מה זה MIMO?

1.   מה זה MIMO?

בעידן זה של חיבור הדדי, נראה שהטלפונים הניידים, כחלון עבורנו לתקשורת עם העולם החיצון, הפכו לחלק מהגוף שלנו.

אבל הטלפון הנייד לא יכול לגלוש באינטרנט בעצמו, רשת תקשורת טלפונים ניידים הפכה להיות חשובה כמו מים וחשמל עבור בני אדם.כשאתה גולש באינטרנט, אתה לא מרגיש את החשיבות של הגיבורים האלה מאחורי הקלעים.ברגע שאתה עוזב, אתה מרגיש שאתה לא יכול לחיות יותר.

הייתה תקופה שהאינטרנט של הטלפונים הניידים נטען על ידי תנועה, ההכנסה של האדם הממוצע היא כמה מאות מטבעות, אבל 1MHz צריך להוציא מטבע.לכן, כאשר אתה רואה Wi-Fi, אתה תרגיש בטוח.

בוא נראה איך נראה נתב אלחוטי.

8 אנטנות, זה נראה כמו עכבישים.

האם האות יכול לעבור דרך שני קירות או יותר?או שמהירות האינטרנט תכפיל את עצמו?

ניתן להשיג את ההשפעות הללו באמצעות נתב, והיא מושגת באמצעות אנטנות רבות, טכנולוגיית ה-MIMO המפורסמת.

MIMO, שהוא Multi-input Multi output.

קשה לדמיין את זה, נכון?מהו Multi-input Multi-output, כיצד אנטנות יכולות להשיג את כל האפקטים?כאשר אתה גולש באינטרנט באמצעות כבל רשת, החיבור בין המחשב לאינטרנט הוא כבל פיזי, מן הסתם.עכשיו בואו נדמיין כאשר אנו משתמשים באנטנות כדי לשלוח אותות באוויר באמצעות גלים אלקטרומגנטיים.האוויר פועל כמו חוט אבל הוא וירטואלי, ערוץ להעברת אותות הנקרא ערוץ אלחוטי.

אז איך אתה יכול להפוך את האינטרנט למהיר יותר?

כן אתה צודק!זה יכול להיפתר על ידי עוד כמה אנטנות, עוד כמה חוטים וירטואליים יחד כדי לשלוח ולקבל נתונים.MIMO מיועד לערוץ האלחוטי.

אותו דבר כמו נתבים אלחוטיים, תחנת בסיס 4G והטלפון הנייד שלך עושים את אותו הדבר.

הודות לטכנולוגיית MIMO, המשולבת באופן הדוק עם 4G, אנו יכולים לחוות את המהירות המהירה יותר של האינטרנט.במקביל, העלות של מפעילי הטלפונים הסלולריים הצטמצמה משמעותית;אנחנו יכולים להוציא פחות כדי לחוות מהירות אינטרנט מהירה ובלתי מוגבלת.עכשיו נוכל סוף סוף להיפטר מהתלות שלנו ב-Wi-Fi ולגלוש באינטרנט כל הזמן.

עכשיו, הרשו לי להציג מה זה MIMO?

2.סיווג MIMO

קודם כל, ה-MIMO שהזכרנו קודם מתייחס לעלייה המשמעותית במהירות הרשת בהורדה.זה בגלל שלעת עתה יש לנו ביקוש הרבה יותר חזק להורדות.תחשוב על זה, אתה יכול להוריד עשרות סרטוני גיגה-הרץ אבל להעלות בעיקר כמה מגה-הרץ בלבד.

מכיוון ש-MIMO נקרא קלט מרובות ויציאות מרובות, נתיבי שידור מרובים נוצרים על ידי אנטנות מרובות.כמובן, לא רק שתחנת הבסיס תומכת בשידור אנטנות מרובות, אלא שהטלפון הנייד גם צריך להיפגש עם קליטת אנטנות מרובות.

בואו נבדוק את השרטוט הפשוט הבא: (למעשה, אנטנת תחנת הבסיס ענקית, ואנטנת הטלפון הנייד זעירה ומוסתרת. אבל גם עם יכולות שונות, הן נמצאות באותם עמדות תקשורת).

על פי מספר האנטנות של תחנת בסיס וטלפונים ניידים, ניתן לחלק אותו לארבעה סוגים: SISO, SIMO, MISO ו-MIMO.

SISO: קלט יחיד ויציאה בודדת

SIMO: קלט בודד ופלט מרובה

MISO: כניסות מרובות ופלט בודד

MIMO: פלט מרובה ופלט מרובה

נתחיל עם ה-SISO:

ניתן להגדיר את הצורה הפשוטה ביותר במונחי MIMO כ-SISO – Single Input Single Output.משדר זה פועל עם אנטנה אחת כמו המקלט.אין גיוון, ואין צורך בעיבוד נוסף.

