Τι είναι το MIMO;

1.   Τι είναι το MIMO;

Σε αυτήν την εποχή της διασύνδεσης, τα κινητά τηλέφωνα, ως το παράθυρο επικοινωνίας μας με τον έξω κόσμο, φαίνεται να έχουν γίνει μέρος του σώματός μας.

Αλλά το κινητό τηλέφωνο δεν μπορεί να σερφάρει στο Διαδίκτυο από μόνο του, το δίκτυο κινητής τηλεφωνίας έχει γίνει το ίδιο σημαντικό με το νερό και το ηλεκτρικό ρεύμα για τον άνθρωπο.Όταν σερφάρεις στο διαδίκτυο, δεν νιώθεις τη σημασία αυτών των παρασκηνιακών ηρώων.Μόλις φύγεις, νιώθεις ότι δεν μπορείς να ζήσεις άλλο.

Υπήρχε μια εποχή, το διαδίκτυο των κινητών τηλεφώνων χρεωνόταν από την κίνηση, το εισόδημα του μέσου ατόμου είναι μερικές εκατοντάδες νομίσματα, αλλά 1MHz πρέπει να ξοδέψεις ένα κέρμα.Έτσι, όταν δείτε Wi-Fi, θα νιώσετε ασφάλεια.

Ας δούμε πώς μοιάζει ένας ασύρματος δρομολογητής.

8 κεραίες, μοιάζει με αράχνες.

Μπορεί το σήμα να περάσει από δύο ή περισσότερους τοίχους;Ή θα διπλασιαστεί η ταχύτητα του internet;

Αυτά τα εφέ μπορούν να επιτευχθούν από ένα ρούτερ, και επιτυγχάνεται με πολλές κεραίες, την περίφημη τεχνολογία MIMO.

MIMO, το οποίο είναι Multi-input Multi-output.

Είναι δύσκολο να το φανταστεί κανείς, σωστά;Τι είναι η Multi-input Multi-output, πώς μπορούν οι κεραίες να επιτύχουν όλα τα εφέ;Όταν σερφάρετε στο Διαδίκτυο μέσω καλωδίου δικτύου, η σύνδεση μεταξύ του υπολογιστή και του Διαδικτύου είναι προφανώς ένα φυσικό καλώδιο.Τώρα ας φανταστούμε πότε χρησιμοποιούμε κεραίες για να στείλουμε σήματα μέσω του αέρα χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνητικά κύματα.Ο αέρας λειτουργεί σαν σύρμα αλλά είναι εικονικός, ένα κανάλι για τη μετάδοση σημάτων που ονομάζεται ασύρματο κανάλι.

Λοιπόν, πώς μπορείτε να κάνετε το διαδίκτυο πιο γρήγορο;

Ναι έχεις δίκιο!Μπορεί να λυθεί με μερικές ακόμη κεραίες, μερικά ακόμα εικονικά καλώδια μαζί για αποστολή και λήψη δεδομένων.Το MIMO έχει σχεδιαστεί για το ασύρματο κανάλι.

Όπως και οι ασύρματοι δρομολογητές, ο σταθμός βάσης 4G και το κινητό σας τηλέφωνο κάνουν το ίδιο πράγμα.

Χάρη στην τεχνολογία MIMO, η οποία είναι στενά ενσωματωμένη στο 4G, μπορούμε να ζήσουμε τη μεγαλύτερη ταχύτητα του διαδικτύου.Ταυτόχρονα, το κόστος των φορέων εκμετάλλευσης κινητής τηλεφωνίας έχει μειωθεί σημαντικά.μπορούμε να ξοδέψουμε λιγότερα για να απολαμβάνουμε ταχύτερη και απεριόριστη ταχύτητα Διαδικτύου.Τώρα μπορούμε επιτέλους να απαλλαγούμε από την εξάρτησή μας από το Wi-Fi και να σερφάρουμε συνεχώς στο διαδίκτυο.

Τώρα, επιτρέψτε μου να σας παρουσιάσω τι είναι το MIMO;

2.Ταξινόμηση MIMO

Καταρχήν, το MIMO που αναφέραμε προηγουμένως αναφέρεται στη σημαντική αύξηση της ταχύτητας του δικτύου στη λήψη.Αυτό συμβαίνει επειδή, προς το παρόν, έχουμε πολύ μεγαλύτερη ζήτηση για λήψεις.Σκεφτείτε το, μπορείτε να κατεβάσετε δεκάδες βίντεο GHz, αλλά να ανεβάσετε κυρίως λίγα MHz.

