena za izbiro ustreznih sistemskih struktur in oblikovanje odličnih algoritmov za obdelavo signalov za realizacijo potencialnih ogromnih kanalov sistemov MIMO. Zmogljivost, doseganje pričakovane učinkovitosti je ključnega pomena.
2. Zmogljivost sistema MIMO
V primerjavi s tradicionalnim sistemom z eno anteno je sistem MIMO močno izboljšan v smislu zmogljivosti in hitrosti prenosa podatkov. Najprej sta Telestar in Foschini izvedla poglobljeno analizo zmogljivosti kanala sistema MIMO. Analizirali so Gaussov šum. Raziskava zmogljivosti sistema MIMO pod naslednjimi pogoji kaže, da je ob predpostavki, da sta anteni neodvisni druga od druge, sistem z več antenami bistveno izboljšan v primerjavi s sistemom z eno anteno. V primeru poznavanja prenosnih karakteristik kanala Foschinijeva raziskava kaže, da: ko je M=N, se dobljena zmogljivost kanala poveča sorazmerno z N. Pri enaki moči prenosa in pasovni širini prenosa se zmogljivost kanala sistema je približno 40-krat večja kot pri sistemu z enim vhodom in izhodom (SISO).
3. Zasnova antenskega niza MIMO
Na splošno so antene baznih postaj postavljene visoko in sipanje v bližnjem polju okoli antenskega niza je relativno šibko. Zato je za pridobitev nekoreliranih signalov na različnih elementih niza pogosto treba vzdrževati vsaj 10-kratni razmik valovnih dolžin med elementi niza. Ko je število anten veliko, lahko pride do ovir pri postavitvi linijskih nizov baznih postaj. Za mobilne terminale zaradi obilice sipanja v bližnjem polju na splošno velja, da je razdalja med elementi antene večja od 1/2 valovne dolžine, da je korelacija signala dovolj šibka. Polarizirani antenski niz lahko uporablja medsebojno pravokotna polarizacijska stanja na istem prostorskem položaju, da spozna navidezno nepomembnost elementov niza, tako da se lahko velikost antenskega niza relativno zmanjša.
4. Obdelava signalov sistema MIMO
Komunikacijski sistem antenskega niza v okolju z zbledenjem se sooča s sokanalnimi motnjami in motnjami med simboli. Da bi se približali zmogljivosti sistema z več antenami, so potrebne dobre tehnike obdelave signalov. Visokozmogljive, nizko zapletene metode zaznavanja signalov ali skupne metode zaznavanja so bile vedno vroča tema za raziskovalce.
5. Problem kompleksnosti sistema MIMO
Ker je signal v sistemu MIMO razširjen na dvodimenzionalni prostor-čas, se bo v primerjavi s sistemom z eno anteno kompleksnost ocenjevanja kanala, izenačevanja kanala, dekodiranja in povezav zaznavanja povečala s številom anten ali povečanje vrstnega reda modulacije signala. Količina izračuna algoritma bo neposredno vplivala na zakasnitev obdelave, porabo energije naprave in čas pripravljenosti. Hkrati je v praktičnih aplikacijah ključni dejavnik, ki omejuje sisteme MIMO, visok strošek, ki ga prinaša več radiofrekvenčnih povezav. Da bi zmanjšali računsko kompleksnost "programske opreme", zagotovite enostavnejše in učinkovitejše metode obdelave signalov ter različne sheme prostorsko-časovnega kodiranja in dekodiranja za sisteme MIMO. Za zmanjšanje stroškov "strojne opreme" je izbira antene zelo kritična tehnologija, ki lahko močno zmanjša kompleksnost obdelave in stroške strojne opreme, hkrati pa ohranja prednosti tehnologije MIMO, in je raziskovalni fokus za spodbujanje praktične uporabe sistemov MIMO.
6. Raznolikost in multipleksiranje sistemov MIMO
Bistvo sistema MIMO je zagotoviti dobiček raznolikosti in dobiček multipleksiranja. Prvi zagotavlja zanesljivost prenosa sistema, drugi pa izboljša prenosno hitrost sistema. Večina zgodnje literature se je osredotočala na uporabo raznolikosti prenosa in prostorskega multipleksiranja samega ali v kombinaciji s kodiranjem. Študije so pokazale, da lahko sistemi z več antenami hkrati zagotavljajo raznolikost in prostorsko multipleksiranje, med obema pa obstaja kompromis. Vredno je raziskati, kako povečati sistemski dobiček z racionalno uporabo dveh načinov raznolikosti in multipleksiranja v sistemih MIMO.
