Vairāku ievades vairāku izeju (MIMO) ir antenu sistēma, kas izmanto vairākas antenas gan raidīšanas, gan uztveršanas galā, lai izveidotu vairākus kanālus starp raidīšanas un uztveršanas galiem, lai ievērojami palielinātu kanāla jaudu.
SOFTEL WIFI 6 maršrutētājs ONU
Vairāku ieeju vairāku izeju ir diezgan sarežģīts antenu dažādības paņēmiens. Daudzceļu efekti ietekmēs signāla kvalitāti, tāpēc tradicionālajām antenu sistēmām ir jāizmanto savas smadzenes, lai novērstu daudzceļu efektus. No otras puses, MIMO sistēmas izmanto daudzceļu efektus, lai uzlabotu sakaru kvalitāti. MIMO sistēmā raidītāja un saņēmēja puses izmanto vairākas antenas, kas var darboties vienlaikus, lai sazinātos. MIMO sistēmās parasti tiek izmantotas sarežģītas signālu apstrādes metodes, lai ievērojami uzlabotu uzticamību, diapazonu un caurlaidspēju. Izmantojot šīs metodes, raidītājs vienlaikus nosūta vairākus radiofrekvenču signālus, un uztvērējs atgūst datus no šiem signāliem. MIMO bezvadu sakaru sistēma ir viena no nākotnes mobilo un bezvadu sakaru sistēmu galvenajām tehnoloģijām. Acīmredzama MIMO sistēmas iezīme ir tā, ka tai ir ārkārtīgi augsta spektra izmantošanas efektivitāte. Pilnībā izmantojot esošos spektra resursus, kosmosa resursi tiek izmantoti, lai palielinātu uzticamību un efektivitāti. Beigu apstrādes sarežģītība.
atslēgas modulis
1. MIMO sistēmas kanālu modeļa modelēšana
MIMO sistēmas veiktspēja lielā mērā ir atkarīga no kanāla modeļa. Lai gan jau ir standartizēti bezvadu izplatīšanas modeļi un daudzi MIMO kanālu modeļi ir nodrošināti, pamatojoties uz lielu skaitu faktisko mērījumu un teorētisko pētījumu, ITU tos vēl nav atzinusi. Atzīts standartizēts MIMO kanāla modelis (3GPP ir formulējis MIMO kanālu modeļa standartus). Tāpēc bezvadu MIMO kanālu raksturlielumu izpratne un apguve iekštelpu un āra vidē, statisku modeļu un specifisku MIMO kanālu dinamisko modeļu izveide ir būtiska, lai izvēlētos atbilstošas sistēmas struktūras un izstrādātu izcilus signālu apstrādes algoritmus, lai realizētu potenciālos milzīgos MIMO sistēmu kanālus. Jauda, sagaidāmā veiktspēja ir kritiska.
2. MIMO sistēmas kapacitāte
Salīdzinot ar tradicionālo vienas antenas sistēmu, MIMO sistēma ir ievērojami uzlabojusies gan veiktspējas, gan datu pārraides ātruma ziņā. Pirmkārt, Telestar un Foschini veica padziļinātu MIMO sistēmas kanālu jaudas analīzi. Viņi attiecīgi analizēja Gausa troksni. Pētījumi par MIMO sistēmas kapacitāti šādos apstākļos parāda, ka, pieņemot, ka antenas ir viena no otras neatkarīgas, vairāku antenu sistēma ir ievērojami uzlabota salīdzinājumā ar vienas antenas sistēmu. Ja ir zināms kanāla pārraides raksturlielumi, Foschini pētījumi liecina, ka: kad M=N, iegūtā kanāla jauda palielinās proporcionāli N. Pie vienas pārraides jaudas un pārraides joslas platuma sistēmas kanāla kapacitāte. ir aptuveni 40 reizes augstāks nekā vienas ieejas atsevišķas izejas (SISO) sistēmai.
3. MIMO antenu masīva projektēšana
Kopumā bāzes staciju antenas ir uzstādītas augstu, un tuvā lauka izkliede ap antenu bloku ir salīdzinoši vāja. Tāpēc, lai iegūtu nekorelētus signālus uz dažādiem masīva elementiem, bieži vien ir jāsaglabā vismaz 10 reizes lielāka viļņu garuma atstarpe starp masīva elementiem. Ja antenu skaits ir liels, var rasties šķēršļi bāzes staciju līniju bloku izveidošanai. Attiecībā uz mobilajiem termināļiem, ņemot vērā bagātīgo tuva lauka izkliedētāju, parasti tiek uzskatīts, ka attālums starp antenas elementiem ir lielāks par 1/2 viļņa garuma, lai signāla korelācija būtu pietiekami vāja. Polarizētais antenu bloks var izmantot savstarpēji ortogonālus polarizācijas stāvokļus vienā un tajā pašā telpiskajā pozīcijā, lai saprastu masīva elementu šķietamo neatbilstību, tādējādi antenas bloka izmēru var relatīvi samazināt.
