Què és MIMO?

1.   Què és MIMO?

En aquesta era d'interconnexió, els telèfons mòbils, com a finestra per comunicar-nos amb el món exterior, sembla que s'han convertit en part del nostre cos.

Però el telèfon mòbil no pot navegar per Internet per si sol, la xarxa de comunicació de telèfon mòbil s'ha convertit en la mateixa importància que l'aigua i l'electricitat per als éssers humans.Quan navegueu per Internet, no sentiu la importància d'aquests herois entre bastidors.Un cop marxes, sents que no pots viure més.

Hi va haver un temps, Internet dels telèfons mòbils es va carregar pel trànsit, els ingressos mitjans de la persona són d'uns quants centenars de monedes, però 1MHz necessita gastar una moneda.Per tant, quan vegis Wi-Fi, et sentiràs segur.

Vegem com és un encaminador sense fil.

8 antenes, sembla aranyes.

El senyal pot passar per dues o més parets?O es duplicarà la velocitat d'Internet?

Aquests efectes es poden aconseguir mitjançant un encaminador, i s'aconsegueix amb moltes antenes, la famosa tecnologia MIMO.

MIMO, que és multi-entrada i sortida múltiple.

És difícil imaginar-ho, oi?Què és Multi-entrada Multi-sortida, com poden les antenes aconseguir tots els efectes?Quan navegueu per Internet mitjançant un cable de xarxa, la connexió entre l'ordinador i Internet és un cable físic, òbviament.Ara imaginem-nos quan fem servir antenes per enviar senyals a través de l'aire mitjançant ones electromagnètiques.L'aire actua com un cable però és virtual, un canal per transmetre senyals anomenat canal sense fil.

Aleshores, com pots fer que Internet sigui més ràpid?

Sí, tens raó!Es pot resoldre amb unes quantes antenes més, uns quants cables virtuals més junts per enviar i rebre dades.MIMO està dissenyat per al canal sense fil.

El mateix que els encaminadors sense fil, l'estació base 4G i el vostre telèfon mòbil fan el mateix.

Gràcies a la tecnologia MIMO, que està fortament integrada amb 4G, podem experimentar la velocitat més ràpida d'Internet.Paral·lelament, el cost dels operadors de telefonia mòbil s'ha reduït considerablement;podem gastar menys per experimentar una velocitat d'Internet més ràpida i il·limitada.Ara per fi podem desfer-nos de la nostra dependència de la Wi-Fi i navegar per Internet tot el temps.

Ara, permeteu-me presentar-vos què és MIMO?

2.Classificació MIMO

En primer lloc, el MIMO que hem esmentat anteriorment fa referència a l'augment significatiu de la velocitat de la xarxa en la descàrrega.Això és perquè, de moment, tenim una demanda molt més forta de descàrregues.Penseu-hi, podeu baixar dotzenes de vídeos de GHz, però la majoria de vegades només pengeu uns quants MHz.

Atès que MIMO s'anomena múltiples entrades i múltiples sortides, múltiples antenes creen múltiples vies de transmissió.Per descomptat, l'estació base no només admet la transmissió d'antenes múltiples, sinó que el telèfon mòbil també ha de satisfer la recepció d'antenes múltiples.

Comprovem el dibuix senzill següent: (De fet, l'antena de l'estació base és enorme i l'antena del telèfon mòbil és petita i amagada. Però fins i tot amb diferents capacitats, es troben a les mateixes posicions de comunicació.)

Segons el nombre d'antenes de l'estació base i els telèfons mòbils, es pot dividir en quatre tipus: SISO, SIMO, MISO i MIMO.

SISO: entrada única i sortida única

SIMO: entrada única i sortida múltiple

MISO: entrada múltiple i sortida única

MIMO: Sortida múltiple i Sortida múltiple

Comencem amb el SISO:

La forma més senzilla es pot definir en termes MIMO com SISO - Single Input Single Output.Aquest transmissor funciona amb una antena com a receptor.No hi ha diversitat ni es requereix cap processament addicional.

