Што такое MIMO?

1.   Што такое MIMO?

У гэтую эпоху ўзаемасувязі мабільныя тэлефоны, як акно для зносін са знешнім светам, здаецца, сталі часткай нашага цела.

Але мабільны тэлефон не можа самастойна карыстацца інтэрнэтам, сетка мабільнай сувязі стала такой жа важнай, як вада і электрычнасць для чалавека.Калі вы лазіце па інтэрнэце, вы не адчуваеце важнасці гэтых закулісных герояў.Як толькі вы сыходзіце, вы адчуваеце, што не можаце больш жыць.

Быў час, Інтэрнэт на мабільных тэлефонах аплачваўся за трафік, сярэдні даход чалавека складаў некалькі сотняў манет, але на 1 МГц трэба было выдаткаваць манету.Такім чынам, калі вы бачыце Wi-Fi, вы будзеце адчуваць сябе ў бяспецы.

Давайце паглядзім, як выглядае бесправадны маршрутызатар.

8 антэн, падобна на павукоў.

Ці можа сігнал праходзіць праз дзве і больш сцен?Ці хуткасць інтэрнэту падвоіцца?

Гэтыя эфекты могуць быць дасягнуты з дапамогай маршрутызатара, і гэта дасягаецца з дапамогай многіх антэн, вядомай тэхналогіі MIMO.

MIMO, які з'яўляецца Multi-input Multi-out.

Цяжка сабе гэта ўявіць, праўда?Што такое Multi-input Multi-output, як антэны могуць дасягнуць усіх эфектаў?Калі вы праглядаеце Інтэрнэт праз сеткавы кабель, злучэнне паміж кампутарам і Інтэрнэтам, відавочна, з'яўляецца фізічным кабелем.А цяпер давайце ўявім, што мы выкарыстоўваем антэны для перадачы сігналаў па паветры з дапамогай электрамагнітных хваль.Паветра дзейнічае як дрот, але з'яўляецца віртуальным, канал для перадачы сігналаў называецца бесправадным каналам.

Такім чынам, як зрабіць Інтэрнэт больш хуткім?

Так, вы маеце рацыю!Гэта можа быць вырашана яшчэ некалькімі антэнамі, яшчэ некалькімі віртуальнымі правадамі для адпраўкі і атрымання даных.MIMO прызначаны для бесправаднога канала.

Як і бесправадныя маршрутызатары, базавая станцыя 4G і ваш мабільны тэлефон робяць тое ж самае.

Дзякуючы тэхналогіі MIMO, якая цесна інтэгравана з 4G, мы можам адчуць высокую хуткасць інтэрнэту.Адначасова істотна знізіўся кошт аператараў мабільнай сувязі;мы можам выдаткаваць менш, каб карыстацца больш хуткім і неабмежаваным Інтэрнэтам.Цяпер мы нарэшце можам пазбавіцца ад нашай залежнасці ад Wi-Fi і ўвесь час карыстацца Інтэрнэтам.

А цяпер дазвольце мне прадставіць, што такое MIMO?

2.Класіфікацыя MIMO

Перш за ўсё, MIMO, пра які мы згадвалі раней, адносіцца да значнага павелічэння хуткасці сеткі пры загрузцы.Гэта таму, што на дадзены момант у нас значна большы попыт на спампоўкі.Падумайце аб гэтым, вы можаце спампоўваць дзясяткі відэаролікаў на частаце ГГц, але загружаць у асноўным толькі некалькі МГц.

Паколькі MIMO называецца некалькімі ўваходамі і некалькімі выхадамі, некалькі шляхоў перадачы ствараюцца некалькімі антэнамі.Вядома, не толькі базавая станцыя падтрымлівае перадачу з дапамогай некалькіх антэн, але і мабільны тэлефон таксама павінен працаваць з прыёмам з дапамогай некалькіх антэн.

Давайце праверым наступны просты малюнак: (На самай справе антэна базавай станцыі велізарная, а антэна мабільнага тэлефона малюсенькая і схаваная. Але нават з рознымі магчымасцямі яны знаходзяцца ў аднолькавых месцах сувязі.)

У залежнасці ад колькасці антэн базавай станцыі і мабільных тэлефонаў яго можна падзяліць на чатыры тыпу: SISO, SIMO, MISO і MIMO.

SISO: Адзіны ўваход і адзіны выхад

SIMO: Адзіны ўваход і некалькі выхадаў

MISO: некалькі ўваходаў і адзін выхад

MIMO: множны выхад і множны выхад

Пачнем з SISO:

Самая простая форма можа быць вызначана ў тэрмінах MIMO як SISO - адзіны ўваход і адзін выхад.Гэты перадатчык працуе з адной антэнай у якасці прымача.Разнастайнасці няма, дадатковая апрацоўка не патрабуецца.

