Η πολλαπλή έξοδος πολλαπλής εισόδου (MIMO) είναι ένα σύστημα κεραίας που χρησιμοποιεί πολλαπλές κεραίες τόσο στο άκρο εκπομπής όσο και στο άκρο λήψης για να σχηματίσει πολλαπλά κανάλια μεταξύ του άκρου εκπομπής και λήψης προκειμένου να αυξηθεί σημαντικά η χωρητικότητα του καναλιού.
SOFTEL WIFI 6 δρομολογητής ONU
Η πολλαπλή έξοδος πολλαπλών εισόδων είναι μια αρκετά περίπλοκη τεχνική διαφοροποίησης κεραίας. Τα εφέ πολλαπλών διαδρομών θα επηρεάσουν την ποιότητα του σήματος, επομένως τα παραδοσιακά συστήματα κεραιών πρέπει να χρησιμοποιήσουν το μυαλό τους για τον τρόπο εξάλειψης των επιδράσεων πολλαπλών διαδρομών. Τα συστήματα MIMO, από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιούν εφέ πολλαπλών διαδρομών για να βελτιώσουν την ποιότητα της επικοινωνίας. Στο σύστημα MIMO, τα μέρη εκπομπής και λήψης χρησιμοποιούν πολλαπλές κεραίες που μπορούν να λειτουργούν ταυτόχρονα για να επικοινωνούν. Τα συστήματα MIMO συνήθως χρησιμοποιούν πολύπλοκες τεχνικές επεξεργασίας σήματος για να βελτιώσουν σημαντικά την αξιοπιστία, την εμβέλεια και την απόδοση. Χρησιμοποιώντας αυτές τις τεχνικές, ο πομπός στέλνει πολλαπλά σήματα ραδιοσυχνοτήτων ταυτόχρονα και ο δέκτης ανακτά τα δεδομένα από αυτά τα σήματα. Το σύστημα ασύρματης επικοινωνίας MIMO είναι μια από τις βασικές τεχνολογίες των μελλοντικών συστημάτων κινητής και ασύρματης επικοινωνίας. Ένα προφανές χαρακτηριστικό του συστήματος MIMO είναι ότι έχει εξαιρετικά υψηλή απόδοση χρήσης φάσματος. Με βάση την πλήρη αξιοποίηση των υφιστάμενων πόρων φάσματος, οι διαστημικοί πόροι χρησιμοποιούνται για την επίτευξη κερδών στην αξιοπιστία και την αποτελεσματικότητα. Τερματισμός πολυπλοκότητας επεξεργασίας.
βασική μονάδα
1. Μοντελοποίηση μοντέλου καναλιού συστήματος MIMO
Η απόδοση ενός συστήματος MIMO εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το μοντέλο του καναλιού. Αν και υπάρχουν ήδη τυποποιημένα μοντέλα ασύρματης διάδοσης και πολλά μοντέλα καναλιών MIMO έχουν παρασχεθεί με βάση μεγάλο αριθμό πραγματικών μετρήσεων και θεωρητικής ερευνητικής εργασίας, δεν έχουν ακόμη αναγνωριστεί από την ITU. Αναγνωρισμένο τυποποιημένο μοντέλο καναλιού MIMO (η 3GPP έχει διαμορφώσει πρότυπα μοντέλων καναλιών για MIMO). Ως εκ τούτου, η κατανόηση και η κατανόηση των χαρακτηριστικών των ασύρματων καναλιών MIMO σε εσωτερικά και εξωτερικά περιβάλλοντα, η δημιουργία στατικών μοντέλων και συγκεκριμένων δυναμικών μοντέλων καναλιών MIMO, είναι απαραίτητη για την επιλογή κατάλληλων δομών συστήματος και το σχεδιασμό εξαιρετικών αλγορίθμων επεξεργασίας σήματος για την αξιοποίηση των πιθανών τεράστιων καναλιών των συστημάτων MIMO Η χωρητικότητα, η επίτευξη της αναμενόμενης απόδοσης είναι κρίσιμη.
