Šta je MIMO?

1.   Šta je MIMO?

U ovoj eri međusobne povezanosti, čini se da su mobilni telefoni, kao prozor za komunikaciju sa vanjskim svijetom, postali dio naših tijela.

Ali mobilni telefon ne može sam surfati internetom, komunikaciona mreža mobilnih telefona postala je jednako važna kao voda i struja za ljudska bića.Kada surfujete internetom, ne osjećate važnost ovih heroja iza scene.Jednom kada odete, osjećate se kao da više ne možete živjeti.

Bilo je vremena, internet mobilnih telefona se naplaćivao prometom, prosječni prihodi su nekoliko stotina novčića, ali 1MHz treba potrošiti novčić.Dakle, kada vidite Wi-Fi, osjećat ćete se sigurno.

Pogledajmo kako izgleda bežični ruter.

8 antena, izgleda kao pauci.

Može li signal proći kroz dva ili više zidova?Ili će se brzina interneta udvostručiti?

Ovi efekti se mogu postići ruterom, a to se postiže mnogim antenama, poznatom MIMO tehnologijom.

MIMO, koji je Multi-input Multi output.

Teško je to zamisliti, zar ne?Šta je Multi-input Multi-output, kako antene mogu postići sve efekte?Kada surfate internetom putem mrežnog kabla, veza između računara i interneta je, očigledno, fizički kabl.Sada zamislimo kada koristimo antene za slanje signala kroz zrak pomoću elektromagnetnih valova.Vazduh se ponaša kao žica, ali je virtuelni, kanal za prenos signala koji se naziva bežični kanal.

Dakle, kako možete učiniti internet bržim?

Da u pravu si!To se može riješiti pomoću još nekoliko antena, još nekoliko virtualnih žica zajedno za slanje i primanje podataka.MIMO je dizajniran za bežični kanal.

Isto kao i bežični ruteri, 4G bazna stanica i vaš mobilni telefon rade istu stvar.

Zahvaljujući MIMO tehnologiji, koja je čvrsto integrisana sa 4G, možemo iskusiti veću brzinu interneta.Istovremeno, troškovi mobilnih operatera su značajno smanjeni;možemo potrošiti manje da bismo iskusili bržu i neograničenu brzinu interneta.Sada se konačno možemo riješiti ovisnosti o Wi-Fi-ju i stalno surfati internetom.

Sada, dozvolite mi da vam predstavim šta je MIMO?

2.MIMO klasifikacija

Prije svega, MIMO koji smo ranije spomenuli odnosi se na značajno povećanje brzine mreže u preuzimanju.To je zato što, za sada, imamo mnogo veću potražnju za preuzimanjima.Razmislite o tome, možete preuzeti desetine GHz video zapisa, ali uploadati uglavnom samo nekoliko MHz.

Pošto se MIMO naziva višestrukim ulazom i višestrukim izlazima, višestruke puteve prenosa kreiraju više antena.Naravno, ne samo da bazna stanica podržava prenos višestrukih antena, već mobilni telefon takođe treba da ima prijem sa više antena.

Provjerimo sljedeći jednostavan crtež: (U stvari, antena bazne stanice je ogromna, a antena mobilnog telefona je sićušna i skrivena. Ali čak i sa različitim mogućnostima, oni su na istim komunikacijskim pozicijama.)

Prema broju antena bazne stanice i mobilnih telefona, može se podijeliti na četiri tipa: SISO, SIMO, MISO i MIMO.

SISO: jedan ulaz i jedan izlaz

SIMO: Jedan ulaz i višestruki izlaz

MISO: Višestruki ulaz i jedan izlaz

MIMO: Višestruki izlaz i višestruki izlaz

Počnimo sa SISO-om:

Najjednostavniji oblik se može definirati u MIMO terminima kao SISO – Single Input Single Output.Ovaj predajnik radi sa jednom antenom kao i prijemnik.Nema raznolikosti i nije potrebna dodatna obrada.

Postoji jedna antena za baznu stanicu i jedna za mobilni telefon;ne ometaju jedni druge — put prenosa između njih je jedina veza.

Nema sumnje da je takav sistem vrlo krhak, mali je put.Sve neočekivane situacije će direktno predstavljati prijetnju komunikacijama.

SIMO je bolji jer je prijem telefona poboljšan.

Kao što vidite, mobilni telefon ne može da promeni bežično okruženje, pa se menja sam – mobilni telefon sebi dodaje antenu.

Na taj način poruka poslana sa bazne stanice može doći do mobilnog telefona na dva načina!Samo što oba dolaze sa iste antene na baznoj stanici i mogu slati samo iste podatke.

Kao rezultat toga, nije važno ako izgubite neke podatke na svakoj ruti.Sve dok telefon može primiti kopiju sa bilo koje putanje, iako maksimalni kapacitet ostaje isti na svakoj ruti, vjerovatnoća uspješnog prijema podataka se udvostručuje.Ovo se takođe naziva raznovrsnost prijema.

Šta je MISO?

Drugim riječima, mobilni telefon i dalje ima jednu antenu, a broj antena u baznoj stanici je povećan na dvije.U ovom slučaju, isti podaci se prenose sa dvije antene predajnika.I antena prijemnika tada može primiti optimalan signal i tačne podatke.

Prednost upotrebe MISO je u tome što se više antena i podaci premeštaju sa prijemnika na predajnik.Bazna stanica i dalje može slati iste podatke na dva načina;nije bitno ako izgubite neke podatke;komunikacija se može odvijati normalno.

Iako je maksimalni kapacitet ostao isti, stopa uspješnosti komunikacije se udvostručila.Ova metoda se još naziva i diverzitet prenosa.

Na kraju, hajde da pričamo o MIMO-u.

