- Čo je MIMO?
Zdá sa, že v tejto ére vzájomnej prepojenosti sa mobilné telefóny ako okno na komunikáciu s vonkajším svetom stali súčasťou nášho tela.
Mobilný telefón však nemôže sám surfovať po internete, komunikačná sieť mobilných telefónov sa stala pre ľudí rovnako dôležitá ako voda a elektrina.Keď surfujete na internete, necítite dôležitosť týchto hrdinov zo zákulisia.Akonáhle odídete, máte pocit, že už nemôžete ďalej žiť.
Boli časy, internet v mobilných telefónoch bol spoplatnený prevádzkou, priemerný príjem človeka je niekoľko stoviek mincí, ale 1MHz potrebuje minúť mincu.Takže, keď uvidíte Wi-Fi, budete sa cítiť bezpečne.
Pozrime sa, ako vyzerá bezdrôtový smerovač.
8 antén, vyzerá to ako pavúky.
Môže signál prechádzať cez dve alebo viac stien?Alebo sa rýchlosť internetu zdvojnásobí?
Tieto efekty možno dosiahnuť pomocou smerovača a dosahuje sa to mnohými anténami, slávnou technológiou MIMO.
MIMO, čo je Multi-input Multi výstup.
Je ťažké si to predstaviť, však?Čo je to Multi-input Multi-output, ako môžu antény dosiahnuť všetky efekty?Keď surfujete na internete cez sieťový kábel, spojenie medzi počítačom a internetom je samozrejme fyzický kábel.Teraz si predstavme, keď používame antény na vysielanie signálov vzduchom pomocou elektromagnetických vĺn.Vzduch funguje ako drôt, ale je virtuálny, kanál na prenos signálov nazývaný bezdrôtový kanál.
Ako teda môžete zrýchliť internet?
Áno, máš pravdu!Dá sa to vyriešiť niekoľkými ďalšími anténami, niekoľkými virtuálnymi drôtmi dohromady na odosielanie a príjem dát.MIMO je navrhnutý pre bezdrôtový kanál.
Rovnako ako bezdrôtové smerovače, základňová stanica 4G a váš mobilný telefón robia to isté.
Vďaka technológii MIMO, ktorá je úzko integrovaná so 4G, môžeme zažiť vyššiu rýchlosť internetu.Zároveň sa výrazne znížili náklady mobilných operátorov;môžeme minúť menej, aby sme zažili rýchlejší a neobmedzený internet.Teraz sa konečne môžeme zbaviť závislosti na Wi-Fi a neustále surfovať na internete.
Teraz mi dovoľte predstaviť, čo je MIMO?
2.Klasifikácia MIMO
Po prvé, MIMO, ktoré sme už spomenuli, sa týka výrazného zvýšenia rýchlosti siete pri sťahovaní.Je to preto, že zatiaľ máme oveľa silnejší dopyt po sťahovaní.Premýšľajte o tom, môžete stiahnuť desiatky GHz videí, ale nahrať väčšinou len niekoľko MHz.
Keďže MIMO sa nazýva viacnásobný vstup a viacero výstupov, viaceré prenosové cesty sú vytvárané viacerými anténami.Samozrejme, nielen základňová stanica podporuje viacanténny prenos, ale aj mobilný telefón musí spĺňať viacnásobný anténny príjem.
Pozrime sa na nasledujúci jednoduchý nákres: (Anténa základňovej stanice je v skutočnosti obrovská a anténa mobilného telefónu je malá a skrytá. Ale aj keď majú rôzne schopnosti, sú na rovnakých komunikačných pozíciách.)
Podľa počtu antén základňovej stanice a mobilných telefónov ju možno rozdeliť do štyroch typov: SISO, SIMO, MISO a MIMO.
SISO: Jeden vstup a jeden výstup
SIMO: Jeden vstup a viac výstupov
MISO: Viacnásobný vstup a jeden výstup
MIMO: Viacnásobný výstup a Viacnásobný výstup
Začnime s SISO:
Najjednoduchšia forma môže byť definovaná v podmienkach MIMO ako SISO – Single Input Single Output.Tento vysielač pracuje s jednou anténou ako prijímač.Neexistuje žiadna rozmanitosť a nie je potrebné žiadne ďalšie spracovanie.
