- Co to jest MIMO?
W dobie wzajemnych powiązań telefony komórkowe, jako okno do komunikowania się ze światem zewnętrznym, wydają się być częścią naszych ciał.
Ale telefon komórkowy nie może samodzielnie surfować po Internecie, sieć komunikacyjna telefonu komórkowego stała się dla ludzi równie ważna jak woda i elektryczność.Kiedy surfujesz po Internecie, nie czujesz znaczenia tych zakulisowych bohaterów.Po wyjściu czujesz, że nie możesz już żyć.
Był czas, Internet w telefonach komórkowych był płatny przez ruch uliczny, przeciętny dochód osoby to kilkaset monet, ale 1MHz trzeba wydać monetę.Więc kiedy zobaczysz Wi-Fi, poczujesz się bezpiecznie.
Zobaczmy, jak wygląda router bezprzewodowy.
8 anten, wygląda jak pająki.
Czy sygnał może przejść przez dwie lub więcej ścian?A może prędkość internetu się podwoi?
Efekty te można osiągnąć za pomocą routera i osiąga się to za pomocą wielu anten, słynnej technologii MIMO.
MIMO, czyli Multi-input Multi-output.
Trudno to sobie wyobrazić, prawda?Co to jest Multi-input Multi-output, w jaki sposób anteny mogą osiągnąć wszystkie efekty?Kiedy surfujesz po Internecie za pomocą kabla sieciowego, połączenie między komputerem a Internetem jest oczywiście kablem fizycznym.Teraz wyobraźmy sobie, kiedy używamy anten do wysyłania sygnałów w powietrzu za pomocą fal elektromagnetycznych.Powietrze działa jak drut, ale jest wirtualne, kanał do przesyłania sygnałów zwany kanałem bezprzewodowym.
Jak więc przyspieszyć internet?
Tak masz rację!Można to rozwiązać za pomocą kilku dodatkowych anten, kilku dodatkowych wirtualnych przewodów razem do wysyłania i odbierania danych.MIMO jest przeznaczony dla kanału bezprzewodowego.
To samo, co routery bezprzewodowe, stacja bazowa 4G i telefon komórkowy robią to samo.
Dzięki technologii MIMO, która jest ściśle zintegrowana z 4G, możemy doświadczyć większej prędkości Internetu.Jednocześnie koszty operatorów telefonii komórkowej znacznie się obniżyły;możemy wydać mniej, aby doświadczyć szybszego i nieograniczonego internetu.Teraz wreszcie możemy pozbyć się uzależnienia od Wi-Fi i cały czas surfować po Internecie.
A teraz pozwólcie, że przedstawię, czym jest MIMO?
2.Klasyfikacja MIMO
Przede wszystkim MIMO, o którym wspominaliśmy wcześniej, odnosi się do znacznego wzrostu prędkości sieci w pobieraniu.To dlatego, że na razie mamy znacznie większe zapotrzebowanie na pliki do pobrania.Pomyśl o tym, możesz pobrać dziesiątki filmów w GHz, ale przesłać głównie tylko kilka MHz.
Ponieważ MIMO nazywa się wieloma wejściami i wieloma wyjściami, wiele ścieżek transmisji jest tworzonych przez wiele anten.Oczywiście nie tylko stacja bazowa obsługuje transmisję z wielu anten, ale także telefon komórkowy musi spełniać warunki odbioru z wielu anten.
Sprawdźmy następujący prosty rysunek: (W rzeczywistości antena stacji bazowej jest ogromna, a antena telefonu komórkowego jest malutka i ukryta. Ale nawet przy różnych możliwościach znajdują się w tych samych pozycjach komunikacyjnych.)
W zależności od liczby anten stacji bazowej i telefonów komórkowych można go podzielić na cztery typy: SISO, SIMO, MISO i MIMO.
SISO: Pojedyncze wejście i pojedyncze wyjście
SIMO: Pojedyncze wejście i wiele wyjść
MISO: Wiele wejść i pojedyncze wyjście
MIMO: Wiele wyjść i wiele wyjść
Zacznijmy od SISO:
Najprostszą formę można określić w terminach MIMO jako SISO – Single Input Single Output.Ten nadajnik działa z jedną anteną jako odbiornik.Nie ma różnorodności i nie jest wymagane żadne dodatkowe przetwarzanie.