Postoji više od jedne antene na oba kraja radio veze, a to se naziva MIMO – višestruki ulaz i više izlaza.MIMO se može koristiti za poboljšanje i robusnosti kanala kao i propusnosti kanala.Bazna stanica i mobilna strana mogu koristiti dvije antene za nezavisno slanje i primanje, a to znači da je brzina udvostručena?

Na ovaj način postoje četiri prijenosne rute između bazne stanice i mobilnog telefona, što se čini mnogo složenijim.Ali da budemo sigurni, pošto bazna stanica i strana mobilnog telefona imaju po 2 antene, ona može slati i primati dva podatka istovremeno.Dakle, koliko se maksimalni kapacitet MIMO povećava u poređenju sa jednom putanjom?Iz prethodne analize SIMO i MISO, čini se da maksimalni kapacitet zavisi od broja antena sa obe strane.

MIMO sistemi su generalno kao A*B MIMO;A označava broj antena bazne stanice, B znači broj antena mobilnih telefona.Zamislite 4*4 MIMO i 4*2 MIMO.Šta mislite koji je kapacitet veći?

4*4 MIMO može slati i primati 4 kanala istovremeno, a njegov maksimalni kapacitet može dostići 4 puta veći od SISO sistema.4*2 MIMO može doseći samo 2 puta veći SISO sistem.

Ovo korištenje više antena i različitih puteva prijenosa u prostoru za multipleksiranje za slanje više kopija različitih podataka paralelno radi povećanja kapaciteta naziva se multipleks podjele prostora.

Dakle, može li maksimalni kapacitet prijenosa u MIMO sistemu?Hajdemo na test.

Za primjer još uvijek uzimamo baznu stanicu i mobilni telefon sa 2 antene.Koji bi bio prijenosni put između njih?

Kao što vidite, četiri puta prolaze kroz isto blijeđenje i smetnje, a kada podaci stignu do mobilnog telefona, više se ne mogu razlikovati.Nije li ovo isto kao jedan put?U ovom trenutku, 2*2 MIMO sistem nije isti kao SISO sistem?

Na isti način, 2*2 MIMO sistem može da se degeneriše u SIMO, MISO i druge sisteme, što znači da se multipleks podele prostora svodi na diverzitet prenosa ili različitost prijema, očekivanje bazne stanice je takođe degenerisano od težnje velike brzine ka osiguravanje stope uspješnosti prijema.

I kako se proučavaju MIMO sistemi pomoću matematičkih simbola?

3.Tajna MIMO kanala

Inženjeri vole da koriste matematičke simbole.

Inženjeri su podatke sa dve antene na baznoj stanici označili kao X1 i X2, podatke sa antena mobilnih telefona kao Y1 i Y2, četiri prenosne putanje su označene kao H11, H12, H21, H22.

Lako je izračunati Y1 i Y2 na ovaj način.Ali ponekad, kapacitet 2*2 MIMO može dostići dvostruko veći SISO, ponekad ne može, ponekad čak postati isti kao SISO.Kako to objašnjavate?

Ovaj problem se može objasniti korelacijom kanala koju smo upravo spomenuli – što je korelacija veća, teže je razlikovati svaki put prijenosa na mobilnoj strani.Ako je kanal isti, tada dvije jednačine postaju jedna, tako da postoji samo jedan način da se to prenese.

Očigledno, tajna MIMO kanala leži u prosuđivanju nezavisnosti prenosnog puta.Odnosno, tajna leži u H11, H12, H21 i H22.Inženjeri pojednostavljuju jednačinu na sljedeći način:

Inženjeri su pokušali da pojednostave H1, H12, H21 i H22, kroz neke kompleksne promjene, jednadžbu i na kraju pretvoreni u formulu.

Dva ulaza X'1 i X'2, pomnožite λ1 i λ2, možete dobiti Y'1 i Y'2.Šta znače vrijednosti λ1 i λ2?

Postoji nova matrica.Matrica sa podacima samo na jednoj dijagonali naziva se dijagonalna matrica.Broj podataka koji nisu nula na dijagonali naziva se rang matrice.U 2*2 MIMO, odnosi se na ne-nulte vrijednosti λ1 i λ2.

Ako je rang 1, to znači da je 2*2 MIMO sistem visoko koreliran u prostoru za prijenos, što znači da se MIMO degenerira u SISO ili SIMO i može primati i prenositi sve podatke samo u isto vrijeme.

Ako je rang 2, onda sistem ima dva relativno nezavisna prostorna kanala.Može slati i primati podatke u isto vrijeme.

Dakle, ako je rang 2, da li je kapacitet ova dva kanala za prenos duplo veći od jednog?Odgovor leži u omjeru λ1 i λ2, koji se još naziva i uslovnim brojem.

Ako je uslovni broj 1, to znači da su λ1 i λ2 isti;imaju visoku nezavisnost.Kapacitet 2*2 MIMO sistema može dostići maksimum.

Ako je uslovni broj veći od 1, to znači da su λ1 i λ2 različiti.Međutim, postoje dva prostorna kanala, a kvalitet je različit, onda će sistem kvalitetnije staviti glavne resurse na kanal.Na ovaj način, kapacitet 2*2 MIMO sistema je 1 ili 2 puta veći od SISO sistema.

Međutim, informacije se generišu tokom svemirskog prenosa nakon što bazna stanica pošalje podatke.Kako bazna stanica zna kada treba poslati jedan ili dva kanala?

Ne zaboravite, i među njima nema tajni.Mobilni telefon će baznoj stanici poslati svoje izmjereno stanje kanala, rang matrice prijenosa i prijedloge za prethodno kodiranje.

U ovom trenutku, mislim da možemo vidjeti da se MIMO ispostavlja kao takva stvar.