Ko'p kirishli ko'p chiqish (MIMO) - bu kanal sig'imini sezilarli darajada oshirish uchun uzatish va qabul qilish uchlari o'rtasida bir nechta kanallarni hosil qilish uchun uzatuvchi va qabul qiluvchi uchida bir nechta antennalardan foydalanadigan antenna tizimi.
Ko'p kirishli ko'p chiqish - bu antenna xilma-xilligining ancha murakkab usuli. Ko'p yo'l effektlari signal sifatiga ta'sir qiladi, shuning uchun an'anaviy antenna tizimlari ko'p yo'nalishli effektlarni qanday bartaraf etishda o'z miyalarini ishlatishi kerak. Boshqa tomondan, MIMO tizimlari aloqa sifatini yaxshilash uchun ko'p yo'nalishli effektlardan foydalanadi. MIMO tizimida uzatuvchi va qabul qiluvchi tomonlar muloqot qilish uchun bir vaqtning o'zida ishlay oladigan bir nechta antennalardan foydalanadilar. MIMO tizimlari odatda ishonchlilik, diapazon va o'tkazish qobiliyatini sezilarli darajada oshirish uchun signalni qayta ishlashning murakkab usullaridan foydalanadi. Ushbu usullardan foydalanib, transmitter bir vaqtning o'zida bir nechta radio chastotali signallarni yuboradi va qabul qiluvchi ushbu signallardan ma'lumotlarni tiklaydi. MIMO simsiz aloqa tizimi kelajakdagi mobil va simsiz aloqa tizimlarining asosiy texnologiyalaridan biridir. MIMO tizimining aniq xususiyati shundaki, u juda yuqori spektrdan foydalanish samaradorligiga ega. Mavjud spektr resurslaridan to'liq foydalanish asosida ishonchlilik va samaradorlikni oshirish uchun kosmik resurslardan foydalaniladi. Yakuniy ishlov berishning murakkabligi.
kalit moduli
1. MIMO tizimi kanal modelini modellashtirish
MIMO tizimining ishlashi ko'p jihatdan kanal modeliga bog'liq. Standartlashtirilgan simsiz tarqalish modellari allaqachon mavjud bo'lsa-da va ko'plab MIMO kanal modellari ko'plab haqiqiy o'lchovlar va nazariy tadqiqot ishlari asosida taqdim etilgan bo'lsa-da, ular hali XEI tomonidan tan olinmagan. Tan olingan standartlashtirilgan MIMO kanal modeli (3GPP MIMO uchun kanal modeli standartlarini ishlab chiqqan). Shu sababli, ichki va tashqi muhitda simsiz MIMO kanallarining xususiyatlarini tushunish va o'zlashtirish, MIMO kanallarining statik modellari va o'ziga xos dinamik modellarini o'rnatish tegishli tizim tuzilmalarini tanlash va MIMO tizimlarining potentsial ulkan kanallarini amalga oshirish uchun ajoyib signalni qayta ishlash algoritmlarini loyihalash uchun juda muhimdir. Imkoniyatlar, kutilgan ko'rsatkichlarga erishish juda muhimdir.
2. MIMO tizimining sig'imi
An'anaviy yagona antennali tizim bilan solishtirganda, MIMO tizimi ishlash va ma'lumotlarni uzatish tezligi jihatidan ancha yaxshilandi. Birinchidan, Telestar va Foschini MIMO tizimining kanal sig'imini chuqur tahlil qilishdi. Ular mos ravishda Gauss shovqinini tahlil qildilar Quyidagi sharoitlarda MIMO tizimining sig'imi bo'yicha tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, antennalar bir-biridan mustaqil bo'lganligi sababli, ko'p antennali tizim bir antennali tizimga nisbatan sezilarli darajada yaxshilangan. Kanalning uzatish xususiyatlarini bilish holatida, Foschini tadqiqoti shuni ko'rsatadiki: M=N bo'lganda, olingan kanal sig'imi N ga mutanosib ravishda ortadi. Bir xil uzatish quvvati va uzatish o'tkazuvchanligi ostida tizimning kanal sig'imi. Yagona kirish tizimidan (SISO) taxminan 40 baravar yuqori.
3. MIMO antenna massivini loyihalash
Umuman olganda, tayanch stansiya antennalari baland o'rnatilgan va antennalar qatori atrofida yaqin maydonning tarqalishi nisbatan zaif. Shuning uchun, turli massiv elementlarida o'zaro bog'liq bo'lmagan signallarni olish uchun ko'pincha massiv elementlari orasidagi to'lqin uzunligi oralig'ini kamida 10 marta saqlash kerak. Antennalar soni ko'p bo'lsa, tayanch stansiya liniyasi massivlarini o'rnatishda to'siqlar bo'lishi mumkin. Mobil terminallar uchun mo'l-ko'l yaqin maydon tarqatuvchisi tufayli, odatda, signal korrelyatsiyasini etarlicha zaif qilish uchun antenna elementlari orasidagi masofa 1/2 to'lqin uzunligidan ko'proq ekanligiga ishonishadi. Polarizatsiyalangan antenna massivi massiv elementlarining yaqqol ahamiyatsizligini anglash uchun bir xil fazoviy holatda o'zaro ortogonal polarizatsiya holatidan foydalanishi mumkin, shunda antenna massivining o'lchami nisbatan kamayishi mumkin.
