Keluaran berbilang input berbilang (MIMO) ialah sistem antena yang menggunakan berbilang antena pada kedua-dua hujung pemancar dan hujung penerima untuk membentuk berbilang saluran antara hujung pemancar dan penerima untuk meningkatkan kapasiti saluran dengan banyak.
Berbilang input berbilang output ialah teknik kepelbagaian antena yang agak rumit. Kesan berbilang laluan akan menjejaskan kualiti isyarat, jadi sistem antena tradisional perlu menggunakan otak mereka untuk menghapuskan kesan berbilang laluan. Sistem MIMO, sebaliknya, menggunakan kesan berbilang laluan untuk meningkatkan kualiti komunikasi. Dalam sistem MIMO, pihak pemancar dan penerima menggunakan berbilang antena yang boleh berfungsi serentak untuk berkomunikasi. Sistem MIMO biasanya menggunakan teknik pemprosesan isyarat yang kompleks untuk meningkatkan kebolehpercayaan, julat dan daya pemprosesan dengan ketara. Menggunakan teknik ini, pemancar menghantar berbilang isyarat frekuensi radio secara serentak, dan penerima memulihkan data daripada isyarat ini. Sistem komunikasi tanpa wayar MIMO ialah salah satu teknologi utama sistem komunikasi mudah alih dan wayarles masa hadapan. Ciri yang jelas bagi sistem MIMO ialah ia mempunyai kecekapan penggunaan spektrum yang sangat tinggi. Atas dasar menggunakan sepenuhnya sumber spektrum sedia ada, sumber ruang digunakan untuk mendapatkan keuntungan dalam kebolehpercayaan dan keberkesanan. Tamatkan kerumitan pemprosesan.
modul utama
1. Pemodelan model saluran sistem MIMO
Prestasi sistem MIMO sebahagian besarnya bergantung pada model saluran. Walaupun sudah ada model perambatan wayarles terpiawai dan banyak model saluran MIMO telah disediakan berdasarkan sejumlah besar pengukuran sebenar dan kerja penyelidikan teori, mereka masih belum diiktiraf oleh ITU. Model saluran MIMO piawai yang diiktiraf (3GPP telah merumuskan piawaian model saluran untuk MIMO). Oleh itu, memahami dan menguasai ciri-ciri saluran MIMO tanpa wayar dalam persekitaran dalaman dan luaran, mewujudkan model statik dan model dinamik khusus saluran MIMO, adalah penting untuk memilih struktur sistem yang sesuai dan mereka bentuk algoritma pemprosesan isyarat yang sangat baik untuk merealisasikan potensi saluran besar sistem MIMO. Kapasiti, mencapai prestasi yang diharapkan adalah kritikal.
2. Kapasiti sistem MIMO
Berbanding dengan sistem antena tunggal tradisional, sistem MIMO telah bertambah baik dari segi prestasi dan kadar penghantaran data. Pertama, Telestar dan Foschini menjalankan analisis mendalam tentang kapasiti saluran sistem MIMO. Mereka masing-masing menganalisis hingar Gaussian Penyelidikan tentang kapasiti sistem MIMO di bawah keadaan berikut menunjukkan bahawa, di bawah andaian bahawa antena adalah bebas antara satu sama lain, sistem multi-antena bertambah baik dengan ketara berbanding dengan sistem antena tunggal. Dalam hal mengetahui ciri penghantaran saluran, penyelidikan Foschini menunjukkan bahawa: apabila M=N, kapasiti saluran yang diperoleh meningkat secara berkadar kepada N. Di bawah kuasa penghantaran dan lebar jalur penghantaran yang sama, kapasiti saluran sistem adalah kira-kira 40 kali lebih tinggi daripada sistem single-input single-out (SISO).
3. Reka bentuk susunan antena MIMO
Secara amnya, antena stesen pangkalan didirikan tinggi, dan taburan medan dekat di sekeliling tatasusunan antena agak lemah. Oleh itu, untuk mendapatkan isyarat tidak berkorelasi pada elemen tatasusunan yang berbeza, selalunya perlu mengekalkan sekurang-kurangnya 10 kali jarak jarak gelombang antara elemen tatasusunan. Apabila bilangan antena adalah besar, mungkin terdapat halangan untuk mendirikan tatasusunan talian stesen pangkalan. Untuk terminal mudah alih, disebabkan oleh penyebar medan dekat yang banyak, secara amnya dipercayai bahawa jarak antara elemen antena adalah lebih daripada 1/2 panjang gelombang untuk menjadikan korelasi isyarat cukup lemah. Tatasusunan antena terkutub boleh menggunakan keadaan polarisasi yang saling ortogon pada kedudukan spatial yang sama untuk menyedari ketidakrelevanan jelas unsur tatasusunan, supaya saiz tatasusunan antena boleh dikurangkan secara relatif.