Ёсць адна антэна для базавай станцыі і адна для мабільнага тэлефона;яны не перашкаджаюць адзін аднаму — шлях перадачы паміж імі з'яўляецца адзіным злучэннем.

Няма сумневу, што такая сістэма вельмі далікатная, гэта малая дарога.Любыя непрадбачаныя сітуацыі будуць напрамую пагражаць сувязі.

SIMO лепш, таму што прыём тэлефона палепшаны.

Як бачыце, мабільны тэлефон не можа змяніць бесправадное асяроддзе, таму ён змяняецца сам - мабільны тэлефон дадае да сябе антэну.

Такім чынам, паведамленне, адпраўленае з базавай станцыі, можа дасягнуць мабільнага тэлефона двума спосабамі!Проста яны абодва паходзяць з адной антэны на базавай станцыі і могуць адпраўляць аднолькавыя дадзеныя.

У выніку не мае значэння, калі вы страціце некаторыя даныя на кожным маршруце.Пакуль тэлефон можа атрымаць копію з любога шляху, нават калі максімальная ёмістасць застаецца аднолькавай на кожным маршруце, верагоднасць паспяховага атрымання даных падвойваецца.Гэта таксама называецца прыём разнастайнасці.

Што такое MISO?

Іншымі словамі, мабільны тэлефон па-ранейшаму мае адну антэну, а колькасць антэн у базавай станцыі павялічана да дзвюх.У гэтым выпадку аднолькавыя дадзеныя перадаюцца з двух антэн-перадатчыкаў.І тады антэна прымача здольная прымаць аптымальны сігнал і дакладныя дадзеныя.

Перавага выкарыстання MISO заключаецца ў тым, што некалькі антэн і дадзеныя перамяшчаюцца ад прымача да перадатчыка.Базавая станцыя ўсё яшчэ можа адпраўляць тыя ж дадзеныя двума спосабамі;гэта не мае значэння, калі вы страціце некаторыя дадзеныя;сувязь можа працягвацца нармальна.

Нягледзячы на ​​​​тое, што максімальная ёмістасць застаецца ранейшай, узровень паспяховасці сувязі падвоіўся.Гэты метад таксама называецца разнесенай перадачай.

Нарэшце, давайце пагаворым пра MIMO.

На абодвух канцах радыёканала ёсць больш чым адна антэна, і гэта называецца MIMO - некалькі ўваходаў і множных выхадаў.MIMO можа выкарыстоўвацца для паляпшэння як трываласці канала, так і прапускной здольнасці канала.Базавая станцыя і мабільны бок могуць выкарыстоўваць дзве антэны для адпраўкі і прыёму незалежна, і гэта азначае, што хуткасць падвойваецца?

Такім чынам, ёсць чатыры шляхі перадачы паміж базавай станцыяй і мабільным тэлефонам, што здаецца нашмат больш складаным.Але, каб быць упэўненым, паколькі базавая станцыя і мабільны тэлефон маюць 2 антэны, яны могуць адпраўляць і атрымліваць дзве даныя адначасова.Такім чынам, наколькі павялічваецца максімальная ёмістасць MIMO у параўнанні з адным шляхам?З папярэдняга аналізу SIMO і MISO здаецца, што максімальная ёмістасць залежыць ад колькасці антэн з абодвух бакоў.

Сістэмы MIMO звычайна выглядаюць як A*B MIMO;A азначае колькасць антэн базавай станцыі, B азначае колькасць антэн мабільных тэлефонаў.Падумайце пра 4*4 MIMO і 4*2 MIMO.Як вы думаеце, якая ёмістасць большая?

4*4 MIMO можа адпраўляць і атрымліваць 4 каналы адначасова, а яго максімальная ёмістасць можа ў 4 разы перавышаць магутнасць сістэмы SISO.4*2 MIMO можа дасягнуць сістэмы SISO толькі ў 2 разы.

Гэта выкарыстанне некалькіх антэн і розных шляхоў перадачы ў прасторы мультыплексавання для паралельнай адпраўкі некалькіх копій розных даных для павелічэння ёмістасці называецца мультыплексаваннем з прасторавым падзелам.

Такім чынам, ці можа максімальная магутнасць перадачы ў сістэме MIMO?Прыходзім на тэст.

Мы па-ранейшаму бярэм у якасці прыкладу базавую станцыю і мабільны тэлефон з 2 антэнамі.Якім будзе шлях перадачы паміж імі?