Jest jedna antena dla stacji bazowej i jedna dla telefonu komórkowego;nie przeszkadzają sobie nawzajem — ścieżka transmisji między nimi jest jedynym połączeniem.
Nie ma wątpliwości, że taki system jest bardzo kruchy, jest małą drogą.Wszelkie nieoczekiwane sytuacje będą stanowić bezpośrednie zagrożenie dla komunikacji.
SIMO jest lepsze, ponieważ odbiór telefonu jest lepszy.
Jak widać, telefon komórkowy nie może zmienić środowiska bezprzewodowego, więc zmienia się sam – telefon komórkowy dodaje do siebie antenę.
W ten sposób wiadomość wysłana ze stacji bazowej może dotrzeć do telefonu komórkowego na dwa sposoby!Po prostu oba pochodzą z tej samej anteny w stacji bazowej i mogą wysyłać tylko te same dane.
W rezultacie nie ma znaczenia, czy stracisz część danych na każdej trasie.Dopóki telefon może odebrać kopię z dowolnej ścieżki, nawet jeśli maksymalna pojemność pozostaje taka sama na każdej trasie, prawdopodobieństwo pomyślnego odebrania danych podwaja się.Nazywa się to również różnorodnością odbioru.
Co to jest MISO?
Innymi słowy, telefon komórkowy nadal ma jedną antenę, a liczba anten w stacji bazowej jest zwiększona do dwóch.W tym przypadku te same dane są przesyłane z dwóch anten nadawczych.A antena odbiornika jest wtedy w stanie odbierać optymalny sygnał i dokładne dane.
Zaletą korzystania z MISO jest to, że wiele anten i dane są przenoszone z odbiornika do nadajnika.Stacja bazowa może nadal wysyłać te same dane na dwa sposoby;nie ma znaczenia, czy stracisz część danych;komunikacja może przebiegać normalnie.
Chociaż maksymalna pojemność pozostaje taka sama, wskaźnik powodzenia komunikacji podwoił się.Ta metoda jest również nazywana dywersyfikacją transmisji.
Na koniec porozmawiajmy o MIMO.
Na obu końcach łącza radiowego znajduje się więcej niż jedna antena i jest to nazywane MIMO – Multiple Input Multiple Output.Technologia MIMO może być wykorzystana do poprawy zarówno niezawodności kanału, jak i przepustowości kanału.Stacja bazowa i strona mobilna mogą używać dwóch anten do niezależnego wysyłania i odbierania, a to oznacza podwojenie prędkości?
W ten sposób istnieją cztery trasy transmisji między stacją bazową a telefonem komórkowym, co wydaje się dużo bardziej skomplikowane.Ale dla pewności, ponieważ zarówno stacja bazowa, jak i strona telefonu komórkowego mają 2 anteny, może wysyłać i odbierać dwie dane jednocześnie.Więc o ile zwiększa się maksymalna pojemność MIMO w porównaniu do jednej ścieżki?Z poprzedniej analizy SIMO i MISO wynika, że maksymalna przepustowość zależy od ilości anten po obu stronach.
Systemy MIMO są generalnie takie jak A*B MIMO;A oznacza liczbę anten stacji bazowej, B oznacza liczbę anten telefonu komórkowego.Pomyśl o 4*4 MIMO i 4*2 MIMO.Jak myślisz, która pojemność jest większa?
4*4 MIMO może wysyłać i odbierać 4 kanały jednocześnie, a jego maksymalna pojemność może osiągnąć 4 razy większą niż w systemie SISO.4*2 MIMO może osiągnąć tylko 2-krotność systemu SISO.
To wykorzystanie wielu anten i różnych ścieżek transmisyjnych w przestrzeni multipleksowania do równoległego wysyłania wielu kopii różnych danych w celu zwiększenia przepustowości nazywa się multipleksem z podziałem przestrzennym.
Czy zatem maksymalna przepustowość transmisji w systemie MIMO jest możliwa?Chodźmy na próbę.
Jako przykład nadal bierzemy stację bazową i telefon komórkowy z 2 antenami.Jaka byłaby ścieżka transmisji między nimi?
