Višestruki ulaz i više izlaza (MIMO) je antenski sistem koji koristi više antena i na kraju odašiljanja i na kraju prijema kako bi formirao više kanala između odašiljajućeg i prijemnog kraja kako bi se u velikoj mjeri povećao kapacitet kanala.
Višestruki ulaz i više izlaza je prilično komplikovana tehnika diverzifikacije antene. Višestruki efekti će uticati na kvalitet signala, tako da tradicionalni antenski sistemi moraju da koriste svoj mozak kako bi eliminisali višestruke efekte. MIMO sistemi, s druge strane, koriste multipath efekte za poboljšanje kvaliteta komunikacije. U MIMO sistemu, strane koje odašilju i primaju koriste više antena koje mogu raditi istovremeno za komunikaciju. MIMO sistemi obično koriste složene tehnike obrade signala kako bi značajno poboljšali pouzdanost, domet i propusnost. Koristeći ove tehnike, predajnik istovremeno šalje više radiofrekventnih signala, a prijemnik obnavlja podatke iz tih signala. MIMO bežični komunikacioni sistem je jedna od ključnih tehnologija budućih mobilnih i bežičnih komunikacionih sistema. Očigledna karakteristika MIMO sistema je da ima izuzetno visoku efikasnost korišćenja spektra. Na osnovu potpunog korišćenja postojećih resursa spektra, svemirski resursi se koriste da bi se postigla dobit u pouzdanosti i efikasnosti. Kraj složenosti obrade.
ključni modul
1. Modeliranje modela kanala MIMO sistema
Performanse MIMO sistema u velikoj meri zavise od modela kanala. Iako već postoje standardizovani modeli bežičnog širenja i mnogi modeli MIMO kanala su obezbeđeni na osnovu velikog broja stvarnih merenja i teorijskog istraživačkog rada, ITU ih još uvek nije priznao. Priznati standardizovani MIMO model kanala (3GPP je formulisao standarde modela kanala za MIMO). Stoga je razumijevanje i ovladavanje karakteristikama bežičnih MIMO kanala u zatvorenim i vanjskim okruženjima, uspostavljanje statičkih modela i specifičnih dinamičkih modela MIMO kanala, od suštinskog značaja za odabir odgovarajućih struktura sistema i dizajniranje odličnih algoritama za obradu signala za realizaciju potencijalnih ogromnih kanala MIMO sistema. Kapacitet, postizanje očekivanog učinka je kritičan.
2. Kapacitet MIMO sistema
U poređenju sa tradicionalnim sistemom sa jednom antenom, MIMO sistem je značajno poboljšan i u pogledu performansi i brzine prenosa podataka. Prvo su Telestar i Foschini izvršili dubinsku analizu kapaciteta kanala MIMO sistema. Analizirali su Gausov šum. Istraživanje kapaciteta MIMO sistema pod sledećim uslovima pokazuje da je, pod pretpostavkom da su antene nezavisne jedna od druge, sistem sa više antena značajno poboljšan u odnosu na sistem sa jednom antenom. U slučaju poznavanja karakteristika prenosa kanala, Foschinijevo istraživanje pokazuje da: kada je M=N, dobijeni kapacitet kanala raste proporcionalno N. Pod istom snagom prenosa i širinom opsega prenosa, kapacitet kanala sistema je oko 40 puta veći od sistema sa jednim ulazom i pojedinačnim izlazom (SISO).
3. Dizajn MIMO antenskog niza
Općenito, antene baznih stanica su podignute visoko, a rasipanje u bliskom polju oko antenskog niza je relativno slabo. Stoga, da bi se dobili nekorelirani signali na različitim elementima niza, često je potrebno održavati najmanje 10 puta veći razmak talasne dužine između elemenata niza. Kada je broj antena veliki, mogu postojati prepreke za postavljanje linijskih nizova baznih stanica. Za mobilne terminale, zbog obilnih raspršivača bliskog polja, općenito se vjeruje da je udaljenost između elemenata antene veća od 1/2 valne dužine da bi korelacija signala bila dovoljno slaba. Polarizovani antenski niz može koristiti obostrano ortogonalna polarizaciona stanja na istoj prostornoj poziciji kako bi shvatio očiglednu nerelevantnost elemenata niza, tako da se veličina antenskog niza može relativno smanjiti.
4. Obrada signala MIMO sistema
Komunikacioni sistem antenskog niza u okruženju koje bledi suočava se sa smetnjama na kokanalnom nivou i inter-simbolskim smetnjama. Da bi se približio kapacitetu sistema sa više antena, potrebne su dobre tehnike obrade signala. Metode detekcije signala visokih performansi i niske složenosti ili metode detekcije zglobova oduvijek su bile vruća tema za istraživače.
5. Problem složenosti MIMO sistema
Pošto je signal u MIMO sistemu proširen na dvodimenzionalni prostor-vreme, u poređenju sa sistemom sa jednom antenom, složenost procene kanala, izjednačavanja kanala, dekodiranja i detekcije veza će se povećati sa brojem antena ili povećanje reda modulacije signala. Količina izračunavanja algoritma direktno će uticati na kašnjenje obrade, potrošnju energije uređaja i vrijeme pripravnosti. U isto vrijeme, u praktičnim primjenama, ključni faktor koji ograničava MIMO sisteme je visoka cijena koju donosi više radio frekvencijskih veza. Da bi se smanjila računska složenost "softvera", obezbediti jednostavnije i efikasnije metode obrade signala i različite šeme prostorno-vremenskog kodiranja i dekodiranja za MIMO sisteme. Za smanjenje "hardverskih" troškova, odabir antene je vrlo kritična tehnologija, koja može uvelike smanjiti složenost obrade i troškove hardvera uz zadržavanje prednosti MIMO tehnologije, te je istraživački fokus za promoviranje praktične primjene MIMO sistema.