4. MIMO sistēmas signālu apstrāde
Masīva antenas sakaru sistēma izbalējošā vidē saskaras ar līdzkanālu traucējumiem un starpsimbolu traucējumiem. Lai tuvinātu vairāku antenu sistēmas jaudu, ir nepieciešamas labas signālu apstrādes metodes. Augstas veiktspējas, zemas sarežģītības signālu noteikšanas metodes vai locītavu noteikšanas metodes vienmēr ir bijis pētnieku karsts temats.
5. MIMO sistēmas sarežģītības problēma
Tā kā signāls MIMO sistēmā tiek paplašināts līdz divdimensiju telpai, salīdzinot ar vienas antenas sistēmu, kanālu novērtēšanas, kanālu izlīdzināšanas, dekodēšanas un noteikšanas saišu sarežģītība palielināsies līdz ar antenu skaitu vai signāla modulācijas secības palielināšana. Algoritma aprēķina apjoms tieši ietekmēs apstrādes aizkavi, ierīces enerģijas patēriņu un gaidīšanas laiku. Tajā pašā laikā praktiskos lietojumos galvenais faktors, kas ierobežo MIMO sistēmas, ir augstās izmaksas, ko rada vairākas radiofrekvenču saites. Lai samazinātu "programmatūras" skaitļošanas sarežģītību, nodrošināt vienkāršākas un efektīvākas signālu apstrādes metodes un dažādas telpas-laika kodēšanas un dekodēšanas shēmas MIMO sistēmām. Lai samazinātu "aparatūras" izmaksas, antenas izvēle ir ļoti svarīga tehnoloģija, kas var ievērojami samazināt apstrādes sarežģītību un aparatūras izmaksas, vienlaikus saglabājot MIMO tehnoloģijas priekšrocības, un ir vērsta uz pētniecību, lai veicinātu MIMO sistēmu praktisku pielietojumu.
6. MIMO sistēmu daudzveidība un multipleksēšana
MIMO sistēmas būtība ir nodrošināt dažādības pastiprinājumu un multipleksēšanas pastiprinājumu. Pirmais garantē sistēmas pārraides uzticamību, bet otrais uzlabo sistēmas pārraides ātrumu. Lielākā daļa agrīnās literatūras koncentrējās uz pārraides daudzveidības un telpiskās multipleksēšanas izmantošanu atsevišķi vai kombinācijā ar kodēšanu. Pētījumi ir parādījuši, ka vairāku antenu sistēmas var vienlaikus nodrošināt dažādību un telpisko multipleksēšanu, un starp tām ir kompromiss. Ir vērts izpētīt, lai maksimāli palielinātu sistēmas ieguvumu, racionāli izmantojot divus dažādības un multipleksēšanas režīmus MIMO sistēmās.
7. (Multi-cell) Daudzlietotāju MIMO sistēma
Teorētiski daudzlietotāju MIMO sistēmas jaudas domēns ir atrisināts, taču joprojām nav labi atrisināts, kā panākt, lai kapacitātes domēns atbilstu dažādu lietotāju pārraides ātruma prasībām. Turklāt apraides kanālā, pateicoties starpantenām un starplietotāju traucējumiem MIMO sistēmā, kā izveidot pārraides vektoru, lai novērstu kopkanāla traucējumus starp lietotājiem, kā padarīt sistēmas jaudu un jaudas kontroli katra lietotāja specifiskā QoS, kad jauda ir ierobežota. Optimizācijas problēma un ar to saistītās tehnoloģijas vairāku šūnu daudzlietotāju sistēmu klātbūtnē joprojām ir izpētes uzmanības centrā.
