Ano ang MIMO?

1.   Ano ang MIMO?

Sa panahong ito ng interconnectedness, ang mga mobile phone, bilang window para sa atin upang makipag-usap sa labas ng mundo, ay tila naging bahagi na ng ating mga katawan.

Ngunit ang mobile phone ay hindi makapag-surf sa internet nang mag-isa, ang mobile phone communication network ay naging parehong mahalaga sa tubig at kuryente para sa mga tao.Kapag nag-surf ka sa internet, hindi mo nararamdaman ang kahalagahan ng mga behind-the-scenes na bayaning ito.Kapag umalis ka, pakiramdam mo hindi ka na mabubuhay.

May isang panahon, ang internet ng mga mobile phone ay sinisingil ng trapiko, ang karaniwang kita ng tao ay ilang daang barya, ngunit ang 1MHz ay ​​kailangang gumastos ng isang barya.Kaya, kapag nakakita ka ng Wi-Fi, mararamdaman mong ligtas ka.

Tingnan natin kung ano ang hitsura ng isang wireless router.

8 antenna, parang gagamba.

Maaari bang dumaan ang signal sa dalawa o higit pang pader?O doble ang bilis ng internet?

Ang mga epektong ito ay maaaring makamit ng isang router, at ito ay nakakamit gamit ang maraming antenna, ang sikat na teknolohiya ng MIMO.

MIMO, na Multi-input Multi output.

Mahirap isipin iyon, tama ba?Ano ang Multi-input Multi-output, paano makakamit ng mga antenna ang lahat ng mga epekto?Kapag nag-surf ka sa internet sa pamamagitan ng isang network cable, ang koneksyon sa pagitan ng computer at internet ay isang pisikal na cable, malinaw naman.Ngayon isipin natin kapag gumagamit tayo ng mga antenna upang magpadala ng mga signal sa hangin gamit ang mga electromagnetic wave.Ang hangin ay kumikilos tulad ng isang wire ngunit ito ay virtual, isang channel para sa pagpapadala ng mga signal na tinatawag na isang wireless channel.

Kaya, paano mo mapapabilis ang internet?

Oo tama ka!Maaari itong malutas sa pamamagitan ng ilang higit pang mga antenna, ilang higit pang mga virtual wire na magkasama upang magpadala at tumanggap ng data.Idinisenyo ang MIMO para sa wireless channel.

Pareho sa mga wireless router, 4G base station at ang iyong mobile phone ay gumagawa ng parehong bagay.

Salamat sa MIMO Technology, na mahigpit na isinama sa 4G, mararanasan natin ang mas mabilis na bilis ng internet.Kasabay nito, ang gastos ng mga operator ng mobile phone ay makabuluhang nabawasan;maaari tayong gumastos ng mas kaunti upang makaranas ng mas mabilis at walang limitasyong bilis ng internet.Ngayon ay maaari na nating maalis ang ating pag-asa sa Wi-Fi at mag-surf sa internet sa lahat ng oras.

Ngayon, hayaan mo akong ipakilala kung ano ang MIMO?

2.Pag-uuri ng MIMO

Una sa lahat, ang MIMO na nabanggit namin kanina ay tumutukoy sa makabuluhang pagtaas sa bilis ng network sa pag-download.Iyon ay dahil, sa ngayon, mayroon kaming mas malakas na pangangailangan para sa mga pag-download.Pag-isipan ito, maaari kang mag-download ng dose-dosenang mga GHz na video ngunit halos ilang MHz lang ang i-upload.

Dahil ang MIMO ay tinatawag na maramihang pag-input at maramihang mga output, maramihang mga daanan ng paghahatid ay nilikha ng maraming antenna.Siyempre, hindi lamang sinusuportahan ng base station ang maramihang transmisyon ng antenna, ngunit kailangan ding matugunan ng mobile phone ang maramihang pagtanggap ng antenna.

Suriin natin ang sumusunod na simpleng pagguhit: (Sa katunayan, ang base station antenna ay napakalaki, at ang mobile phone antenna ay maliit at nakatago. Ngunit kahit na may iba't ibang mga kakayahan, sila ay nasa parehong mga posisyon sa komunikasyon.)

Ayon sa bilang ng mga antenna ng base station at mga mobile phone, maaari itong nahahati sa apat na uri: SISO, SIMO, MISO at MIMO.

SISO: Single Input at Single Output

SIMO: Isang Input at Maramihang Output

MISO: Maramihang Input at Single Output

MIMO: Maramihang Output at Maramihang Output

Magsimula tayo sa SISO:

Ang pinakasimpleng anyo ay maaaring tukuyin sa mga termino ng MIMO bilang SISO – Single Input Single Output.Ang transmitter na ito ay gumagana sa isang antenna bilang des the receiver.Walang pagkakaiba-iba, at walang kinakailangang karagdagang pagproseso.