4. MIMO tizimining signallarni qayta ishlash
So'nayotgan muhitdagi massiv antenna aloqa tizimi ko-kanal shovqini va belgilararo interferentsiyaga duch keladi. Ko'p antennali tizimning sig'imiga yaqinlashish uchun signalni qayta ishlashning yaxshi usullari talab qilinadi. Yuqori samarali, past murakkablikdagi signalni aniqlash usullari yoki qo'shma aniqlash usullari har doim tadqiqotchilar uchun dolzarb mavzu bo'lib kelgan.
5. MIMO tizimining murakkablik muammosi
MIMO tizimidagi signal bir antennali tizim bilan solishtirganda ikki o'lchovli fazo-vaqtga kengaytirilganligi sababli, kanalni baholash, kanalni tenglashtirish, dekodlash va aniqlash havolalarining murakkabligi antennalar soni yoki soni ortib boradi. signal modulyatsiyasi tartibini oshirish. Algoritmni hisoblash miqdori to'g'ridan-to'g'ri ishlov berish kechikishiga, qurilma quvvat sarfiga va kutish vaqtiga ta'sir qiladi. Shu bilan birga, amaliy qo'llanmalarda MIMO tizimlarini cheklovchi asosiy omil - bu bir nechta radiochastota havolalarining yuqori narxidir. "Dasturiy ta'minot" ning hisoblash murakkabligini kamaytirish uchun signalni qayta ishlashning sodda va samarali usullarini va MIMO tizimlari uchun turli xil fazo-vaqt kodlash va dekodlash sxemalarini taqdim eting. "Uskuna" narxini pasaytirish uchun antennani tanlash juda muhim texnologiya bo'lib, MIMO texnologiyasining afzalliklarini saqlab qolgan holda ishlov berish murakkabligi va apparat narxini sezilarli darajada kamaytiradi va MIMO tizimlarini amaliy qo'llashni rag'batlantirish uchun tadqiqot yo'nalishi hisoblanadi.
6. MIMO tizimlarining xilma-xilligi va multipleksatsiyasi
MIMO tizimining mohiyati xilma-xillikni oshirish va multiplekslash daromadini ta'minlashdir. Birinchisi tizimning uzatish ishonchliligini kafolatlaydi, ikkinchisi esa tizimning uzatish tezligini yaxshilaydi. Ilk adabiyotlarning ko'pchiligi uzatish xilma-xilligi va fazoviy multiplekslashning yakka o'zi yoki kodlash bilan birgalikda foydalanishga qaratilgan. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, ko'p antennali tizimlar bir vaqtning o'zida xilma-xillik va fazoviy multipleksatsiyani ta'minlay oladi va ikkalasi o'rtasida o'zaro kelishuv mavjud. MIMO tizimlarida xilma-xillik va multiplekslashning ikkita usulidan oqilona foydalanish orqali tizim daromadini maksimal darajada oshirishni o'rganishga arziydi.
7. (Ko'p hujayrali) Ko'p foydalanuvchili MIMO tizimi
Nazariy jihatdan, ko'p foydalanuvchili MIMO tizimining sig'im domeni hal qilingan, ammo sig'im domenini turli foydalanuvchilarning uzatish tezligi talablariga qanday javob berish hali ham yaxshi hal qilinmagan. Bundan tashqari, translyatsiya kanalida, MIMO tizimidagi antennalararo va foydalanuvchilararo aralashuvlar tufayli, foydalanuvchilar o'rtasidagi ko-kanal shovqinini bartaraf etish uchun uzatish vektorini qanday loyihalash, tizim sig'imi va quvvatni boshqarishni qanday qilish kerak. Quvvat cheklanganda har bir foydalanuvchining o'ziga xos QoS. Ko'p hujayrali ko'p foydalanuvchili tizimlar mavjudligida optimallashtirish va tegishli texnologiyalar muammosi hali ham tadqiqot markazida.