Δεδομένου ότι το MIMO ονομάζεται πολλαπλή είσοδος και πολλαπλή έξοδος, δημιουργούνται πολλαπλές διαδρομές μετάδοσης από πολλαπλές κεραίες.Φυσικά, όχι μόνο ο σταθμός βάσης υποστηρίζει μετάδοση πολλαπλών κεραιών, αλλά το κινητό τηλέφωνο πρέπει επίσης να συναντά τη λήψη πολλαπλών κεραιών.

Ας ελέγξουμε το ακόλουθο απλό σχέδιο: (Στην πραγματικότητα, η κεραία του σταθμού βάσης είναι τεράστια και η κεραία του κινητού τηλεφώνου είναι μικροσκοπική και κρυφή. Αλλά ακόμα και με διαφορετικές δυνατότητες, βρίσκονται στις ίδιες θέσεις επικοινωνίας.)

Ανάλογα με τον αριθμό των κεραιών του σταθμού βάσης και των κινητών τηλεφώνων, μπορεί να χωριστεί σε τέσσερις τύπους: SISO, SIMO, MISO και MIMO.

SISO: Μία είσοδος και μία έξοδος

SIMO: Μονή είσοδος και πολλαπλή έξοδος

MISO: Πολλαπλή είσοδος και μία έξοδος

MIMO: Πολλαπλή έξοδος και πολλαπλή έξοδος

Ας ξεκινήσουμε με το SISO:

Η απλούστερη μορφή μπορεί να οριστεί με όρους MIMO ως SISO – Single Input Single Output.Αυτός ο πομπός λειτουργεί με μία κεραία ως δέκτη.Δεν υπάρχει ποικιλομορφία και δεν απαιτείται πρόσθετη επεξεργασία.

Υπάρχει μία κεραία για το σταθμό βάσης και μία για το κινητό τηλέφωνο.δεν παρεμβαίνουν μεταξύ τους—η διαδρομή μετάδοσης μεταξύ τους είναι η μόνη σύνδεση.

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι ένα τέτοιο σύστημα είναι πολύ εύθραυστο, είναι ένας μικρός δρόμος.Οποιεσδήποτε απροσδόκητες καταστάσεις θα αποτελέσουν άμεσα απειλή για τις επικοινωνίες.

Το SIMO είναι καλύτερο επειδή η λήψη του τηλεφώνου είναι βελτιωμένη.

Όπως μπορείτε να δείτε, το κινητό τηλέφωνο δεν μπορεί να αλλάξει το ασύρματο περιβάλλον, επομένως αλλάζει μόνο του – το κινητό τηλέφωνο προσθέτει μια κεραία στον εαυτό του.

Με αυτόν τον τρόπο, το μήνυμα που αποστέλλεται από τον σταθμό βάσης μπορεί να φτάσει στο κινητό τηλέφωνο με δύο τρόπους!Απλώς προέρχονται και οι δύο από την ίδια κεραία στο σταθμό βάσης και μπορούν να στείλουν μόνο τα ίδια δεδομένα.

Ως αποτέλεσμα, δεν έχει σημασία αν χάνετε κάποια δεδομένα σε κάθε διαδρομή.Εφόσον το τηλέφωνο μπορεί να λάβει ένα αντίγραφο από οποιαδήποτε διαδρομή, παρόλο που η μέγιστη χωρητικότητα παραμένει ίδια σε κάθε διαδρομή, η πιθανότητα επιτυχούς λήψης δεδομένων διπλασιάζεται.Αυτό ονομάζεται επίσης διαφοροποίηση λήψης.

Τι είναι το MISO;

Με άλλα λόγια, το κινητό τηλέφωνο έχει ακόμα μία κεραία και ο αριθμός των κεραιών στο σταθμό βάσης αυξάνεται σε δύο.Σε αυτή την περίπτωση, τα ίδια δεδομένα μεταδίδονται από τις δύο κεραίες πομπού.Και η κεραία του δέκτη μπορεί να λάβει το βέλτιστο σήμα και τα ακριβή δεδομένα.

Το πλεονέκτημα της χρήσης MISO είναι ότι οι πολλαπλές κεραίες και τα δεδομένα μετακινούνται από τον δέκτη στον πομπό.Ο σταθμός βάσης μπορεί να στείλει τα ίδια δεδομένα με δύο τρόπους.δεν πειράζει αν χάσετε κάποια δεδομένα.η επικοινωνία μπορεί να προχωρήσει κανονικά.

Αν και η μέγιστη χωρητικότητα παραμένει η ίδια, το ποσοστό επιτυχίας της επικοινωνίας έχει διπλασιαστεί.Αυτή η μέθοδος ονομάζεται επίσης διαφοροποίηση μετάδοσης.

Τέλος, ας μιλήσουμε για το MIMO.

