Çoklu giriş çoklu çıkış (MIMO), kanal kapasitesini büyük ölçüde artırmak amacıyla, verici ve alıcı uçlar arasında birden fazla kanal oluşturmak için hem verici uçta hem de alıcı uçta birden fazla anten kullanan bir anten sistemidir.
SOFTEL WIFI 6 Yönlendirici ONU
Çoklu giriş çoklu çıkış oldukça karmaşık bir anten çeşitleme tekniğidir. Çok yollu etkiler sinyal kalitesini etkileyecektir, dolayısıyla geleneksel anten sistemleri çok yollu etkileri nasıl ortadan kaldıracakları konusunda beyinlerini kullanmak zorundadır. MIMO sistemleri ise iletişim kalitesini artırmak için çok yollu efektleri kullanır. MIMO sisteminde, gönderen ve alan taraflar iletişim kurmak için aynı anda çalışabilen birden fazla anten kullanır. MIMO sistemleri genellikle güvenilirliği, menzili ve verimi önemli ölçüde artırmak için karmaşık sinyal işleme tekniklerini kullanır. Bu teknikleri kullanarak verici aynı anda birden fazla radyo frekansı sinyali gönderir ve alıcı bu sinyallerden verileri kurtarır. MIMO kablosuz iletişim sistemi, geleceğin mobil ve kablosuz iletişim sistemlerinin temel teknolojilerinden biridir. MIMO sisteminin bariz bir özelliği, son derece yüksek spektrum kullanım verimliliğine sahip olmasıdır. Mevcut spektrum kaynaklarının tam olarak kullanılması temelinde, uzay kaynakları güvenilirlik ve etkinlik açısından kazanımlar elde etmek için kullanılır. İşleme karmaşıklığına son verin.
anahtar modülü
1. MIMO sistem kanalı modeli modellemesi
Bir MIMO sisteminin performansı büyük ölçüde kanal modeline bağlıdır. Halihazırda standartlaştırılmış kablosuz yayılma modelleri olmasına ve birçok MIMO kanal modelinin çok sayıda gerçek ölçüm ve teorik araştırma çalışmasına dayanarak sağlanmasına rağmen, bunlar henüz ITU tarafından tanınmamıştır. Tanınmış standartlaştırılmış MIMO kanal modeli (3GPP, MIMO için kanal modeli standartlarını formüle etmiştir). Bu nedenle, iç ve dış ortamlardaki kablosuz MIMO kanallarının özelliklerini anlamak ve bunlara hakim olmak, MIMO kanallarının statik modellerini ve belirli dinamik modellerini oluşturmak, uygun sistem yapılarını seçmek ve MIMO sistemlerinin potansiyel büyük kanallarını gerçekleştirmek için mükemmel sinyal işleme algoritmaları tasarlamak için gereklidir. Kapasite, beklenen performansı yakalamak kritik önem taşıyor.
2. MIMO sisteminin kapasitesi
Geleneksel tek antenli sistemle karşılaştırıldığında MIMO sistemi hem performans hem de veri iletim hızı açısından büyük ölçüde gelişmiştir. İlk olarak Telestar ve Foschini, MIMO sisteminin kanal kapasitesinin derinlemesine bir analizini gerçekleştirdi. Sırasıyla Gauss gürültüsünü analiz ettiler. Aşağıdaki koşullar altında MIMO sisteminin kapasitesi üzerine yapılan araştırma, antenlerin birbirinden bağımsız olduğu varsayımı altında, çok antenli sistemin, tek antenli sisteme kıyasla önemli ölçüde iyileştirildiğini göstermektedir. Foschini'nin araştırması, kanalın iletim özelliklerinin bilinmesi durumunda şunu gösteriyor: M=N olduğunda, elde edilen kanal kapasitesi N ile orantılı olarak artar. Aynı iletim gücü ve iletim bant genişliği altında sistemin kanal kapasitesi, tek girişli tek çıkışlı (SISO) sisteme göre yaklaşık 40 kat daha yüksektir.