May isang antenna para sa base station at isa para sa mobile phone;hindi sila nakikialam sa isa't isa—ang transmission path sa pagitan nila ang tanging koneksyon.

Walang duda na ang ganitong sistema ay napakarupok, ay isang maliit na kalsada.Anumang mga hindi inaasahang sitwasyon ay direktang magdulot ng banta sa mga komunikasyon.

Ang SIMO ay mas mahusay dahil ang pagtanggap ng telepono ay pinahusay.

Gaya ng nakikita mo, hindi mababago ng mobile phone ang wireless na kapaligiran, kaya binabago nito ang sarili nito – nagdaragdag ang mobile phone ng antenna sa sarili nito.

Sa ganitong paraan, ang mensaheng ipinadala mula sa base station ay makakarating sa mobile phone sa dalawang paraan!Kaya lang pareho silang nanggaling sa iisang antenna sa base station at pareho lang ng data ang maipapadala nila.

Bilang resulta, hindi mahalaga kung mawalan ka ng ilang data sa bawat ruta.Hangga't ang telepono ay makakatanggap ng kopya mula sa anumang landas, kahit na ang maximum na kapasidad ay nananatiling pareho sa bawat ruta, ang posibilidad na makatanggap ng data ay matagumpay na dumoble.Ito ay tinatawag ding receive diversity.

Ano ang MISO?

Sa madaling salita, ang mobile phone ay mayroon pa ring isang antenna, at ang bilang ng mga antenna sa base station ay nadagdagan sa dalawa.Sa kasong ito, ang parehong data ay ipinadala mula sa dalawang transmitter antenna.At ang receiver antenna ay makakatanggap ng pinakamainam na signal at eksaktong data.

Ang bentahe ng paggamit ng MISO ay ang maraming antenna at ang data ay inililipat mula sa receiver patungo sa transmitter.Ang base station ay maaari pa ring magpadala ng parehong data sa dalawang paraan;hindi mahalaga kung mawalan ka ng ilang data;ang komunikasyon ay maaaring magpatuloy nang normal.

Bagama't ang pinakamataas na kapasidad ay nananatiling pareho, ang antas ng tagumpay ng komunikasyon ay nadoble.Ang pamamaraang ito ay tinatawag ding transmit diversity.

Sa wakas, pag-usapan natin ang tungkol sa MIMO.

Mayroong higit sa isang antenna sa magkabilang dulo ng radio link, at ito ay tinatawag na MIMO –Multiple Input Multiple Output.Maaaring gamitin ang MIMO upang magbigay ng mga pagpapabuti sa parehong tibay ng channel pati na rin sa throughput ng channel.Ang base station at mobile na bahagi ay maaaring parehong gumamit ng dalawang antenna upang magpadala at tumanggap nang nakapag-iisa, at nangangahulugan ito na ang bilis ay nadoble?

Sa ganitong paraan, mayroong apat na ruta ng paghahatid sa pagitan ng base station at ng mobile phone, na tila mas kumplikado.Ngunit para makasigurado, dahil parehong may 2 antenna ang base station at mobile phone side, maaari itong magpadala at tumanggap ng dalawang data nang sabay-sabay.Kaya magkano ang pagtaas ng maximum na kapasidad ng MIMO kumpara sa isang landas?Mula sa nakaraang pagsusuri ng SIMO at MISO, tila ang pinakamataas na kapasidad ay nakasalalay sa bilang ng mga antenna sa magkabilang panig.

Ang mga sistema ng MIMO ay karaniwang bilang A*B MIMO;Ang ibig sabihin ng A ay ang bilang ng mga antenna ng base station, ang ibig sabihin ng B ay ang bilang ng mga antenna ng mobile phone.Isipin ang 4*4 MIMO at 4*2 MIMO.Ano sa palagay mo kung aling kapasidad ang mas malaki?

Ang 4*4 MIMO ay maaaring magpadala at tumanggap ng 4 na channel nang sabay-sabay, at ang maximum capacity nito ay maaaring umabot ng 4 na beses kaysa sa SISO system.Ang 4*2 MIMO ay maaari lamang umabot ng 2 beses sa sistema ng SISO.

Ito ay gumagamit ng maramihang antennae at iba't ibang mga daanan ng paghahatid sa multiplexing space upang magpadala ng maraming kopya ng iba't ibang data nang magkatulad upang madagdagan ang kapasidad ay tinatawag na space division multiplex.

Kaya, maaari ba ang maximum na kapasidad ng paghahatid sa MIMO system?Halika sa pagsubok.

Kinukuha pa rin namin ang base station at mobile phone na may 2 antenna bilang isang halimbawa.Ano kaya ang transmission path sa pagitan nila?

