- Какво е MIMO?
В тази ера на взаимосвързаност мобилните телефони, като прозорец за комуникация с външния свят, изглежда са станали част от нашите тела.
Но мобилният телефон не може сам да сърфира в интернет, комуникационната мрежа на мобилния телефон стана също толкова важна, колкото водата и електричеството за хората.Когато сърфирате в интернет, не усещате значението на тези задкулисни герои.След като си тръгнеш, чувстваш, че не можеш да живееш повече.
Имаше време, когато интернетът на мобилните телефони се таксуваше от трафика, средният доход на човек беше няколкостотин монети, но 1MHz трябваше да похарчи монета.Така че, когато видите Wi-Fi, ще се почувствате в безопасност.
Нека да видим как изглежда един безжичен рутер.
8 антени, прилича на паяци.
Може ли сигналът да премине през две или повече стени?Или скоростта на интернет ще се удвои?
Тези ефекти могат да бъдат постигнати с рутер, а това се постига с много антени, известната технология MIMO.
MIMO, което е Multi-input Multi-out.
Трудно е да си го представим, нали?Какво е Multi-input Multi-output, как антените могат да постигнат всички ефекти?Когато сърфирате в интернет чрез мрежов кабел, връзката между компютъра и интернет е физически кабел, очевидно.Сега нека си представим, че използваме антени, за да изпращаме сигнали във въздуха, използвайки електромагнитни вълни.Въздухът действа като проводник, но е виртуален, канал за предаване на сигнали, наречен безжичен канал.
И така, как можете да направите интернет по-бърз?
Да, прав си!Може да се реши с още няколко антени, още няколко виртуални кабела заедно за изпращане и получаване на данни.MIMO е предназначен за безжичен канал.
Същото като безжичните рутери, 4G базовата станция и вашият мобилен телефон правят едно и също нещо.
Благодарение на технологията MIMO, която е тясно интегрирана с 4G, можем да изпитаме по-бързата скорост на интернет.Едновременно с това разходите на мобилните оператори са значително намалени;можем да харчим по-малко, за да изпитаме по-бърз и неограничен интернет.Сега най-накрая можем да се отървем от зависимостта си от Wi-Fi и да сърфираме в интернет през цялото време.
Сега нека ви представя какво е MIMO?
2.MIMO класификация
На първо място, MIMO, който споменахме по-рано, се отнася до значителното увеличение на мрежовата скорост при изтегляне.Това е така, защото засега имаме много по-голямо търсене на изтегляния.Помислете за това, можете да изтеглите десетки GHz видеоклипове, но да качвате предимно само няколко MHz.
Тъй като MIMO се нарича множество входове и множество изходи, множество пътища за предаване се създават от множество антени.Разбира се, не само базовата станция поддържа предаване с множество антени, но мобилният телефон също трябва да отговаря на приемането с множество антени.
Нека проверим следния прост чертеж: (Всъщност антената на базовата станция е огромна, а антената на мобилния телефон е малка и скрита. Но дори и с различни възможности, те са в едни и същи комуникационни позиции.)
Според броя на антените на базовата станция и мобилните телефони, той може да бъде разделен на четири типа: SISO, SIMO, MISO и MIMO.
SISO: Един вход и един изход
SIMO: Единичен вход и множество изходи
MISO: Множество входове и единичен изход
MIMO: множество изходи и множество изходи
Да започнем със SISO:
Най-простата форма може да се дефинира в термините на MIMO като SISO – Единичен вход и единичен изход.Този предавател работи с една антена като приемник.Няма разнообразие и не е необходима допълнителна обработка.
Има една антена за базовата станция и една за мобилния телефон;те не си пречат - пътят на предаване между тях е единствената връзка.
Няма съмнение, че такава система е много крехка, е малък път.Всички неочаквани ситуации ще представляват пряка заплаха за комуникациите.
SIMO е по-добър, защото приемането на телефона е подобрено.
Както можете да видите, мобилният телефон не може да промени безжичната среда, така че той се променя сам – мобилният телефон добавя антена към себе си.
По този начин изпратеното съобщение от базовата станция може да достигне до мобилния телефон по два начина!Просто и двете идват от една и съща антена на базовата станция и могат да изпращат само едни и същи данни.
В резултат на това няма значение, ако загубите някои данни по всеки маршрут.Докато телефонът може да получава копие от всеки път, въпреки че максималният капацитет остава същият за всеки маршрут, вероятността за успешно получаване на данни се удвоява.Това се нарича също приемане на разнообразие.
Какво е MISO?
С други думи, мобилният телефон все още има една антена, а броят на антените в базовата станция се увеличава на две.В този случай едни и същи данни се предават от двете предавателни антени.След това антената на приемника може да приеме оптимален сигнал и точни данни.
Предимството на използването на MISO е, че множеството антени и данните се преместват от приемника към предавателя.Базовата станция все още може да изпраща същите данни по два начина;няма значение, ако загубите някои данни;комуникацията може да продължи нормално.
Въпреки че максималният капацитет остава същият, успеваемостта на комуникацията се е удвоила.Този метод се нарича още предаване на разнообразие.
И накрая, нека поговорим за MIMO.