Hi ha una antena per a l'estació base i una altra per al telèfon mòbil;no interfereixen entre ells: la ruta de transmissió entre ells és l'única connexió.

No hi ha dubte que aquest sistema és molt fràgil, és un camí petit.Qualsevol situació inesperada suposarà directament una amenaça per a les comunicacions.

SIMO és millor perquè la recepció del telèfon està millorada.

Com podeu veure, el telèfon mòbil no pot canviar l'entorn sense fil, de manera que es canvia per si mateix: el telèfon mòbil s'afegeix una antena a si mateix.

D'aquesta manera, el missatge enviat des de l'estació base pot arribar al telèfon mòbil de dues maneres!És només que tots dos provenen de la mateixa antena a l'estació base i només poden enviar les mateixes dades.

Com a resultat, no importa si perd algunes dades a cada ruta.Mentre el telèfon pugui rebre una còpia des de qualsevol ruta, encara que la capacitat màxima segueixi sent la mateixa a cada ruta, la probabilitat de rebre dades amb èxit es duplica.Això també s'anomena rebre diversitat.

Què és MISO?

En altres paraules, el telèfon mòbil encara té una antena i el nombre d'antenes de l'estació base augmenta a dues.En aquest cas, les mateixes dades es transmeten des de les dues antenes transmissores.I l'antena receptora és capaç de rebre el senyal òptim i les dades exactes.

L'avantatge d'utilitzar MISO és que les múltiples antenes i les dades es mouen del receptor al transmissor.L'estació base encara pot enviar les mateixes dades de dues maneres;no importa si perd algunes dades;la comunicació pot procedir amb normalitat.

Tot i que la capacitat màxima segueix sent la mateixa, la taxa d'èxit de la comunicació s'ha duplicat.Aquest mètode també s'anomena transmissió de diversitat.

Finalment, parlem de MIMO.

Hi ha més d'una antena a cada extrem de l'enllaç de ràdio, i això s'anomena MIMO -Multiple Input Multiple Output.MIMO es pot utilitzar per oferir millores tant en la robustesa del canal com en el rendiment del canal.Tant l'estació base com el costat mòbil poden utilitzar dues antenes per enviar i rebre de manera independent, i això significa que la velocitat es duplica?

D'aquesta manera, hi ha quatre vies de transmissió entre l'estació base i el telèfon mòbil, cosa que sembla molt més complicada.Però segur, com que l'estació base i el costat del telèfon mòbil tenen 2 antenes, pot enviar i rebre dues dades simultàniament.Llavors, quant augmenta la capacitat màxima MIMO en comparació amb un camí?De l'anàlisi anterior de SIMO i MISO, sembla que la capacitat màxima depèn del nombre d'antenes a banda i banda.

Els sistemes MIMO són ​​generalment com A*B MIMO;A significa el nombre d'antenes de l'estació base, B significa el nombre d'antenes de telèfon mòbil.Penseu en 4*4 MIMO i 4*2 MIMO.Què et sembla quina capacitat és més gran?

4*4 MIMO pot enviar i rebre 4 canals simultàniament, i la seva capacitat màxima pot arribar a 4 vegades la del sistema SISO.4*2 MIMO només pot arribar a 2 vegades el sistema SISO.

L'ús de múltiples antenes i diferents vies de transmissió a l'espai de multiplexació per enviar múltiples còpies de dades diferents en paral·lel per augmentar la capacitat s'anomena múltiplex de divisió espacial.

Per tant, pot la capacitat màxima de transmissió en el sistema MIMO?Anem a la prova.

Encara prenem com a exemple l'estació base i el telèfon mòbil amb 2 antenes.Quina seria la via de transmissió entre ells?