יש אנטנה אחת לתחנת הבסיס ואחת לטלפון הנייד;הם לא מפריעים זה לזה - נתיב השידור ביניהם הוא הקשר היחיד.

אין ספק שמערכת כזו היא מאוד שברירית, היא כביש קטן.כל מצב בלתי צפוי יהווה איום ישירות על התקשורת.

SIMO טוב יותר מכיוון שהקליטה של ​​הטלפון משופרת.

כפי שניתן לראות, הטלפון הנייד אינו יכול לשנות את הסביבה האלחוטית, ולכן הוא משנה את עצמו – הטלפון הנייד מוסיף לעצמו אנטנה.

בדרך זו, ההודעה הנשלחת מתחנת הבסיס יכולה להגיע לטלפון הנייד בשתי דרכים!רק ששניהם מגיעים מאותה אנטנה בתחנת הבסיס ויכולים לשלוח רק את אותם נתונים.

כתוצאה מכך, זה לא משנה אם תאבד כמה נתונים בכל מסלול.כל עוד הטלפון יכול לקבל עותק מכל נתיב, למרות שהקיבולת המקסימלית נשארת זהה בכל מסלול, ההסתברות לקבל נתונים בהצלחה מוכפלת.זה נקרא גם לקבל גיוון.

מה זה MISO?

במילים אחרות, לטלפון הנייד עדיין יש אנטנה אחת, ומספר האנטנות בתחנת הבסיס גדל לשתיים.במקרה זה, אותם נתונים מועברים משתי אנטנות המשדר.ואנטנת המקלט מסוגלת לקבל את האות האופטימלי ונתונים מדויקים.

היתרון בשימוש ב-MISO הוא שהאנטנות המרובות והנתונים מועברים מהמקלט למשדר.תחנת הבסיס עדיין יכולה לשלוח את אותם נתונים בשתי דרכים;זה לא משנה אם תאבד כמה נתונים;התקשורת יכולה להתנהל כרגיל.

למרות שהקיבולת המקסימלית נשארה זהה, שיעור ההצלחה של התקשורת הוכפל.שיטה זו נקראת גם לשדר גיוון.

לבסוף, בואו נדבר על MIMO.

יש יותר מאנטנה אחת בשני קצות קישור הרדיו, וזה נקרא MIMO -Multiple Input Multiple Output.ניתן להשתמש ב-MIMO כדי לספק שיפורים הן בחוסן הערוץ והן בתפוקת הערוץ.תחנת הבסיס והצד הנייד יכולים שניהם להשתמש בשתי אנטנות כדי לשלוח ולקבל באופן עצמאי, וזה אומר שהמהירות מוכפלת?

בדרך זו, ישנם ארבעה נתיבי שידור בין תחנת הבסיס לטלפון הנייד, שנראה הרבה יותר מסובך.אבל מה שבטוח, מכיוון שלצד תחנת הבסיס והטלפון הנייד יש שתי אנטנות, הוא יכול לשלוח ולקבל שני נתונים בו זמנית.אז כמה עולה הקיבולת המקסימלית של MIMO בהשוואה לנתיב אחד?מהניתוח הקודם של SIMO ו-MISO, נראה שהקיבולת המקסימלית תלויה במספר האנטנות משני הצדדים.

מערכות ה-MIMO הן בדרך כלל כ-A*B MIMO;A פירושו מספר האנטנות של תחנת הבסיס, B פירושו מספר האנטנות של הטלפון הנייד.תחשוב על 4*4 MIMO ו-4*2 MIMO.מה לדעתך איזו קיבולת גדולה יותר?

4*4 MIMO יכול לשלוח ולקבל 4 ערוצים בו זמנית, והקיבולת המקסימלית שלו יכולה להגיע פי 4 מזו של מערכת SISO.4*2 MIMO יכול להגיע רק פי 2 ממערכת SISO.

שימוש במספר אנטנות ובנתיבי שידור שונים במרחב הריבוי לשליחת עותקים מרובים של נתונים שונים במקביל כדי להגדיל את הקיבולת נקרא ריבוי חלוקת שטח.

אז, האם קיבולת השידור המקסימלית במערכת MIMO יכולה?בואו נגיע למבחן.

אנחנו עדיין לוקחים את תחנת הבסיס והטלפון הנייד עם 2 אנטנות כדוגמה.מה יהיה נתיב השידור ביניהם?