K dispozícii je jedna anténa pre základňovú stanicu a jedna pre mobilný telefón;navzájom sa nerušia – prenosová cesta medzi nimi je jediným spojením.
Niet pochýb o tom, že takýto systém je veľmi krehký, je to malá cesta.Akékoľvek neočakávané situácie budú priamo ohrozovať komunikáciu.
SIMO je lepšie, pretože je vylepšený príjem telefónu.
Ako vidíte, mobilný telefón nedokáže zmeniť bezdrôtové prostredie, a tak sa mení sám – mobil si k sebe pridá anténu.
Týmto spôsobom sa správa odoslaná zo základnej stanice môže dostať do mobilného telefónu dvoma spôsobmi!Ide len o to, že obe pochádzajú z rovnakej antény na základnej stanici a môžu posielať len rovnaké dáta.
Vo výsledku tak nevadí, ak na každej trase prídete o nejaké dáta.Pokiaľ môže telefón prijať kópiu z akejkoľvek cesty, aj keď maximálna kapacita zostáva rovnaká na každej trase, pravdepodobnosť úspešného prijatia údajov sa zdvojnásobí.Hovorí sa tomu aj príjem rozmanitosti.
čo je MISO?
Inými slovami, mobilný telefón má stále jednu anténu a počet antén v základnej stanici je zvýšený na dve.V tomto prípade sa z dvoch antén vysielača prenášajú rovnaké dáta.A anténa prijímača je potom schopná prijímať optimálny signál a presné dáta.
Výhodou použitia MISO je, že viaceré antény a dáta sa presúvajú z prijímača do vysielača.Základňová stanica môže stále posielať rovnaké dáta dvoma spôsobmi;nezáleží na tom, či stratíte nejaké údaje;komunikácia môže prebiehať normálne.
Aj keď maximálna kapacita zostáva rovnaká, úspešnosť komunikácie sa zdvojnásobila.Táto metóda sa tiež nazýva prenosová diverzita.
Nakoniec si povedzme niečo o MIMO.
Na každom konci rádiového spojenia je viac ako jedna anténa a toto sa nazýva MIMO – viacnásobný vstup a viacnásobný výstup.MIMO sa môže použiť na zlepšenie odolnosti kanála, ako aj priepustnosti kanála.Základná stanica aj mobilná strana môžu používať dve antény na nezávislé odosielanie a prijímanie, čo znamená, že rýchlosť sa zdvojnásobí?
Týmto spôsobom existujú štyri prenosové trasy medzi základňovou stanicou a mobilným telefónom, čo sa zdá byť oveľa komplikovanejšie.Ale pre istotu, pretože základňová stanica aj strana mobilného telefónu majú 2 antény, môžu odosielať a prijímať dve dáta súčasne.O koľko sa teda zvýši maximálna kapacita MIMO v porovnaní s jednou cestou?Z predchádzajúceho rozboru SIMO a MISO sa zdá, že maximálna kapacita závisí od počtu antén na oboch stranách.
MIMO systémy sú všeobecne A*B MIMO;A znamená počet antén základňovej stanice, B znamená počet antén mobilných telefónov.Myslite na 4*4 MIMO a 4*2 MIMO.Čo myslíte, ktorá kapacita je väčšia?
4*4 MIMO dokáže odosielať a prijímať 4 kanály súčasne a jeho maximálna kapacita môže dosiahnuť 4-násobok kapacity systému SISO.4*2 MIMO môže dosiahnuť iba 2-násobok systému SISO.
Toto použitie viacerých antén a rôznych prenosových ciest v multiplexnom priestore na paralelné odosielanie viacerých kópií rôznych údajov na zvýšenie kapacity sa nazýva multiplex s delením priestoru.
Takže, môže maximálna prenosová kapacita v systéme MIMO?Poďme na test.
Ako príklad stále berieme základňovú stanicu a mobilný telefón s 2 anténami.Aká by bola medzi nimi prenosová cesta?