Як бачыце, чатыры шляхі праходзяць праз аднолькавыя замірання і перашкоды, і калі даныя даходзяць да мабільнага тэлефона, яны больш не могуць адрозніць адзін аднаго.Хіба гэта не тое самае, што адзін шлях?У цяперашні час сістэма 2*2 MIMO - гэта не тое самае, што сістэма SISO?

Такім жа чынам, сістэма 2*2 MIMO можа перарасці ў SIMO, MISO і іншыя сістэмы, што азначае, што мультыплекс з касмічным падзелам зводзіцца да разнесенасці перадачы або прыёму, чаканне базавай станцыі таксама вырадзілася з высокай хуткасці на забеспячэнне паспяховасці атрымання.

І як сістэмы MIMO вывучаюцца з дапамогай матэматычных сімвалаў?

3.Сакрэт канала MIMO

Інжынеры любяць выкарыстоўваць матэматычныя сімвалы.

Інжынеры пазначылі дадзеныя з дзвюх антэн на базавай станцыі як X1 і X2, дадзеныя з антэн мабільнага тэлефона як Y1 і Y2, чатыры шляхі перадачы былі пазначаны як H11, H12, H21, H22.

Вылічыць Y1 і Y2 такім чынам лёгка.Але часам ёмістасць 2*2 MIMO можа дасягаць удвая большай за SISO, часам не можа, часам нават становіцца такой жа, як SISO.Як вы гэта тлумачыце?

Гэтую праблему можна растлумачыць канальнай карэляцыяй, пра якую мы толькі што згадвалі — чым вышэйшая карэляцыя, тым цяжэй адрозніць кожны шлях перадачы на ​​мабільным баку.Калі канал аднолькавы, то два ўраўненні становяцца адным, таму існуе толькі адзін спосаб перадачы.

Відавочна, што сакрэт канала MIMO заключаецца ў ацэнцы незалежнасці шляху перадачы.Гэта значыць, сакрэт крыецца ў H11, H12, H21 і H22.Інжынеры спрашчаюць раўнанне наступным чынам:

Інжынеры паспрабавалі спрасціць ураўненне H1, H12, H21 і H22 шляхам некаторых комплексных змяненняў і ў канчатковым выніку ператварылі ў формулу.

Два ўваходных значэння X'1 і X'2, памножце λ1 і λ2, вы можаце атрымаць Y'1 і Y'2.Што азначаюць значэнні λ1 і λ2?

Ёсць новая матрыца.Матрыца з дадзенымі толькі на адной дыяганалі называецца дыяганальнай матрыцай.Колькасць ненулявых дадзеных па дыяганалі называецца рангам матрыцы.У 2*2 MIMO гэта адносіцца да ненулявых значэнняў λ1 і λ2.

Калі ранг роўны 1, гэта азначае, што сістэма 2*2 MIMO моцна карэлюе ў прасторы перадачы, што азначае, што MIMO выраджаецца ў SISO або SIMO і можа атрымліваць і перадаваць усе дадзеныя толькі ў адзін і той жа час.

Калі ранг роўны 2, то сістэма мае два адносна незалежных прасторавых канала.Ён можа адпраўляць і атрымліваць дадзеныя адначасова.

Такім чынам, калі ранг роўны 2, прапускная здольнасць гэтых двух каналаў перадачы ўдвая перавышае прапускную здольнасць аднаго?Адказ крыецца ў суадносінах λ1 і λ2, якое яшчэ называюць умоўным лікам.

Калі ўмоўны лік роўны 1, гэта азначае, што λ1 і λ2 аднолькавыя;яны валодаюць высокай незалежнасцю.Ёмістасць сістэмы 2*2 MIMO можа дасягаць максімуму.

Калі ўмоўны лік большы за 1, гэта азначае, што λ1 і λ2 розныя.Аднак, калі ёсць два прасторавых канала, і якасць адрозніваецца, то сістэма будзе размяшчаць асноўныя рэсурсы на канале з лепшай якасцю.Такім чынам, ёмістасць сістэмы 2*2 MIMO ў 1 ці 2 разы перавышае ёмістасць сістэмы SISO.

Аднак інфармацыя генеруецца падчас касмічнай перадачы пасля таго, як базавая станцыя адправіць дадзеныя.Як базавая станцыя ведае, калі адпраўляць адзін або два каналы?

Не забывайце, і сакрэтаў паміж імі няма.Мабільны тэлефон адправіць вымераны стан канала, ранг матрыцы перадачы і прапановы папярэдняга кадавання на базавую станцыю для даведкі.

На дадзены момант, я думаю, мы бачым, што MIMO аказваецца такой рэччу.