2. Χωρητικότητα συστήματος MIMO
Σε σύγκριση με το παραδοσιακό σύστημα μιας κεραίας, το σύστημα MIMO έχει βελτιωθεί σημαντικά τόσο από την άποψη της απόδοσης όσο και από την ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων. Αρχικά, οι Telestar και Foschini πραγματοποίησαν μια εις βάθος ανάλυση της χωρητικότητας καναλιού του συστήματος MIMO. Ανέλυσαν αντίστοιχα τον Gaussian θόρυβο Η έρευνα για τη χωρητικότητα του συστήματος MIMO υπό τις ακόλουθες συνθήκες δείχνει ότι, με την υπόθεση ότι οι κεραίες είναι ανεξάρτητες μεταξύ τους, το σύστημα πολλαπλών κεραιών είναι σημαντικά βελτιωμένο σε σύγκριση με το σύστημα μιας κεραίας. Στην περίπτωση της γνώσης των χαρακτηριστικών μετάδοσης του καναλιού, η έρευνα του Foschini δείχνει ότι: όταν M=N, η λαμβανόμενη χωρητικότητα καναλιού αυξάνεται αναλογικά με το N. Κάτω από την ίδια ισχύ μετάδοσης και εύρος ζώνης μετάδοσης, η χωρητικότητα καναλιού του συστήματος είναι περίπου 40 φορές υψηλότερο από αυτό του συστήματος single-input single-out (SISO).
3. Σχεδιασμός συστοιχίας κεραιών MIMO
Γενικά, οι κεραίες των σταθμών βάσης είναι τοποθετημένες ψηλά και η διασπορά κοντινού πεδίου γύρω από τη διάταξη της κεραίας είναι σχετικά ασθενής. Επομένως, για να ληφθούν μη συσχετισμένα σήματα σε διαφορετικά στοιχεία συστοιχίας, είναι συχνά απαραίτητο να διατηρηθεί τουλάχιστον 10 φορές η απόσταση μήκους κύματος μεταξύ των στοιχείων συστοιχίας. Όταν ο αριθμός των κεραιών είναι μεγάλος, μπορεί να υπάρχουν εμπόδια στην ανέγερση συστοιχιών γραμμών σταθμών βάσης. Για τα κινητά τερματικά, λόγω των άφθονων σκεδαστών κοντινού πεδίου, πιστεύεται γενικά ότι η απόσταση μεταξύ των στοιχείων της κεραίας είναι μεγαλύτερη από το 1/2 του μήκους κύματος για να κάνει τη συσχέτιση του σήματος αρκετά αδύναμη. Η πολωμένη διάταξη κεραιών μπορεί να χρησιμοποιεί αμοιβαία ορθογώνιες καταστάσεις πόλωσης στην ίδια χωρική θέση για να συνειδητοποιήσει τη φαινομενική ασχετοσύνη των στοιχείων της διάταξης, έτσι ώστε το μέγεθος της διάταξης κεραίας να μπορεί να μειωθεί σχετικά.
4. Επεξεργασία σήματος συστήματος MIMO
Ένα σύστημα επικοινωνίας κεραίας συστοιχίας σε περιβάλλον που ξεθωριάζει αντιμετωπίζει παρεμβολές συν-καναλιού και παρεμβολές μεταξύ συμβόλων. Προκειμένου να προσεγγιστεί η χωρητικότητα ενός συστήματος πολλαπλών κεραιών, απαιτούνται καλές τεχνικές επεξεργασίας σήματος. Οι μέθοδοι ανίχνευσης σημάτων υψηλής απόδοσης, χαμηλής πολυπλοκότητας ή οι μέθοδοι κοινής ανίχνευσης ήταν πάντα ένα καυτό θέμα για τους ερευνητές.
5. Το πρόβλημα πολυπλοκότητας του συστήματος MIMO
Δεδομένου ότι το σήμα στο σύστημα MIMO επεκτείνεται στον δισδιάστατο χωροχρόνο, σε σύγκριση με το σύστημα μιας κεραίας, η πολυπλοκότητα της εκτίμησης καναλιού, της εξισορρόπησης καναλιών, της αποκωδικοποίησης και των συνδέσεων ανίχνευσης θα αυξηθεί με τον αριθμό των κεραιών ή αύξηση της σειράς διαμόρφωσης σήματος. Το ποσό του υπολογισμού του αλγορίθμου θα επηρεάσει άμεσα την καθυστέρηση επεξεργασίας, την κατανάλωση ενέργειας της συσκευής και τον χρόνο αναμονής. Ταυτόχρονα, σε πρακτικές εφαρμογές, βασικός παράγοντας που περιορίζει τα συστήματα MIMO είναι το υψηλό κόστος που επιφέρουν πολλαπλές ζεύξεις ραδιοσυχνοτήτων. Για να μειώσετε την υπολογιστική πολυπλοκότητα του "λογισμικού", παρέχετε απλούστερες και πιο αποτελεσματικές μεθόδους επεξεργασίας σήματος και διάφορα σχήματα κωδικοποίησης και αποκωδικοποίησης χωροχρόνου για συστήματα MIMO. Για τη μείωση του κόστους "υλισμικού", η επιλογή κεραίας είναι μια πολύ κρίσιμη τεχνολογία, η οποία μπορεί να μειώσει σημαντικά την πολυπλοκότητα επεξεργασίας και το κόστος υλικού διατηρώντας τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας MIMO, και αποτελεί ερευνητικό επίκεντρο για την προώθηση της πρακτικής εφαρμογής συστημάτων MIMO.