Ako vidíte, tieto štyri cesty prechádzajú rovnakým vyblednutím a rušením a keď sa dáta dostanú do mobilného telefónu, už sa navzájom nedokážu rozlíšiť.Nie je to to isté ako jedna cesta?V súčasnosti nie je systém 2*2 MIMO rovnaký ako systém SISO?
Rovnakým spôsobom sa systém 2*2 MIMO môže zvrhnúť na systémy SIMO, MISO a ďalšie, čo znamená, že multiplex s rozdelením priestoru je zredukovaný na diverzitu prenosu alebo diverzitu príjmu, očakávanie základňovej stanice sa tiež zvrhlo z vysokej rýchlosti na zabezpečenie úspešnosti prijímania.
A ako sa študujú systémy MIMO pomocou matematických symbolov?
3.Tajomstvo MIMO kanála
Inžinieri radi používajú matematické symboly.
Inžinieri označili údaje z dvoch antén na základnej stanici ako X1 a X2, údaje z antén mobilných telefónov ako Y1 a Y2, štyri prenosové cesty boli označené ako H11, H12, H21, H22.
Týmto spôsobom je ľahké vypočítať Y1 a Y2.Ale niekedy môže kapacita 2*2 MIMO dosiahnuť dvojnásobok SISO, niekedy nie, niekedy sa dokonca stane rovnakou ako SISO.Ako si to vysvetľujete?
Tento problém možno vysvetliť koreláciou kanálov, ktorú sme práve spomenuli – čím vyššia je korelácia, tým ťažšie je rozlíšiť každú prenosovú cestu na mobilnej strane.Ak je kanál rovnaký, potom sa tieto dve rovnice stanú jednou, takže existuje len jeden spôsob prenosu.
Je zrejmé, že tajomstvo MIMO kanála spočíva v posúdení nezávislosti prenosovej cesty.To znamená, že tajomstvo spočíva v H11, H12, H21 a H22.Inžinieri zjednodušujú rovnicu takto:
Inžinieri sa pokúsili zjednodušiť H1, H12, H21 a H22 pomocou niektorých komplexných zmien rovnice a nakoniec sa previedli na vzorec.
Dva vstupy X'1 a X'2, vynásobte λ1 a λ2, môžete získať Y'1 a Y'2.Čo znamenajú hodnoty λ1 a λ2?
Je tu nová matica.Matica s údajmi len na jednej diagonále sa nazýva diagonálna matica.Počet nenulových údajov na diagonále sa nazýva hodnosť matice.V 2*2 MIMO sa vzťahuje na nenulové hodnoty λ1 a λ2.
Ak je poradie 1, znamená to, že systém 2*2 MIMO je vysoko korelovaný v prenosovom priestore, čo znamená, že MIMO degeneruje na SISO alebo SIMO a môže prijímať a vysielať všetky údaje iba v rovnakom čase.
Ak je poradie 2, potom má systém dva relatívne nezávislé priestorové kanály.Dokáže odosielať a prijímať dáta súčasne.
Ak je teda poradie 2, je kapacita týchto dvoch prenosových kanálov dvojnásobkom kapacity jedného?Odpoveď spočíva v pomere λ1 a λ2, ktorý sa tiež nazýva podmienené číslo.
Ak je podmienené číslo 1, znamená to, že λ1 a λ2 sú rovnaké;majú vysokú nezávislosť.Kapacita systému 2*2 MIMO môže dosiahnuť maximum.
Ak je podmienené číslo vyššie ako 1, znamená to, že λ1 a λ2 sú odlišné.Existujú však dva priestorové kanály a kvalita je iná, potom systém umiestni hlavné zdroje na kanál s lepšou kvalitou.Týmto spôsobom je kapacita systému 2*2 MIMO 1- alebo 2-násobok kapacity systému SISO.
Informácie sa však generujú počas vesmírneho prenosu po odoslaní údajov základňovou stanicou.Ako základňová stanica vie, kedy má poslať jeden alebo dva kanály?
Nezabudnite a medzi nimi nie sú žiadne tajomstvá.Mobilný telefón odošle základňovej stanici pre referenciu svoj nameraný stav kanála, úroveň prenosovej matice a návrhy na predkódovanie.
V tomto bode si myslím, že môžeme vidieť, že MIMO je taká vec.
Čas odoslania: 20. apríla 2021