Jak widać, cztery ścieżki przechodzą przez to samo zanikanie i zakłócenia, a kiedy dane docierają do telefonu komórkowego, nie mogą się już rozróżnić.Czy to nie to samo co jedna ścieżka?W tej chwili system 2*2 MIMO to nie to samo, co system SISO?
W ten sam sposób system 2*2 MIMO może zdegenerować się do systemów SIMO, MISO i innych, co oznacza, że multipleks z podziałem przestrzeni jest zredukowany do różnorodności transmisji lub różnorodności odbioru, oczekiwania stacji bazowej również uległy degeneracji z dążenia do dużej prędkości do zapewnienie wskaźnika sukcesu odbioru.
A jak bada się systemy MIMO za pomocą symboli matematycznych?
3.Sekret kanału MIMO
Inżynierowie uwielbiają używać symboli matematycznych.
Inżynierowie oznaczyli dane z dwóch anten na stacji bazowej jako X1 i X2, dane z anten telefonu komórkowego jako Y1 i Y2, cztery tory transmisji oznaczono jako H11, H12, H21, H22.
W ten sposób łatwo obliczyć Y1 i Y2.Ale czasami pojemność 2*2 MIMO może osiągnąć dwukrotność SISO, czasami nie, a czasami nawet stać się taką samą jak SISO.Jak to wyjaśnisz?
Problem ten można wytłumaczyć korelacją kanałów, o której właśnie wspomnieliśmy – im wyższa korelacja, tym trudniej rozróżnić poszczególne ścieżki transmisji po stronie mobilnej.Jeśli kanał jest taki sam, to dwa równania stają się jednym, więc jest tylko jeden sposób na przesłanie go.
Oczywiście tajemnica kanału MIMO tkwi w ocenie niezależności toru transmisji.Oznacza to, że sekret tkwi w H11, H12, H21 i H22.Inżynierowie upraszczają równanie w następujący sposób:
Inżynierowie próbowali uprościć równanie H1, H12, H21 i H22, wprowadzając pewne złożone zmiany, i ostatecznie przekształcili je we wzór.
Dwa wejścia X'1 i X'2, pomnóż λ1 i λ2, otrzymasz Y'1 i Y'2.Co oznaczają wartości λ1 i λ2?
Jest nowa matryca.Macierz z danymi tylko na jednej przekątnej nazywana jest macierzą diagonalną.Liczba niezerowych danych na przekątnej nazywana jest rzędem macierzy.W 2*2 MIMO odnosi się do niezerowych wartości λ1 i λ2.
Jeśli ranga wynosi 1, oznacza to, że system 2*2 MIMO jest silnie skorelowany w przestrzeni transmisji, co oznacza, że MIMO degeneruje się do SISO lub SIMO i może tylko odbierać i przesyłać wszystkie dane w tym samym czasie.
Jeśli ranga wynosi 2, to system ma dwa względnie niezależne kanały przestrzenne.Może jednocześnie wysyłać i odbierać dane.
Jeśli więc ranga wynosi 2, czy przepustowość tych dwóch kanałów transmisyjnych jest dwukrotnie większa niż w przypadku jednego?Odpowiedź leży w stosunku λ1 i λ2, który jest również nazywany liczbą warunkową.
Jeśli liczba warunkowa wynosi 1, oznacza to, że λ1 i λ2 są takie same;mają dużą samodzielność.Pojemność systemu 2*2 MIMO może osiągnąć maksimum.
Jeśli liczba warunkowa jest większa niż 1, oznacza to, że λ1 i λ2 są różne.Istnieją jednak dwa kanały przestrzenne, a jakość jest inna, wtedy system umieści główne zasoby na kanale o lepszej jakości.W ten sposób pojemność systemu 2*2 MIMO jest 1 lub 2 razy większa niż pojemność systemu SISO.
Jednak informacje są generowane podczas transmisji kosmicznej po wysłaniu danych przez stację bazową.Skąd stacja bazowa wie, kiedy wysłać jeden kanał, a kiedy dwa?
Nie zapomnij, a między nimi nie ma tajemnic.Telefon komórkowy wyśle zmierzony stan kanału, rangę macierzy transmisji i sugestie dotyczące wstępnego kodowania do stacji bazowej w celach informacyjnych.
W tym momencie myślę, że możemy zobaczyć, że MIMO okazuje się być czymś takim.
Czas postu: 20-04-2021