6. Ποικιλομορφία και πολυπλεξία συστημάτων MIMO
Η ουσία του συστήματος MIMO είναι να παρέχει κέρδος διαφοροποίησης και κέρδος πολυπλεξίας. Το πρώτο εγγυάται την αξιοπιστία μετάδοσης του συστήματος και το δεύτερο βελτιώνει τον ρυθμό μετάδοσης του συστήματος. Το μεγαλύτερο μέρος της πρώιμης βιβλιογραφίας επικεντρώθηκε στη χρήση της ποικιλομορφίας μετάδοσης και της χωρικής πολυπλεξίας μόνη της ή σε συνδυασμό με κωδικοποίηση. Μελέτες έχουν δείξει ότι τα συστήματα πολλαπλών κεραιών μπορούν να παρέχουν ποικιλομορφία και χωρική πολυπλεξία ταυτόχρονα, και υπάρχει μια αντιστάθμιση μεταξύ των δύο. Αξίζει να διερευνήσετε για να μεγιστοποιήσετε το κέρδος του συστήματος χρησιμοποιώντας ορθολογικά τους δύο τρόπους διαφοροποίησης και πολυπλεξίας στα συστήματα MIMO.
7. (Πολλαπλών κυψελών) Σύστημα MIMO πολλαπλών χρηστών
Θεωρητικά, ο τομέας χωρητικότητας του συστήματος MIMO πολλών χρηστών έχει λυθεί, αλλά ο τρόπος με τον οποίο ο τομέας χωρητικότητας πληροί τις απαιτήσεις ρυθμού μετάδοσης διαφόρων χρηστών δεν έχει ακόμη επιλυθεί καλά. Επιπλέον, στο κανάλι εκπομπής, λόγω της παρεμβολής μεταξύ κεραιών και μεταξύ χρηστών στο σύστημα MIMO, πώς να σχεδιάσετε το διάνυσμα μετάδοσης για να εξαλείψετε την παρεμβολή μεταξύ των χρηστών, πώς να κάνετε τη χωρητικότητα του συστήματος και τον έλεγχο ισχύος του το συγκεκριμένο QoS κάθε χρήστη όταν η ισχύς είναι περιορισμένη Το πρόβλημα της βελτιστοποίησης και οι σχετικές τεχνολογίες παρουσία συστημάτων πολλαπλών χρηστών πολλαπλών κυψελών εξακολουθούν να αποτελούν το επίκεντρο της έρευνας.
Βασικές Αρχές Τεχνολογίας MIMO
Η τεχνολογία MIMO αναφέρεται στη χρήση πολλαπλών κεραιών εκπομπής και κεραιών λήψης στο άκρο εκπομπής και στο άκρο λήψης, αντίστοιχα, έτσι ώστε τα σήματα να μεταδίδονται και να λαμβάνονται μέσω πολλαπλών κεραιών στο άκρο εκπομπής και στο άκρο λήψης, βελτιώνοντας έτσι την ποιότητα της επικοινωνίας. Μπορεί να κάνει πλήρη χρήση των διαστημικών πόρων, να πραγματοποιήσει πολλαπλές μεταδόσεις και πολλαπλές λήψεις μέσω πολλαπλών κεραιών και μπορεί να διπλασιάσει τη χωρητικότητα του καναλιού του συστήματος χωρίς να αυξήσει τους πόρους του φάσματος και την ισχύ μετάδοσης της κεραίας, παρουσιάζοντας προφανή πλεονεκτήματα και θεωρείται ως η επόμενη γενιά κινητού Ο πυρήνας τεχνολογία επικοινωνίας. Η ουσία της τεχνολογίας MIMO είναι να παρέχει κέρδος διαφοροποίησης χώρου και κέρδος πολυπλεξίας χώρου για το σύστημα.