6. Raznovrsnost i multipleksiranje MIMO sistema
Suština MIMO sistema je da obezbedi diverzitetsko pojačanje i pojačanje multipleksiranja. Prvi garantuje pouzdanost prenosa sistema, a drugi poboljšava brzinu prenosa sistema. Većina rane literature fokusirala se na korištenje diverziteta prijenosa i prostornog multipleksiranja samostalno ili u kombinaciji s kodiranjem. Studije su pokazale da sistemi sa više antena mogu istovremeno da obezbede raznovrsnost i prostorno multipleksiranje, a između njih postoji kompromis. Vrijedi istražiti kako bi se maksimizirala dobit sistema racionalnim korištenjem dva načina diverziteta i multipleksiranja u MIMO sistemima.
7. (Multi-cell) MIMO sistem za više korisnika
Teoretski, domen kapaciteta višekorisničkog MIMO sistema je riješen, ali još uvijek nije dobro riješeno kako da domen kapaciteta zadovolji zahtjeve brzine prijenosa različitih korisnika. Nadalje, u kanalu emitiranja, zbog inter-antenskih i međukorisničkih smetnji u MIMO sistemu, kako dizajnirati vektor prijenosa da eliminiše smetnje između korisnika, kako napraviti kapacitet sistema i kontrolu snage specifičan QoS svakog korisnika kada je snaga ograničena. Problem optimizacije i srodne tehnologije u prisustvu višećelijskih višekorisničkih sistema i dalje su u fokusu istraživanja.
Osnovni principi MIMO tehnologije
MIMO tehnologija se odnosi na upotrebu više antena za odašiljanje i prijemnih antena na kraju odašiljanja i na kraju prijema, respektivno, tako da se signali prenose i primaju preko više antena na kraju odašiljanja i na kraju prijema, čime se poboljšava kvalitet komunikacije. Može u potpunosti iskoristiti prostorne resurse, ostvariti višestruke prijenose i višestruke prijeme putem više antena, i može udvostručiti kapacitet kanala sistema bez povećanja resursa spektra i snage prijenosa antene, pokazujući očigledne prednosti, i smatra se sljedećom generacijom mobilnih uređaja. tehnologija komunikacije. Suština MIMO tehnologije je da obezbedi povećanje prostornog diverziteta i povećanje prostornog multipleksiranja za sistem.
Kraj za odašiljanje mapira signal podataka koji će se poslati na više antena putem prostorno-vremenskog mapiranja, a kraj koji prima vrši prostorno-vremensko dekodiranje na signalima koje prima svaka antena kako bi povratio signal podataka poslan od strane odašiljača. Prema različitim metodama prostorno-vremenskog mapiranja, MIMO tehnologija se može grubo podijeliti u dvije kategorije: prostorna raznolikost i prostorno multipleksiranje. Svemirska diverziteta se odnosi na upotrebu više antena za odašiljanje za slanje signala sa istim informacijama kroz različite puteve, i istovremeno dobijanje višestrukih nezavisno fading signala istog simbola podataka na prijemniku, kako bi se postigla pouzdanost prijema poboljšana raznolikost. Na primjer, u kanalu sa sporom Rayleigh fading, koristeći jednu antenu za odašiljanje i n prijemnih antena, odaslani signal prolazi kroz n različitih putanja. Ako je feding između antena nezavisan, maksimalno povećanje diverziteta može se dobiti kao n. Za tehnologiju diverziteta prenosa, takođe se koristi pojačanje više putanja za poboljšanje pouzdanosti sistema. U sistemu sa m antena za odašiljanje i n prijemnih antena, ako su pojačanja putanje između parova antena nezavisna i ravnomerno raspoređena Rayleighova fedinga, maksimalno povećanje diverziteta koje se može dobiti je mn. Trenutno, tehnologije svemirskog diverziteta koje se obično koriste u MIMO sistemima uglavnom uključuju prostorno-vremenski blok kod (Space Time Block Code, STBC) i tehnologije oblikovanja zraka. STBC je važan oblik kodiranja zasnovan na diverzitetu odašiljanja, od kojih je najosnovnija Alamouti šema dizajnirana za dvije antene.
Najvažniji dio STBC metode je da se vektori signala koji se prenose na više antena ortogonalni jedan prema drugom. Korišćenjem STBC tehnologije može se postići efekat punog diverziteta, odnosno kada se STBC tehnologija koristi u sistemu sa M predajnim antenama i N prijemnim antenama, maksimalno povećanje diverziteta je MN. Tehnologija oblikovanja snopa je slanje istih podataka kroz različite antene za odašiljanje kako bi se formirali oblikovani snopovi usmjereni prema određenim korisnicima, čime se efektivno poboljšava pojačanje antene. Kako bi se maksimizirala jačina signala snopa usmjerenog ka korisniku, tehnologija oblikovanja zraka obično treba izračunati fazu i snagu podataka poslatih na svakoj odašiljačkoj anteni, koja se također naziva vektor oblikovanja zraka. Uobičajene metode izračunavanja vektora snopa uključuju vektor maksimalne vlastite vrijednosti, MUSIC algoritam, itd. Maksimalni dobitak diverziteta prijenosa koji se može dobiti korištenjem tehnologije oblikovanja snopa za M predajne antene je M. Tehnologija prostornog multipleksiranja je podijeliti podatke koji se prenose na nekoliko podataka streamove, a zatim ih prenose na različite antene, čime se povećava brzina prijenosa sistema. Uobičajena metoda prostornog multipleksiranja je vertikalni slojeviti prostor-vremenski kod koji je predložila Bell Laboratories, odnosno V-BLAST tehnologija.