Υπάρχουν περισσότερες από μία κεραίες σε κάθε άκρο της ραδιοζεύξης, και αυτό ονομάζεται MIMO – Multiple Input Multiple Output.Το MIMO μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παρέχει βελτιώσεις τόσο στην ευρωστία όσο και στην απόδοση καναλιού.Ο σταθμός βάσης και η πλευρά του κινητού μπορούν και οι δύο να χρησιμοποιούν δύο κεραίες για να στέλνουν και να λαμβάνουν ανεξάρτητα, και αυτό σημαίνει ότι η ταχύτητα διπλασιάζεται;

Με αυτόν τον τρόπο, υπάρχουν τέσσερις διαδρομές μετάδοσης μεταξύ του σταθμού βάσης και του κινητού τηλεφώνου, κάτι που φαίνεται να είναι πολύ πιο περίπλοκο.Αλλά για να είμαστε σίγουροι, επειδή ο σταθμός βάσης και η πλευρά του κινητού τηλεφώνου έχουν και οι δύο 2 κεραίες, μπορεί να στείλει και να λάβει δύο δεδομένα ταυτόχρονα.Πόσο λοιπόν αυξάνεται η μέγιστη χωρητικότητα του MIMO σε σύγκριση με μία διαδρομή;Από την προηγούμενη ανάλυση των SIMO και MISO, φαίνεται ότι η μέγιστη χωρητικότητα εξαρτάται από τον αριθμό των κεραιών και στις δύο πλευρές.

Τα συστήματα MIMO είναι γενικά ως A*B MIMO.A σημαίνει τον αριθμό των κεραιών του σταθμού βάσης, B σημαίνει τον αριθμό των κεραιών κινητών τηλεφώνων.Σκεφτείτε το 4*4 MIMO και το 4*2 MIMO.Τι πιστεύετε ποια χωρητικότητα είναι μεγαλύτερη;

Το 4*4 MIMO μπορεί να στείλει και να λάβει 4 κανάλια ταυτόχρονα και η μέγιστη χωρητικότητά του μπορεί να φτάσει 4 φορές αυτή του συστήματος SISO.Το 4*2 MIMO μπορεί να φτάσει μόνο 2 φορές το σύστημα SISO.

Αυτό που χρησιμοποιεί πολλαπλές κεραίες και διαφορετικές διαδρομές μετάδοσης στον χώρο πολυπλεξίας για την αποστολή πολλαπλών αντιγράφων διαφορετικών δεδομένων παράλληλα για αύξηση της χωρητικότητας ονομάζεται πολυπλεξία διαίρεσης χώρου.

Άρα, μπορεί η μέγιστη χωρητικότητα μετάδοσης στο σύστημα MIMO;Ας έρθουμε στη δοκιμή.

Εξακολουθούμε να παίρνουμε ως παράδειγμα τον σταθμό βάσης και το κινητό τηλέφωνο με 2 κεραίες.Ποια θα ήταν η διαδρομή μετάδοσης μεταξύ τους;

Όπως μπορείτε να δείτε, οι τέσσερις διαδρομές περνούν από το ίδιο ξεθώριασμα και παρεμβολές, και όταν τα δεδομένα φτάσουν στο κινητό τηλέφωνο, δεν μπορούν πλέον να διακρίνονται μεταξύ τους.Αυτό δεν είναι το ίδιο με ένα μονοπάτι;Αυτή τη στιγμή, το σύστημα MIMO 2*2 δεν είναι το ίδιο με το σύστημα SISO;

Με τον ίδιο τρόπο, το σύστημα MIMO 2*2 μπορεί να εκφυλιστεί σε SIMO, MISO και άλλα συστήματα, πράγμα που σημαίνει ότι ο πολυπλέκτης διαίρεσης χώρου μειώνεται στην ποικιλομορφία μετάδοσης ή στην ποικιλομορφία λήψης, η προσδοκία του σταθμού βάσης έχει επίσης εκφυλιστεί από την επιδίωξη υψηλής ταχύτητας σε εξασφαλίζοντας το ποσοστό επιτυχίας λήψης.

Και πώς μελετώνται τα συστήματα MIMO χρησιμοποιώντας μαθηματικά σύμβολα;

3.Το μυστικό του καναλιού MIMO

Οι μηχανικοί λατρεύουν να χρησιμοποιούν μαθηματικά σύμβολα.

Οι μηχανικοί επισήμαναν τα δεδομένα από τις δύο κεραίες στο σταθμό βάσης ως X1 και X2, τα δεδομένα από τις κεραίες κινητής τηλεφωνίας ως Y1 και Y2, οι τέσσερις διαδρομές μετάδοσης σημειώθηκαν ως H11, H12, H21, H22.