Tulad ng nakikita mo, ang apat na landas ay dumaan sa parehong pagkupas at pagkagambala, at kapag ang data ay umabot sa mobile phone, hindi na nila makikilala ang isa't isa.Hindi ba ito ay katulad ng isang landas?Sa ngayon, ang 2*2 MIMO system ay hindi katulad ng SISO system?

Sa parehong paraan, ang 2*2 MIMO system ay maaaring bumagsak sa SIMO, MISO, at iba pang mga system, na nangangahulugan na ang space division multiplex ay nabawasan sa transmission diversity o ang receive diversity, ang inaasahan ng base station ay bumagsak din mula sa paghabol sa mataas na bilis sa tinitiyak ang rate ng tagumpay sa pagtanggap.

At paano pinag-aaralan ang mga sistema ng MIMO gamit ang mga simbolo ng matematika?

3.Ang sikreto ng MIMO channel

Ang mga inhinyero ay gustong gumamit ng mga simbolo ng matematika.

Minarkahan ng mga inhinyero ang data mula sa dalawang antenna sa base station bilang X1 at X2, ang data mula sa mga mobile phone antenna bilang Y1 at Y2, ang apat na daanan ng paghahatid ay minarkahan bilang H11, H12, H21, H22.

Madaling kalkulahin ang Y1 at Y2 sa ganitong paraan.Ngunit minsan, ang kapasidad ng 2*2 MIMO ay maaaring umabot ng doble ng SISO, minsan hindi, minsan ay nagiging katulad ng SISO.Paano mo ito ipapaliwanag?

Ang problemang ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng channel correlation na kasasabi lang namin—mas mataas ang correlation, mas mahirap na makilala ang bawat transmission path sa mobile side.Kung ang channel ay pareho, ang dalawang equation ay magiging isa, kaya may isang paraan lamang upang maihatid ito.

Malinaw, ang lihim ng channel ng MIMO ay nakasalalay sa paghuhusga ng kalayaan ng landas ng paghahatid.Ibig sabihin, ang sikreto ay nasa H11, H12, H21, at H22.Pinasimple ng mga inhinyero ang equation tulad ng sumusunod:

Sinubukan ng mga inhinyero na gawing simple ang H1, H12, H21, at H22, sa pamamagitan ng ilang kumplikadong pagbabago, ang equation at kalaunan ay na-convert sa formula.

Dalawang input X'1 at X'2, i-multiply ang λ1at λ2, makakakuha ka ng Y'1 at Y'2.Ano ang ibig sabihin ng mga halaga ng λ1 at λ2?

May bagong matrix.Ang isang matrix na may data sa isang dayagonal lamang ay tinatawag na diagonal matrix.Ang bilang ng mga di-zero na data sa dayagonal ay tinatawag na ranggo ng matrix.Sa 2*2 MIMO, ito ay tumutukoy sa mga Non-zero na halaga ng λ1 at λ2.

Kung ang ranggo ay 1, nangangahulugan ito na ang 2*2 MIMO system ay lubos na nakakaugnay sa transmission space, na nangangahulugang ang MIMO ay bumababa sa SISO o SIMO at maaari lamang tumanggap at magpadala ng lahat ng data sa parehong oras.

Kung ang ranggo ay 2, kung gayon ang sistema ay may dalawang medyo independiyenteng spatial na channel.Maaari itong magpadala at tumanggap ng data sa parehong oras.

Kaya, kung ang ranggo ay 2, doble ba ang kapasidad ng dalawang transmission channel na ito kaysa sa isa?Ang sagot ay nasa ratio ng λ1 at λ2, na tinatawag ding conditional number.

Kung ang conditional number ay 1, nangangahulugan ito na ang λ1 at λ2 ay pareho;mataas ang kalayaan nila.Ang kapasidad ng 2*2 MIMO system ay maaaring maabot ang maximum.

Kung ang conditional number ay mas mataas sa 1, ibig sabihin ay magkaiba ang λ1 at λ2.Gayunpaman, mayroong dalawang spatial na channel, at ang kalidad ay naiiba, pagkatapos ay ilalagay ng system ang mga pangunahing mapagkukunan sa channel na may mas mahusay na kalidad.Sa ganitong paraan, ang 2*2 MIMO system capacity ay 1 o 2 beses ng SISO system.

Gayunpaman, ang impormasyon ay nabuo sa panahon ng paghahatid ng espasyo pagkatapos ipadala ng base station ang data.Paano malalaman ng base station kung kailan magpapadala ng isang channel o dalawang channel?

Huwag kalimutan, at walang mga lihim sa pagitan nila.Ipapadala ng mobile phone ang sinusukat nitong channel state, ang ranggo ng transmission matrix, at mga mungkahi para sa precoding sa base station para sanggunian.

Sa puntong ito, sa palagay ko ay makikita natin na ang MIMO ay naging isang bagay.