4. Pemprosesan isyarat sistem MIMO
Sistem komunikasi antena tatasusunan dalam persekitaran yang pudar menghadapi gangguan saluran bersama dan gangguan antara simbol. Untuk mendekati kapasiti sistem multi-antena, teknik pemprosesan isyarat yang baik diperlukan. Kaedah pengesanan isyarat berprestasi tinggi, kerumitan rendah atau kaedah pengesanan bersama sentiasa menjadi topik hangat para penyelidik.
5. Masalah kerumitan sistem MIMO
Memandangkan isyarat dalam sistem MIMO dilanjutkan kepada ruang masa dua dimensi, berbanding dengan sistem antena tunggal, kerumitan anggaran saluran, penyamaan saluran, penyahkodan dan pautan pengesanan akan meningkat dengan bilangan antena atau peningkatan susunan modulasi isyarat. Jumlah pengiraan algoritma secara langsung akan menjejaskan kelewatan pemprosesan, penggunaan kuasa peranti dan masa siap sedia. Pada masa yang sama, dalam aplikasi praktikal, faktor utama yang mengehadkan sistem MIMO ialah kos tinggi yang dibawa oleh pelbagai pautan frekuensi radio. Untuk mengurangkan kerumitan pengiraan "perisian", menyediakan kaedah pemprosesan isyarat yang lebih mudah dan berkesan serta pelbagai skim pengekodan dan penyahkodan ruang masa untuk sistem MIMO. Untuk mengurangkan kos "perkakasan", pemilihan antena ialah teknologi yang sangat kritikal, yang boleh mengurangkan kerumitan pemprosesan dan kos perkakasan dengan banyak sambil mengekalkan kelebihan teknologi MIMO, dan merupakan tumpuan penyelidikan untuk mempromosikan aplikasi praktikal sistem MIMO .
6. Kepelbagaian dan pemultipleksan sistem MIMO
Intipati sistem MIMO adalah untuk memberikan keuntungan kepelbagaian dan keuntungan pemultipleksan. Yang pertama menjamin kebolehpercayaan penghantaran sistem, dan yang kedua meningkatkan kadar penghantaran sistem. Kebanyakan kesusasteraan awal memberi tumpuan kepada penggunaan kepelbagaian penghantaran dan pemultipleksan spatial sahaja atau digabungkan dengan pengekodan. Kajian telah menunjukkan bahawa sistem berbilang antena boleh memberikan kepelbagaian dan pemultipleksan ruang pada masa yang sama, dan terdapat pertukaran antara kedua-duanya. Perlu diterokai untuk memaksimumkan keuntungan sistem dengan menggunakan secara rasional dua mod kepelbagaian dan pemultipleksan dalam sistem MIMO.
7. (Berbilang sel) Sistem MIMO berbilang pengguna
Secara teorinya, domain kapasiti sistem MIMO berbilang pengguna telah diselesaikan, tetapi bagaimana untuk membuat domain kapasiti memenuhi keperluan kadar penghantaran pelbagai pengguna masih belum diselesaikan dengan baik. Tambahan pula, dalam saluran penyiaran, disebabkan oleh gangguan antara antena dan antara pengguna dalam sistem MIMO, bagaimana mereka bentuk vektor penghantaran untuk menghapuskan gangguan saluran bersama antara pengguna, bagaimana untuk membuat kapasiti sistem dan kawalan kuasa QoS khusus setiap pengguna apabila kuasa terhad Masalah pengoptimuman dan teknologi berkaitan dengan kehadiran sistem berbilang pengguna berbilang sel masih menjadi tumpuan penyelidikan.