Είναι εύκολο να υπολογίσετε το Υ1 και το Υ2 με αυτόν τον τρόπο.Αλλά μερικές φορές, η χωρητικότητα των 2*2 MIMO μπορεί να φτάσει το διπλάσιο του SISO, μερικές φορές όχι, μερικές φορές ακόμη και να γίνει ίδια με το SISO.Πώς το εξηγείς;

Αυτό το πρόβλημα μπορεί να εξηγηθεί από τη συσχέτιση καναλιού που μόλις αναφέραμε - όσο υψηλότερη είναι η συσχέτιση, τόσο πιο δύσκολο είναι να διακρίνουμε κάθε διαδρομή μετάδοσης στην κινητή πλευρά.Εάν το κανάλι είναι το ίδιο, τότε οι δύο εξισώσεις γίνονται μία, οπότε υπάρχει μόνο ένας τρόπος να το μεταδώσετε.

Προφανώς, το μυστικό του καναλιού MIMO βρίσκεται στην κρίση της ανεξαρτησίας της διαδρομής μετάδοσης.Δηλαδή, το μυστικό βρίσκεται στα H11, H12, H21 και H22.Οι μηχανικοί απλοποιούν την εξίσωση ως εξής:

Οι μηχανικοί προσπάθησαν να απλοποιήσουν τα H1, H12, H21 και H22, μέσω κάποιων συμπλεγματικών αλλαγών, της εξίσωσης και τελικά μετατράπηκαν στον τύπο.

Δύο είσοδοι X'1 και X'2, πολλαπλασιάστε τα λ1 και λ2, μπορείτε να πάρετε Y'1 και Y'2.Τι σημαίνουν οι τιμές των λ1 και λ2;

Υπάρχει μια νέα μήτρα.Ένας πίνακας με δεδομένα μόνο σε μία διαγώνιο ονομάζεται διαγώνιος πίνακας.Ο αριθμός των μη μηδενικών δεδομένων στη διαγώνιο ονομάζεται κατάταξη του πίνακα.Στο 2*2 MIMO, αναφέρεται στις μη μηδενικές τιμές των λ1 και λ2.

Εάν η κατάταξη είναι 1, σημαίνει ότι το σύστημα MIMO 2*2 έχει υψηλή συσχέτιση στο χώρο μετάδοσης, πράγμα που σημαίνει ότι το MIMO εκφυλίζεται σε SISO ή SIMO και μπορεί να λαμβάνει και να μεταδίδει όλα τα δεδομένα μόνο ταυτόχρονα.

Εάν η κατάταξη είναι 2, τότε το σύστημα έχει δύο σχετικά ανεξάρτητα χωρικά κανάλια.Μπορεί να στέλνει και να λαμβάνει δεδομένα ταυτόχρονα.

Έτσι, εάν η κατάταξη είναι 2, η χωρητικότητα αυτών των δύο καναλιών μετάδοσης είναι διπλάσια από αυτή του ενός;Η απάντηση βρίσκεται στην αναλογία λ1 και λ2, η οποία ονομάζεται επίσης υπό όρους αριθμός.

Εάν ο υπό όρους αριθμός είναι 1, σημαίνει ότι το λ1 και το λ2 είναι το ίδιο.έχουν υψηλή ανεξαρτησία.Η χωρητικότητα του συστήματος MIMO 2*2 μπορεί να φτάσει στο μέγιστο.

Εάν ο υπό όρους αριθμός είναι μεγαλύτερος από 1, σημαίνει ότι το λ1 και το λ2 είναι διαφορετικά.Ωστόσο, υπάρχουν δύο χωρικά κανάλια και η ποιότητα είναι διαφορετική, τότε το σύστημα θα τοποθετήσει τους κύριους πόρους στο κανάλι με καλύτερη ποιότητα.Με αυτόν τον τρόπο, η χωρητικότητα του συστήματος MIMO 2*2 είναι 1 ή 2 φορές μεγαλύτερη από το σύστημα SISO.

Ωστόσο, οι πληροφορίες παράγονται κατά τη διαστημική μετάδοση αφού ο σταθμός βάσης στείλει τα δεδομένα.Πώς γνωρίζει ο σταθμός βάσης πότε πρέπει να στείλει ένα κανάλι ή δύο κανάλια;

Μην ξεχνάτε, και δεν υπάρχουν μυστικά μεταξύ τους.Το κινητό τηλέφωνο θα στείλει τη μετρημένη κατάσταση του καναλιού του, την κατάταξη του πίνακα μετάδοσης και προτάσεις για προκωδικοποίηση στον σταθμό βάσης για αναφορά.

Σε αυτό το σημείο, νομίζω ότι μπορούμε να δούμε ότι το MIMO αποδεικνύεται ότι είναι κάτι τέτοιο.