Hvad er MIMO?

1.   Hvad er MIMO?

I denne epoke med indbyrdes forbundethed, ser mobiltelefoner, som vinduet for os til at kommunikere med omverdenen, ud til at være blevet en del af vores kroppe.

Men mobiltelefonen kan ikke surfe på internettet alene, mobiltelefonens kommunikationsnet er blevet lige så vigtigt som vand og elektricitet for mennesker.Når du surfer på internettet, mærker du ikke vigtigheden af ​​disse helte bag kulisserne.Når først du går, føler du, at du ikke kan leve længere.

Der var engang, mobiltelefoners internet blev opkrævet af trafikken, den gennemsnitlige persons indkomst er et par hundrede mønter, men 1MHz skal bruge en mønt.Så når du ser Wi-Fi, vil du føle dig sikker.

Lad os se, hvordan en trådløs router ser ud.

8 antenner, det ligner edderkopper.

Kan signalet gå gennem to eller flere vægge?Eller vil internethastigheden fordobles?

Disse effekter kan opnås af en router, og det opnås med mange antenner, den berømte MIMO-teknologi.

MIMO, som er Multi-input Multi output.

Det er svært at forestille sig det, ikke?Hvad er Multi-input Multi-output, hvordan kan antenner opnå alle effekter?Når du surfer på internettet via et netværkskabel, er forbindelsen mellem computeren og internettet naturligvis et fysisk kabel.Lad os nu forestille os, når vi bruger antenner til at sende signaler gennem luften ved hjælp af elektromagnetiske bølger.Luften fungerer som en ledning, men er virtuel, en kanal til at transmittere signaler kaldet en trådløs kanal.

Så hvordan kan du gøre internettet hurtigere?

Ja, du har ret!Det kan løses med et par flere antenner, et par flere virtuelle ledninger sammen til at sende og modtage data.MIMO er designet til den trådløse kanal.

Det samme som trådløse routere, 4G-basestation og din mobiltelefon gør det samme.

Takket være MIMO Technology, som er tæt integreret med 4G, kan vi opleve internettets hurtigere hastighed.Samtidig er mobiltelefonoperatørernes omkostninger reduceret betydeligt;vi kan bruge mindre for at opleve hurtigere og ubegrænset internethastighed.Nu kan vi endelig slippe af med vores afhængighed af Wi-Fi og surfe på internettet hele tiden.

Lad mig nu introducere, hvad MIMO er?

2.MIMO-klassifikation

Først og fremmest henviser den MIMO, vi nævnte tidligere, til den betydelige stigning i netværkshastigheden i download.Det skyldes, at vi i øjeblikket har en meget større efterspørgsel efter downloads.Tænk over det, du kan downloade snesevis af GHz-videoer, men uploade for det meste kun et par MHz.

Da MIMO kaldes multiple input og multiple output, skabes flere transmissionsveje af flere antenner.Naturligvis understøtter basestationen ikke kun transmission af flere antenner, men mobiltelefonen skal også mødes med modtagelse af flere antenner.

Lad os tjekke følgende enkle tegning: (Faktisk er basestationens antenne enorm, og mobiltelefonantennen er lille og skjult. Men selv med forskellige muligheder er de i de samme kommunikationspositioner.)

I henhold til antallet af antenner på basestation og mobiltelefoner kan den opdeles i fire typer: SISO, SIMO, MISO og MIMO.

SISO: Single Input og Single Output

SIMO: Single Input og Multiple Output

MISO: Multiple Input og Single Output

MIMO: Multiple Output og Multiple Output

Lad os starte med SISO:

Den enkleste form kan defineres i MIMO-termer som SISO – Single Input Single Output.Denne sender fungerer med én antenne som modtageren.Der er ingen mangfoldighed, og der kræves ingen yderligere behandling.

Der er en antenne til basestationen og en til mobiltelefonen;de forstyrrer ikke hinanden - transmissionsvejen mellem dem er den eneste forbindelse.

Der er ingen tvivl om, at et sådant system er meget skrøbeligt, er en lille vej.Enhver uventet situation vil direkte udgøre en trussel mod kommunikation.

SIMO er bedre, fordi modtagelsen af ​​telefonen er forbedret.

Som du kan se, kan mobiltelefonen ikke ændre det trådløse miljø, så den ændrer sig selv – mobiltelefonen tilføjer en antenne til sig selv.

På denne måde kan beskeden sendt fra basestationen nå frem til mobiltelefonen på to måder!Det er bare, at de begge kommer fra den samme antenne på basestationen og kun kan sende de samme data.

Som følge heraf gør det ikke noget, hvis du mister nogle data på hver rute.Så længe telefonen kan modtage en kopi fra enhver sti, selvom den maksimale kapacitet forbliver den samme på hver rute, fordobles sandsynligheden for at modtage data med succes.Dette kaldes også modtage mangfoldighed.

Hvad er MISO?

Med andre ord har mobiltelefonen stadig én antenne, og antallet af antenner i basestationen øges til to.I dette tilfælde transmitteres de samme data fra de to senderantenner.Og modtagerantenne er så i stand til at modtage det optimale signal og nøjagtige data.

Fordelen ved at bruge MISO er, at de flere antenner og data flyttes fra modtageren til senderen.Basestationen kan stadig sende de samme data på to måder;det gør ikke noget, hvis du mister nogle data;kommunikationen kan forløbe normalt.

Selvom den maksimale kapacitet forbliver den samme, er succesraten for kommunikation fordoblet.Denne metode kaldes også transmitterende diversitet.

Lad os endelig tale om MIMO.