7. (Večcelični) Večuporabniški sistem MIMO
Teoretično je bila domena zmogljivosti večuporabniškega sistema MIMO rešena, vendar še vedno ni dobro rešeno, kako doseči, da domena zmogljivosti izpolnjuje zahteve glede hitrosti prenosa različnih uporabnikov. Nadalje, v oddajnem kanalu, zaradi motenj med antenami in med uporabniki v sistemu MIMO, kako oblikovati prenosni vektor za odpravo sokanalnih motenj med uporabniki, kako narediti zmogljivost sistema in nadzor moči specifičen QoS vsakega uporabnika, ko je moč omejena Problem optimizacije in sorodnih tehnologij ob prisotnosti večceličnih večuporabniških sistemov je še vedno v središču raziskav.
Osnovna načela tehnologije MIMO
Tehnologija MIMO se nanaša na uporabo več oddajnih in sprejemnih anten na oddajnem oziroma sprejemnem koncu, tako da se signali prenašajo in sprejemajo prek več anten na oddajnem in sprejemnem koncu, s čimer se izboljša kakovost komunikacije. Lahko v celoti izkoristi vesoljske vire, realizira več prenosov in več sprejemov prek več anten in lahko podvoji zmogljivost kanalov sistema brez povečanja virov spektra in prenosne moči antene, kar kaže očitne prednosti, in velja za naslednjo generacijo mobilnega jedra. komunikacijska tehnologija. Bistvo tehnologije MIMO je zagotoviti pridobitev prostorske raznolikosti in pridobitev prostorskega multipleksiranja za sistem.
Oddajni konec preslika podatkovni signal, ki ga je treba poslati več antenam s prostorsko-časovnim preslikavanjem, sprejemni konec pa izvede prostorsko-časovno dekodiranje signalov, ki jih sprejme vsaka antena, da obnovi podatkovni signal, ki ga pošlje oddajni konec. Glede na različne metode preslikave prostora in časa lahko tehnologijo MIMO grobo razdelimo v dve kategoriji: prostorska raznolikost in prostorsko multipleksiranje. Prostorska raznolikost se nanaša na uporabo več oddajnih anten za pošiljanje signalov z istimi informacijami po različnih poteh in istočasno pridobivanje več neodvisno bledečih signalov istega podatkovnega simbola na sprejemniku, tako da se zagotovi zanesljivost sprejema, izboljšana z raznovrstnost. Na primer, v kanalu s počasnim Rayleighovim pojemanjem, z uporabo ene oddajne antene in n sprejemnih anten, oddani signal prehaja skozi n različnih poti. Če je bledenje med antenama neodvisno, se lahko največje ojačenje raznolikosti doseže kot n. Za tehnologijo raznovrstnega prenosa je prav tako treba uporabiti pridobitev več poti za izboljšanje zanesljivosti sistema. V sistemu z m oddajnimi antenami in n sprejemnimi antenami, če so ojačanja poti med pari anten neodvisna in enakomerno porazdeljeno Rayleighovo bledenje, je največje pridobitev raznovrstnosti mn. Trenutno tehnologije vesoljske raznolikosti, ki se običajno uporabljajo v sistemih MIMO, vključujejo predvsem prostorsko-časovno blokovno kodo (Space Time Block Code, STBC) in tehnologije oblikovanja snopa. STBC je pomembna kodirna oblika, ki temelji na raznovrstnosti prenosa, od katere je najosnovnejša shema Alamouti, zasnovana za dve anteni.
Najpomembnejši del metode STBC je narediti vektorje signala, ki se prenašajo na več antenah, pravokotne drug na drugega. Z uporabo tehnologije STBC je mogoče doseči učinek popolne raznolikosti, to pomeni, da je pri uporabi tehnologije STBC v sistemu z M oddajnimi antenami in N sprejemnimi antenami največji dobiček raznolikosti MN. Tehnologija oblikovanja snopa je pošiljanje istih podatkov prek različnih oddajnih anten za oblikovanje oblikovanih žarkov, usmerjenih na določene uporabnike, s čimer se učinkovito izboljša ojačenje antene. Da bi povečali moč signala žarka, usmerjenega na uporabnika, mora tehnologija oblikovanja žarka običajno izračunati fazo in moč podatkov, poslanih na vsaki oddajni anteni, kar imenujemo tudi vektor oblikovanja žarka. Običajne metode izračuna vektorja oblikovanja snopa vključujejo vektor največje lastne vrednosti, algoritem MUSIC itd. Največji dobiček raznovrstnosti oddajanja, ki ga je mogoče doseči z uporabo tehnologije za oblikovanje snopa za M oddajnih anten, je M. Tehnologija prostorskega multipleksiranja razdeli podatke, ki se prenašajo, na več podatkov tokov, nato pa jih oddajajo na različnih antenah, s čimer povečajo prenosno hitrost sistema. Običajno uporabljena metoda prostorskega multipleksiranja je navpična večplastna prostorsko-časovna koda, ki jo predlagajo Bell Laboratories, to je tehnologija V-BLAST.