Има повече от една антена в двата края на радиовръзката и това се нарича MIMO – множество входове и множество изходи.MIMO може да се използва за осигуряване на подобрения както в устойчивостта на канала, така и в пропускателната способност на канала.Базовата станция и мобилната страна могат да използват две антени за изпращане и получаване независимо и това означава, че скоростта се удвоява?
По този начин има четири предавателни маршрута между базовата станция и мобилния телефон, което изглежда много по-сложно.Но за да сте сигурни, тъй като и базовата станция, и страната на мобилния телефон имат 2 антени, тя може да изпраща и получава две данни едновременно.И така, колко увеличава максималния капацитет на MIMO в сравнение с един път?От предишния анализ на SIMO и MISO изглежда, че максималният капацитет зависи от броя на антените от двете страни.
Системите MIMO обикновено са като A*B MIMO;A означава броя на антените на базовата станция, B означава броя на антените на мобилните телефони.Помислете за 4*4 MIMO и 4*2 MIMO.Как мислите кой капацитет е по-голям?
4*4 MIMO може да изпраща и получава 4 канала едновременно, а максималният му капацитет може да достигне 4 пъти този на системата SISO.4*2 MIMO може да достигне само 2 пъти системата SISO.
Това използване на множество антени и различни предавателни пътища в пространството за мултиплексиране за изпращане на множество копия на различни данни паралелно за увеличаване на капацитета се нарича мултиплексиране с пространствено разделяне.
И така, може ли максималният капацитет на предаване в системата MIMO?Да дойдем на теста.
Все още вземаме базовата станция и мобилния телефон с 2 антени като пример.Какъв би бил пътят на предаване между тях?
Както можете да видите, четирите пътя преминават през едно и също избледняване и смущения и когато данните достигнат до мобилния телефон, те вече не могат да се различават.Това не е ли същото като един път?Понастоящем системата 2*2 MIMO не е същата като системата SISO?
По същия начин системата 2*2 MIMO може да се дегенерира в SIMO, MISO и други системи, което означава, че мултиплексът с космическо разделение е намален до разнообразие на предаване или разнообразие на приемане, очакванията на базовата станция също са се изродили от преследване на висока скорост до осигуряване на успеваемост на получаването.
И как се изучават системите MIMO с помощта на математически символи?
3.Тайната на MIMO канала
Инженерите обичат да използват математически символи.
Инженерите маркираха данните от двете антени на базовата станция като X1 и X2, данните от антените на мобилния телефон като Y1 и Y2, четирите пътя на предаване бяха маркирани като H11, H12, H21, H22.
Лесно е да се изчислят Y1 и Y2 по този начин.Но понякога капацитетът на 2*2 MIMO може да достигне двойно повече от SISO, понякога не може, понякога дори да стане същият като SISO.Как си го обяснявате?
Този проблем може да се обясни с корелацията на канала, която току-що споменахме - колкото по-висока е корелацията, толкова по-трудно е да се разграничи всеки път на предаване от мобилната страна.Ако каналът е един и същ, тогава двете уравнения стават едно, така че има само един начин за предаването му.
Очевидно тайната на MIMO канала се крие в преценката за независимостта на пътя на предаване.Тоест тайната се крие в H11, H12, H21 и H22.Инженерите опростяват уравнението, както следва:
Инженерите се опитаха да опростят H1, H12, H21 и H22, чрез някои сложни промени, уравнението и в крайна сметка преобразуваха във формулата.
Два входа X'1 и X'2, умножете λ1 и λ2, можете да получите Y'1 и Y'2.Какво означават стойностите на λ1 и λ2?
Има нова матрица.Матрица с данни само на един диагонал се нарича диагонална матрица.Броят на ненулевите данни по диагонала се нарича ранг на матрицата.В 2*2 MIMO това се отнася до ненулевите стойности на λ1 и λ2.
Ако рангът е 1, това означава, че системата 2*2 MIMO е силно корелирана в предавателното пространство, което означава, че MIMO се изражда в SISO или SIMO и може да получава и предава всички данни само по едно и също време.
Ако рангът е 2, тогава системата има два относително независими пространствени канала.Може да изпраща и получава данни едновременно.
И така, ако рангът е 2, капацитетът на тези два предавателни канала удвоен ли е от този на един?Отговорът се крие в отношението на λ1 и λ2, което се нарича още условно число.
Ако условното число е 1, това означава, че λ1 и λ2 са еднакви;имат висока степен на независимост.Капацитетът на системата 2*2 MIMO може да достигне максимума.
Ако условното число е по-голямо от 1, това означава, че λ1 и λ2 са различни.Въпреки това, има два пространствени канала и качеството е различно, тогава системата ще постави основните ресурси на канала с по-добро качество.По този начин капацитетът на системата 2*2 MIMO е 1 или 2 пъти повече от системата SISO.
Информацията обаче се генерира по време на космическото предаване, след като базовата станция изпрати данните.Как базовата станция знае кога да изпрати един или два канала?
Не забравяйте и между тях няма тайни.Мобилният телефон ще изпрати своето измерено състояние на канала, ранга на предавателната матрица и предложения за предварително кодиране до базовата станция за справка.
На този етап мисля, че можем да видим, че MIMO се оказва такова нещо.
Време на публикуване: 20 април 2021 г