Der er mere end én antenne i hver ende af radioforbindelsen, og dette kaldes MIMO – Multiple Input Multiple Output.MIMO kan bruges til at give forbedringer i både kanal robusthed såvel som kanalgennemstrømning.Basestationen og mobilsiden kan begge bruge to antenner til at sende og modtage uafhængigt, og det betyder, at hastigheden er fordoblet?

På denne måde er der fire transmissionsruter mellem basestationen og mobiltelefonen, hvilket ser ud til at være meget mere kompliceret.Men for at være sikker, fordi basestationen og mobiltelefonsiden begge har 2 antenner, kan den sende og modtage to data samtidigt.Så hvor meget øges MIMOs maksimale kapacitet sammenlignet med én vej?Ud fra den tidligere analyse af SIMO og MISO ser det ud til, at den maksimale kapacitet afhænger af antallet af antenner på begge sider.

MIMO-systemerne er generelt som A*B MIMO;A betyder antallet af basestations antenner, B betyder antallet af mobiltelefonantenner.Tænk på 4*4 MIMO og 4*2 MIMO.Hvad tror du, hvilken kapacitet er størst?

4*4 MIMO kan sende og modtage 4 kanaler samtidigt, og dens maksimale kapacitet kan nå op på 4 gange SISO-systemets.4*2 MIMO kan kun nå 2 gange SISO-systemet.

Dette ved at bruge flere antenner og forskellige transmissionsveje i multiplekseringsrummet til at sende flere kopier af forskellige data parallelt for at øge kapaciteten kaldes rumdelingsmultipleks.

Så kan den maksimale transmissionskapacitet i MIMO-systemet?Lad os komme til testen.

Vi tager stadig basestationen og mobiltelefonen med 2 antenner som eksempel.Hvad ville transmissionsvejen mellem dem være?

Som du kan se, går de fire veje gennem den samme fading og interferens, og når data når mobiltelefonen, kan de ikke længere skelne hinanden.Er det ikke det samme som én vej?På nuværende tidspunkt er 2*2 MIMO-systemet ikke det samme som SISO-systemet?

På samme måde kan 2*2 MIMO-system degenerere til SIMO, MISO og andre systemer, hvilket betyder, at rumdelingsmultiplex reduceres til transmissionsdiversitet eller modtagediversiteten, forventningen til basestationen er også degenereret fra at forfølge højhastighed til at sikre succesraten for modtagelsen.

Og hvordan studeres MIMO-systemer ved hjælp af matematiske symboler?

3.Hemmeligheden bag MIMO-kanalen

Ingeniører elsker at bruge matematiske symboler.

Ingeniører markerede data fra de to antenner på basestationen som X1 og X2, data fra mobiltelefonantennerne som Y1 og Y2, de fire transmissionsveje blev markeret som H11, H12, H21, H22.

Det er nemt at beregne Y1 og Y2 på denne måde.Men nogle gange kan kapaciteten på 2*2 MIMO nå det dobbelte af SISO, nogle gange kan det ikke, nogle gange endda blive det samme som SISO.Hvordan forklarer du det?

Dette problem kan forklares ved kanalkorrelationen, som vi lige har nævnt - jo højere korrelationen er, jo sværere er det at skelne hver transmissionsvej på mobilsiden.Hvis kanalen er den samme, bliver de to ligninger én, så der er kun én måde at overføre den på.

Det er klart, at hemmeligheden bag MIMO-kanalen ligger i bedømmelsen af ​​transmissionsvejens uafhængighed.Det vil sige, at hemmeligheden ligger i H11, H12, H21 og H22.Ingeniører forenkler ligningen som følger:

Ingeniører forsøgte at forenkle H1, H12, H21 og H22 gennem nogle komplekse ændringer, ligningen og til sidst konverteret til formlen.

To indgange X'1 og X'2, gange λ1 og λ2, du kan få Y'1 og Y'2.Hvad betyder værdierne af λ1 og λ2?

Der er en ny matrix.En matrix med data på kun én diagonal kaldes en diagonal matrix.Antallet af ikke-nul data på diagonalen kaldes matrixens rang.I 2*2 MIMO refererer det til ikke-nul værdier af λ1 og λ2.

Hvis rangeringen er 1, betyder det, at 2*2 MIMO-systemet er meget korreleret i transmissionsrummet, hvilket betyder, at MIMO degenererer til SISO eller SIMO og kan kun modtage og transmittere alle data på samme tid.

Hvis rangen er 2, så har systemet to relativt uafhængige rumlige kanaler.Den kan sende og modtage data på samme tid.

Så hvis rangen er 2, er kapaciteten af ​​disse to transmissionskanaler dobbelt så stor som én?Svaret ligger i forholdet λ1 og λ2, som også kaldes det betingede tal.

Hvis det betingede tal er 1, betyder det, at λ1 og λ2 er ens;de har høj selvstændighed.Kapaciteten af ​​2*2 MIMO-systemet kan nå det maksimale.

Hvis det betingede tal er højere end 1, betyder det, at λ1 og λ2 er forskellige.Der er dog to rumlige kanaler, og kvaliteten er forskellig, så vil systemet lægge hovedressourcerne på kanalen med bedre kvalitet.På denne måde er 2*2 MIMO-systemkapacitet 1 eller 2 gange SISO-systemet.

Imidlertid genereres informationen under rumtransmission, efter at basestationen har sendt dataene.Hvordan ved basestationen, hvornår den skal sende en eller to kanaler?

Glem det ikke, og der er ingen hemmeligheder mellem dem.Mobiltelefonen sender dens målte kanaltilstand, transmissionsmatrixens rangering og forslag til prækodning til basestationen som reference.

På dette tidspunkt tror jeg, vi kan se, at MIMO viser sig at være sådan noget.