MIMO tehnoloģijas pamatprincipi
MIMO tehnoloģija attiecas uz vairāku raidīšanas antenu un uztveršanas antenu izmantošanu attiecīgi raidīšanas un uztveršanas galā, lai signāli tiktu pārraidīti un saņemti caur vairākām antenām raidīšanas un uztveršanas galā, tādējādi uzlabojot sakaru kvalitāti. Tas var pilnībā izmantot kosmosa resursus, realizēt vairākas pārraides un vairākas uztveršanas, izmantojot vairākas antenas, un var dubultot sistēmas kanāla jaudu, nepalielinot spektra resursus un antenas pārraides jaudu, parādot acīmredzamas priekšrocības, un tas tiek uzskatīts par nākamās paaudzes mobilajām ierīcēm. komunikācijas tehnoloģija. MIMO tehnoloģijas būtība ir nodrošināt sistēmai telpas daudzveidības pieaugumu un telpas multipleksēšanas pastiprinājumu.
Raidīšanas gals kartē datu signālu, kas jānosūta uz vairākām antenām, izmantojot telpas-laika kartēšanu, un uztverošais gals veic katras antenas saņemto signālu telpas un laika dekodēšanu, lai atgūtu pārraidītā gala nosūtīto datu signālu. Saskaņā ar dažādām telpas un laika kartēšanas metodēm MIMO tehnoloģiju var aptuveni iedalīt divās kategorijās: telpas daudzveidība un telpas multipleksēšana. Telpas daudzveidība attiecas uz vairāku raidīšanas antenu izmantošanu, lai nosūtītu signālus ar vienu un to pašu informāciju pa dažādiem ceļiem un vienlaikus iegūtu vairākus neatkarīgi izbalējošus viena un tā paša datu simbola signālus uztvērējā, lai iegūtu uztveršanas uzticamību, ko uzlabo dažādība. Piemēram, lēnā Rayleigh izbalēšanas kanālā, izmantojot vienu raidīšanas antenu un n uztveršanas antenas, pārraidītais signāls iziet cauri n dažādiem ceļiem. Ja izbalēšana starp antenām ir neatkarīga, maksimālo dažādības pastiprinājumu var iegūt kā n. Pārraides dažādības tehnoloģijai ir arī jāizmanto vairāku ceļu ieguvums, lai uzlabotu sistēmas uzticamību. Sistēmā ar m raidīšanas antenām un n uztverošām antenām, ja ceļa pastiprinājumi starp antenu pāriem ir neatkarīgi un vienmērīgi sadalīti Reilija izbalēšana, maksimālais dažādības pastiprinājums, ko var iegūt, ir mn. Pašlaik MIMO sistēmās plaši izmantotās kosmosa daudzveidības tehnoloģijas galvenokārt ietver Space Time Block Code (Space Time Block Code, STBC) un staru kūļa veidošanas tehnoloģijas. STBC ir svarīga kodēšanas forma, kuras pamatā ir pārraides dažādība, no kurām visvienkāršākā ir Alamouti shēma, kas paredzēta divām antenām.
STBC metodes vissvarīgākā daļa ir panākt, lai signāla vektori, kas tiek pārraidīti uz vairākām antenām, ir ortogonāli viens otram. Izmantojot STBC tehnoloģiju, var panākt pilnīgas dažādības efektu, tas ir, ja STBC tehnoloģiju izmanto sistēmā ar M raidīšanas antenu un N uztveršanas antenu, maksimālais dažādības pastiprinājums ir MN. Staru veidošanas tehnoloģija ir to pašu datu nosūtīšana, izmantojot dažādas raidīšanas antenas, lai veidotu formas starus, kas vērsti uz noteiktiem lietotājiem, tādējādi efektīvi uzlabojot antenas pastiprinājumu. Lai maksimāli palielinātu uz lietotāju vērstā stara signāla stiprumu, staru kūļa veidošanas tehnoloģijai parasti ir jāaprēķina katras raidīšanas antenas nosūtīto datu fāze un jauda, ko sauc arī par staru kūļa formēšanas vektoru. Izplatītas staru kūļa formēšanas vektora aprēķināšanas metodes ietver maksimālās īpašvērtības vektoru, MUSIC algoritmu utt. Maksimālais raidīšanas dažādības pastiprinājums, ko var iegūt, izmantojot staru kūļa formēšanas tehnoloģiju M raidīšanas antenām, ir M. Telpiskās multipleksēšanas tehnoloģija ir sadalīt pārsūtāmos datus vairākos datos. straumes un pēc tam pārraidīt tās uz dažādām antenām, tādējādi palielinot sistēmas pārraides ātrumu. Parasti izmantotā telpiskās multipleksēšanas metode ir Bell Laboratories piedāvātais vertikālais slāņveida telpas-laika kods, tas ir, V-BLAST tehnoloģija.