Prinsip Asas Teknologi MIMO
Teknologi MIMO merujuk kepada penggunaan berbilang antena pemancar dan antena penerima masing-masing pada hujung pemancar dan penerima, supaya isyarat dihantar dan diterima melalui berbilang antena di hujung pemancar dan penerima, dengan itu meningkatkan kualiti komunikasi. Ia boleh menggunakan sepenuhnya sumber ruang, merealisasikan berbilang penghantaran dan berbilang penerimaan melalui berbilang antena, dan boleh menggandakan kapasiti saluran sistem tanpa meningkatkan sumber spektrum dan kuasa penghantaran antena, menunjukkan kelebihan yang jelas, dan dianggap sebagai generasi mudah alih seterusnya. teknologi komunikasi. Intipati teknologi MIMO adalah untuk menyediakan keuntungan kepelbagaian ruang dan keuntungan pemultipleksan ruang untuk sistem.
Hujung pemancar memetakan isyarat data untuk dihantar ke berbilang antena melalui pemetaan ruang masa, dan hujung penerima melakukan penyahkodan ruang masa pada isyarat yang diterima oleh setiap antena untuk memulihkan isyarat data yang dihantar oleh hujung pemancar. Mengikut kaedah pemetaan ruang-masa yang berbeza, teknologi MIMO boleh dibahagikan secara kasar kepada dua kategori: kepelbagaian ruang dan pemultipleksan ruang. Kepelbagaian ruang merujuk kepada penggunaan berbilang antena pemancar untuk menghantar isyarat dengan maklumat yang sama melalui laluan yang berbeza, dan pada masa yang sama memperoleh berbilang isyarat pudar bebas simbol data yang sama pada penerima, untuk mendapatkan kebolehpercayaan penerimaan yang dipertingkatkan oleh kepelbagaian. Contohnya, dalam saluran pudar Rayleigh yang perlahan, menggunakan satu antena pemancar dan n antena penerima, isyarat yang dihantar melalui n laluan yang berbeza. Jika pudar antara antena adalah bebas, keuntungan kepelbagaian maksimum boleh diperolehi sebagai n. Untuk menghantar teknologi kepelbagaian, ia juga menggunakan keuntungan berbilang laluan untuk meningkatkan kebolehpercayaan sistem. Dalam sistem dengan m antena pemancar dan n antena penerima, jika perolehan laluan antara pasangan antena adalah bebas dan pudar Rayleigh teragih seragam, keuntungan kepelbagaian maksimum yang boleh diperolehi ialah mn. Pada masa ini, teknologi kepelbagaian angkasa yang biasa digunakan dalam sistem MIMO terutamanya termasuk Kod Blok Masa Angkasa (Kod Blok Masa Angkasa, STBC) dan teknologi pembentuk sinar. STBC ialah borang pengekodan penting berdasarkan kepelbagaian penghantaran, yang paling asas ialah skema Alamouti yang direka untuk dua antena.
Bahagian yang paling penting dalam kaedah STBC adalah untuk membuat vektor isyarat yang akan dihantar pada berbilang antena ortogon antara satu sama lain. Penggunaan teknologi STBC boleh mencapai kesan kepelbagaian penuh, iaitu apabila teknologi STBC digunakan dalam sistem dengan antena pemancar M dan antena penerima N, keuntungan kepelbagaian maksimum ialah MN. Teknologi pembentuk pancaran adalah untuk menghantar data yang sama melalui antena pemancar yang berbeza untuk membentuk pancaran berbentuk ditujukan kepada pengguna tertentu, dengan itu meningkatkan keuntungan antena dengan berkesan. Untuk memaksimumkan kekuatan isyarat pancaran yang ditujukan kepada pengguna, teknologi pembentuk pancaran biasanya perlu mengira fasa dan kuasa data yang dihantar pada setiap antena pemancar, yang juga dipanggil vektor pembentuk pancaran. Kaedah pengiraan vektor pembentuk pancaran biasa termasuk vektor nilai eigen maksimum, algoritma MUZIK, dsb. Keuntungan kepelbagaian pancaran maksimum yang boleh diperoleh dengan menggunakan teknologi pembentuk pancaran untuk antena pemancar M ialah M. Teknologi pemultipleksan ruang adalah untuk membahagikan data yang akan dihantar kepada beberapa data aliran, dan kemudian menghantarnya pada antena yang berbeza, dengan itu meningkatkan kadar penghantaran sistem. Kaedah pemultipleksan spatial yang biasa digunakan ialah kod ruang masa berlapis menegak yang dicadangkan oleh Bell Laboratories, iaitu teknologi V-BLAST.