Το άκρο εκπομπής χαρτογραφεί το σήμα δεδομένων που θα σταλεί σε πολλαπλές κεραίες μέσω χαρτογράφησης χωροχρόνου και το άκρο λήψης εκτελεί χωροχρονική αποκωδικοποίηση στα σήματα που λαμβάνονται από κάθε κεραία για να ανακτήσει το σήμα δεδομένων που αποστέλλεται από το άκρο εκπομπής. Σύμφωνα με διαφορετικές μεθόδους χαρτογράφησης χωροχρόνου, η τεχνολογία MIMO μπορεί να χωριστεί χονδρικά σε δύο κατηγορίες: διαστημική ποικιλομορφία και πολυπλεξία χώρου. Η διαφοροποίηση χώρου αναφέρεται στη χρήση πολλαπλών κεραιών εκπομπής για την αποστολή σημάτων με τις ίδιες πληροφορίες μέσω διαφορετικών μονοπατιών και ταυτόχρονα λήψη πολλαπλών ανεξάρτητα σημάτων που εξασθενούν του ίδιου συμβόλου δεδομένων στον δέκτη, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η αξιοπιστία της λήψης βελτιωμένη με ποικιλία. Για παράδειγμα, σε ένα αργό κανάλι εξασθένισης Rayleigh, χρησιμοποιώντας μία κεραία εκπομπής και n κεραίες λήψης, το μεταδιδόμενο σήμα διέρχεται από n διαφορετικές διαδρομές. Εάν το ξεθώριασμα μεταξύ των κεραιών είναι ανεξάρτητο, το μέγιστο κέρδος διαφοροποίησης μπορεί να ληφθεί ως n. Για την τεχνολογία διαφοροποίησης μετάδοσης, είναι επίσης η χρήση του κέρδους πολλαπλών διαδρομών για τη βελτίωση της αξιοπιστίας του συστήματος. Σε ένα σύστημα με m κεραίες εκπομπής και n κεραίες λήψης, εάν τα κέρδη διαδρομής μεταξύ των ζευγών κεραιών είναι ανεξάρτητα και ομοιόμορφα κατανεμημένα με εξασθένηση Rayleigh, το μέγιστο κέρδος διαφοροποίησης που μπορεί να επιτευχθεί είναι mn. Προς το παρόν, οι τεχνολογίες διαστημικής διαφοροποίησης που χρησιμοποιούνται συνήθως στα συστήματα MIMO περιλαμβάνουν κυρίως τον Κώδικα Διαστημικού Χρόνου (Space Time Block Code, STBC) και τις τεχνολογίες διαμόρφωσης δέσμης. Το STBC είναι μια σημαντική μορφή κωδικοποίησης που βασίζεται στην ποικιλομορφία μετάδοσης, η πιο βασική από τις οποίες είναι το σχήμα Alamouti που έχει σχεδιαστεί για δύο κεραίες.
Το πιο σημαντικό μέρος της μεθόδου STBC είναι να κάνει τα διανύσματα σήματος που θα μεταδοθούν σε πολλαπλές κεραίες να είναι ορθογώνια μεταξύ τους. Η χρήση της τεχνολογίας STBC μπορεί να επιτύχει το αποτέλεσμα της πλήρους ποικιλομορφίας, δηλαδή, όταν η τεχνολογία STBC χρησιμοποιείται σε ένα σύστημα με M κεραίες εκπομπής και N κεραίες λήψης, το μέγιστο κέρδος διαφοροποίησης είναι MN. Η τεχνολογία Beamforming είναι η αποστολή των ίδιων δεδομένων μέσω διαφορετικών κεραιών εκπομπής για να σχηματιστούν δέσμες που κατευθύνονται σε ορισμένους χρήστες, βελτιώνοντας έτσι αποτελεσματικά το κέρδος της κεραίας. Προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η ισχύς του σήματος της δέσμης που κατευθύνεται στον χρήστη, η τεχνολογία διαμόρφωσης δέσμης συνήθως χρειάζεται να υπολογίσει τη φάση και την ισχύ των δεδομένων που αποστέλλονται σε κάθε κεραία εκπομπής, η οποία ονομάζεται επίσης διάνυσμα διαμόρφωσης δέσμης. Οι συνήθεις μέθοδοι υπολογισμού του διανύσματος μορφοποίησης δέσμης περιλαμβάνουν το μέγιστο διάνυσμα ιδιοτιμής, τον αλγόριθμο MUSIC, κ.λπ. Το μέγιστο κέρδος ποικιλομορφίας μετάδοσης που μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση της τεχνολογίας διαμόρφωσης δέσμης για κεραίες εκπομπής M είναι το Μ. Η τεχνολογία χωρικής πολυπλεξίας είναι να διαιρεί τα δεδομένα που πρόκειται να μεταδοθούν σε πολλά δεδομένα ροές, και στη συνέχεια να τις μεταδίδουν σε διαφορετικές κεραίες, αυξάνοντας έτσι τον ρυθμό μετάδοσης του συστήματος. Η ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος χωρικής πολυπλεξίας είναι ο κατακόρυφος χωροχρόνος κώδικας που προτείνεται από την Bell Laboratories, δηλαδή η τεχνολογία V-BLAST.