MIMO texnologiyasining asosiy tamoyillari
MIMO texnologiyasi signallarni uzatish va qabul qilish uchida bir nechta antennalar orqali uzatish va qabul qilish va shu bilan aloqa sifatini yaxshilash uchun mos ravishda uzatuvchi va qabul qiluvchi uchida bir nechta uzatuvchi antennalar va qabul qiluvchi antennalardan foydalanishni nazarda tutadi. U kosmik resurslardan to'liq foydalanishi, bir nechta antennalar orqali bir nechta uzatish va bir nechta qabul qilishni amalga oshirishi mumkin va spektr resurslari va antenna uzatish quvvatini oshirmasdan, aniq afzalliklarni ko'rsatmasdan tizim kanali hajmini ikki baravar oshirishi mumkin va mobil telefonning keyingi avlodi sifatida qaraladi. aloqa texnologiyasi. MIMO texnologiyasining mohiyati tizim uchun kosmik xilma-xillikni oshirish va kosmik multiplekslash daromadini ta'minlashdan iborat.
Uzatuvchi uchi fazo-vaqt xaritalash orqali bir nechta antennalarga yuboriladigan ma'lumotlar signalini xaritalaydi va qabul qiluvchi uchi uzatuvchi uchi tomonidan yuborilgan ma'lumot signalini tiklash uchun har bir antenna tomonidan qabul qilingan signallarda fazo-vaqt dekodlashni amalga oshiradi. Turli xil fazo-vaqt xaritalash usullariga ko'ra, MIMO texnologiyasini taxminan ikki toifaga bo'lish mumkin: kosmik xilma-xillik va kosmik multiplekslash. Kosmik xilma-xillik deganda bir xil ma'lumotlarga ega signallarni turli yo'llar orqali jo'natish va bir vaqtning o'zida qabul qiluvchida bir xil ma'lumotlar belgisining bir nechta mustaqil ravishda o'chib ketadigan signallarini olish uchun bir nechta uzatuvchi antennalardan foydalanish tushuniladi, buning natijasida qabul qilish ishonchliligi yaxshilanadi. xilma-xillik. Masalan, bir uzatuvchi antenna va n qabul qiluvchi antennadan foydalangan holda sekin o'chadigan Rayleigh kanalida uzatiladigan signal n xil yo'ldan o'tadi. Agar antennalar orasidagi pasayish mustaqil bo'lsa, maksimal xilma-xillikni n sifatida olish mumkin. Transmissiya xilma-xilligi texnologiyasi uchun tizimning ishonchliligini oshirish uchun bir nechta yo'llarning daromadidan foydalanish hamdir. m uzatuvchi antenna va n qabul qiluvchi antennaga ega bo'lgan tizimda, agar antenna juftlari orasidagi yo'lning o'sishi mustaqil va bir xil taqsimlangan Rayleigh so'nishi bo'lsa, olinishi mumkin bo'lgan maksimal xilma-xillik daromadi mn. Hozirgi vaqtda MIMO tizimlarida keng tarqalgan bo'lib foydalaniladigan kosmik xilma-xillik texnologiyalari asosan kosmik vaqt bloki kodi (Space Time Block Code, STBC) va beamforming texnologiyalarini o'z ichiga oladi. STBC uzatish xilma-xilligiga asoslangan muhim kodlash shakli bo'lib, ularning eng asosiysi ikkita antenna uchun mo'ljallangan Alamouti sxemasidir.
STBC usulining eng muhim qismi bir nechta antennalarda uzatiladigan signal vektorlarini bir-biriga ortogonal qilishdir. STBC texnologiyasidan foydalanish to'liq xilma-xillik ta'siriga erishish mumkin, ya'ni STBC texnologiyasi M uzatuvchi antennalar va N qabul qiluvchi antennalar bo'lgan tizimda qo'llanilganda maksimal xilma-xillik ortishi MN ni tashkil qiladi. Beamforming texnologiyasi bir xil ma'lumotlarni turli uzatuvchi antennalar orqali ma'lum foydalanuvchilarga yo'naltirilgan shaklli nurlar hosil qilish uchun yuborish va shu bilan antenna daromadini samarali ravishda yaxshilashdir. Foydalanuvchiga yo'naltirilgan nurning signal kuchini maksimal darajada oshirish uchun, beamforming texnologiyasi odatda har bir uzatuvchi antennaga yuborilgan ma'lumotlarning fazasi va kuchini hisoblashi kerak, bu ham nurlanish vektori deb ataladi. Keng tarqalgan nur hosil qiluvchi vektorni hisoblash usullariga maksimal xos qiymat vektori, MUSIC algoritmi va boshqalar kiradi. M uzatish antennalari uchun nur shakllantirish texnologiyasidan foydalanish orqali olish mumkin bo'lgan maksimal uzatish xilma-xilligi daromadi M. Fazoviy multiplekslash texnologiyasi uzatiladigan ma'lumotlarni bir nechta ma'lumotlarga bo'lishdir. oqimlarni, so'ngra ularni turli antennalarda uzatadi va shu bilan tizimning uzatish tezligini oshiradi. Ko'p ishlatiladigan fazoviy multiplekslash usuli Bell Laboratories tomonidan taklif qilingan vertikal qatlamli fazo-vaqt kodidir, ya'ni V-BLAST texnologiyasi.