Com podeu veure, els quatre camins passen pel mateix esvaïment i interferència, i quan les dades arriben al telèfon mòbil, ja no es poden distingir.No és el mateix que un camí?En aquest moment, el sistema MIMO 2*2 no és el mateix que el sistema SISO?

De la mateixa manera, el sistema MIMO 2 * 2 pot degenerar en SIMO, MISO i altres sistemes, el que significa que el multiplex de divisió espacial es redueix a la diversitat de transmissió o la diversitat de recepció, l'expectativa de l'estació base també ha degenerat de perseguir l'alta velocitat a assegurant la taxa d'èxit de recepció.

I com s'estudien els sistemes MIMO utilitzant símbols matemàtics?

3.El secret del canal MIMO

Als enginyers els encanta utilitzar símbols matemàtics.

Els enginyers van marcar les dades de les dues antenes de l'estació base com a X1 i X2, les dades de les antenes de telèfon mòbil com a Y1 i Y2, les quatre vies de transmissió es van marcar com a H11, H12, H21, H22.

És fàcil calcular Y1 i Y2 d'aquesta manera.Però de vegades, la capacitat de 2 * 2 MIMO pot arribar al doble de SISO, de vegades no, de vegades fins i tot esdevé la mateixa que SISO.Com ho expliques?

Aquest problema es pot explicar per la correlació del canal que acabem d'esmentar: com més gran sigui la correlació, més difícil serà distingir cada camí de transmissió al costat mòbil.Si el canal és el mateix, les dues equacions es converteixen en una, de manera que només hi ha una manera de transmetre'l.

Òbviament, el secret del canal MIMO rau en el judici de la independència de la via de transmissió.És a dir, el secret rau en H11, H12, H21 i H22.Els enginyers simplifiquen l'equació de la següent manera:

Els enginyers van intentar simplificar l'equació H1, H12, H21 i H22, mitjançant alguns canvis complexos, i finalment es van convertir a la fórmula.

Dues entrades X'1 i X'2, multipliqueu λ1 i λ2, podeu obtenir Y'1 i Y'2.Què signifiquen els valors de λ1 i λ2?

Hi ha una nova matriu.Una matriu amb dades només en una diagonal s'anomena matriu diagonal.El nombre de dades diferents de zero a la diagonal s'anomena rang de la matriu.En 2*2 MIMO, es refereix als valors diferents de zero de λ1 i λ2.

Si el rang és 1, vol dir que el sistema MIMO 2*2 està altament correlacionat en l'espai de transmissió, el que significa que MIMO degenera a SISO o SIMO i només pot rebre i transmetre totes les dades al mateix temps.

Si el rang és 2, aleshores el sistema té dos canals espacials relativament independents.Pot enviar i rebre dades al mateix temps.

Per tant, si el rang és 2, la capacitat d'aquests dos canals de transmissió és el doble de la d'un?La resposta es troba en la proporció de λ1 i λ2, que també s'anomena nombre condicional.

Si el nombre condicional és 1, vol dir que λ1 i λ2 són iguals;tenen una alta independència.La capacitat del sistema 2*2 MIMO pot arribar al màxim.

Si el nombre condicional és superior a 1, vol dir que λ1 i λ2 són diferents.Tanmateix, hi ha dos canals espacials i la qualitat és diferent, llavors el sistema posarà els recursos principals al canal amb millor qualitat.D'aquesta manera, la capacitat del sistema 2*2 MIMO és 1 o 2 vegades el sistema SISO.

Tanmateix, la informació es genera durant la transmissió espacial després que l'estació base envia les dades.Com sap l'estació base quan enviar un o dos canals?

No ho oblideu, i no hi ha secrets entre ells.El telèfon mòbil enviarà el seu estat de canal mesurat, el rang de la matriu de transmissió i suggeriments per a la precodificació a l'estació base com a referència.

En aquest punt, crec que podem veure que MIMO resulta ser una cosa així.