כפי שניתן לראות, ארבעת הנתיבים עוברים דרך אותה דהייה והפרעה, וכאשר הנתונים מגיעים לטלפון הנייד, הם כבר לא יכולים להבחין זה בזה.האם זה לא כמו נתיב אחד?בשלב זה, מערכת 2*2 MIMO אינה זהה למערכת SISO?

באותו אופן, מערכת 2*2 MIMO יכולה להתדרדר למערכות SIMO, MISO, ומערכות אחרות, מה שאומר שהריבוי חלוקת החלל מצטמצם לגיוון שידור או לגיוון הקליטה, הציפייה של תחנת הבסיס הידרדרה גם מרדיפת מהירות גבוהה ל הבטחת שיעור ההצלחה של הקבלה.

ואיך לומדים מערכות MIMO באמצעות סמלים מתמטיים?

3.הסוד של ערוץ MIMO

מהנדסים אוהבים להשתמש בסמלים מתמטיים.

מהנדסים סימנו את הנתונים משתי האנטנות בתחנת הבסיס כ-X1 ו-X2, הנתונים מאנטנות הטלפון הנייד כ-Y1 ו-Y2, ארבעת נתיבי השידור סומנו כ-H11, H12, H21, H22.

קל לחשב את Y1 ו-Y2 בצורה זו.אבל לפעמים, הקיבולת של 2*2 MIMO יכולה להגיע לכפול מ-SISO, לפעמים לא יכולה, לפעמים אפילו להיות זהה ל-SISO.איך אתה מסביר את זה?

ניתן להסביר בעיה זו על ידי מתאם הערוצים שהזכרנו זה עתה - ככל שהמתאם גבוה יותר, כך קשה יותר להבחין בכל נתיב שידור בצד הנייד.אם הערוץ זהה, אז שתי המשוואות הופכות לאחת, אז יש רק דרך אחת לשדר אותה.

ברור שסוד ערוץ MIMO טמון בשיפוט של עצמאות נתיב השידור.כלומר, הסוד טמון ב-H11, H12, H21 ו-H22.המהנדסים מפשטים את המשוואה באופן הבא:

מהנדסים ניסו לפשט את ה-H1, H12, H21 ו-H22, באמצעות כמה שינויים מורכבים, את המשוואה ובסופו של דבר המירו לנוסחה.

שתי כניסות X'1 ו- X'2, הכפלו את ה- λ1 ו- λ2, תוכלו לקבל Y'1 ו- Y'2.מה המשמעות של הערכים של λ1 ו-λ2?

יש מטריצה ​​חדשה.מטריצה ​​עם נתונים על אלכסון אחד בלבד נקראת מטריצה ​​אלכסונית.מספר הנתונים שאינם אפס באלכסון נקרא דרגת המטריצה.ב-2*2 MIMO, זה מתייחס לערכים שאינם אפס של λ1 ו-λ2.

אם הדרגה היא 1, זה אומר שמערכת 2*2 MIMO נמצאת בקורלציה גבוהה במרחב השידור, מה שאומר ש-MIMO מתנוון ל-SISO או SIMO והוא יכול רק לקבל ולשדר את כל הנתונים באותו הזמן.

אם הדרגה היא 2, אזי למערכת יש שני ערוצים מרחביים עצמאיים יחסית.זה יכול לשלוח ולקבל נתונים בו זמנית.

אז אם הדרגה היא 2, האם הקיבולת של שני ערוצי השידור הללו כפולה מזו של אחד?התשובה טמונה ביחס של λ1 ו-λ2, הנקרא גם המספר המותנה.

אם המספר המותנה הוא 1, זה אומר ש-λ1 ו-λ2 זהים;יש להם עצמאות גבוהה.הקיבולת של מערכת 2*2 MIMO יכולה להגיע למקסימום.

אם המספר המותנה גבוה מ-1, זה אומר שה- λ1 ו- λ2 שונים.עם זאת, ישנם שני ערוצים מרחביים, והאיכות שונה, אז המערכת תשים את המשאבים העיקריים בערוץ באיכות טובה יותר.בדרך זו, קיבולת מערכת 2*2 MIMO היא פי 1 או 2 ממערכת SISO.

עם זאת, המידע נוצר במהלך שידור חלל לאחר שתחנת הבסיס שולחת את הנתונים.איך תחנת הבסיס יודעת מתי לשלוח ערוץ אחד או שני ערוצים?

אל תשכח, ואין סודות ביניהם.הטלפון הנייד ישלח את מצב הערוץ הנמדד שלו, דירוג מטריצת השידור והצעות לקידוד מוקדם לתחנת הבסיס לצורך התייחסות.

בשלב זה, אני חושב שאנחנו יכולים לראות ש-MIMO מתברר כדבר כזה.