3. MIMO anten dizisinin tasarımı
Genel olarak baz istasyonu antenleri yüksekte kurulur ve anten dizisi etrafındaki yakın alan saçılımı nispeten zayıftır. Bu nedenle, farklı dizi elemanları üzerinde ilişkisiz sinyaller elde etmek için genellikle dizi elemanları arasındaki dalga boyu aralığının en az 10 katı mesafenin korunması gerekir. Anten sayısının fazla olması durumunda baz istasyonu hat dizilimlerinin kurulmasında engeller ortaya çıkabilmektedir. Mobil terminaller için, yakın alan saçıcılarının bolluğu nedeniyle, genellikle anten elemanları arasındaki mesafenin, sinyal korelasyonunu yeterince zayıf kılacak şekilde dalga boyunun 1/2'sinden fazla olduğuna inanılır. Polarize anten dizisi, dizi elemanlarının görünürdeki ilgisizliğini gerçekleştirmek için aynı uzamsal konumda karşılıklı dik polarizasyon durumlarını kullanabilir, böylece anten dizisinin boyutu nispeten azaltılabilir.
4. MIMO sisteminin sinyal işlemesi
Sönümlü bir ortamda bir dizi anten iletişim sistemi, ortak kanal girişimi ve semboller arası girişimle karşı karşıyadır. Çok antenli bir sistemin kapasitesine yaklaşabilmek için iyi sinyal işleme teknikleri gereklidir. Yüksek performanslı, düşük karmaşıklığa sahip sinyal tespit yöntemleri veya ortak tespit yöntemleri, araştırmacılar için her zaman sıcak bir konu olmuştur.
5. MIMO sisteminin karmaşıklık sorunu
MIMO sistemindeki sinyal, tek antenli sistemle karşılaştırıldığında iki boyutlu uzay-zamana genişletildiğinden, kanal tahmini, kanal eşitleme, kod çözme ve algılama bağlantılarının karmaşıklığı, anten sayısı veya anten sayısı arttıkça artacaktır. sinyal modülasyon sırasının arttırılması. Algoritma hesaplama miktarı, işlem gecikmesini, cihazın güç tüketimini ve bekleme süresini doğrudan etkileyecektir. Aynı zamanda, pratik uygulamalarda MIMO sistemlerini sınırlayan önemli bir faktör, çoklu radyo frekansı bağlantılarının getirdiği yüksek maliyettir. "Yazılımın" hesaplama karmaşıklığını azaltmak için, MIMO sistemleri için daha basit ve daha etkili sinyal işleme yöntemleri ve çeşitli uzay-zaman kodlama ve kod çözme şemaları sağlayın. "Donanım" maliyetini azaltmak için anten seçimi, MIMO teknolojisinin avantajlarını korurken işlem karmaşıklığını ve donanım maliyetini büyük ölçüde azaltabilen çok kritik bir teknolojidir ve MIMO sistemlerinin pratik uygulamasını teşvik eden bir araştırma odağıdır.
6. MIMO sistemlerinin çeşitliliği ve çoğullanması
MIMO sisteminin özü çeşitlilik kazancı ve çoğullama kazancı sağlamaktır. Birincisi sistemin iletim güvenilirliğini garanti eder, ikincisi ise sistemin iletim hızını artırır. İlk literatürün çoğu, iletim çeşitliliği ve uzaysal çoğullamanın tek başına veya kodlamayla birlikte kullanımına odaklandı. Çalışmalar, çok antenli sistemlerin aynı anda çeşitlilik ve mekansal çoğullama sağlayabildiğini ve ikisi arasında bir denge olduğunu göstermiştir. MIMO sistemlerinde iki çeşitlilik ve çoğullama modunu rasyonel bir şekilde kullanarak sistem kazancını en üst düzeye çıkarmak için araştırmaya değer.
7. (Çok hücreli) Çok kullanıcılı MIMO sistemi
Teorik olarak çok kullanıcılı MIMO sisteminin kapasite alanı çözülmüştür ancak kapasite alanının çeşitli kullanıcıların iletim hızı gereksinimlerini karşılamasının nasıl sağlanacağı hala tam olarak çözülmemiştir. Ayrıca yayın kanalında, MIMO sisteminde antenler arası ve kullanıcılar arası girişim nedeniyle, kullanıcılar arasındaki ortak kanal girişimini ortadan kaldıracak iletim vektörünün nasıl tasarlanacağı, sistem kapasitesinin nasıl yapılacağı ve güç kontrolünün nasıl yapılacağı anlatılacaktır. Güç sınırlı olduğunda her kullanıcıya özel QoS Çok hücreli çok kullanıcılı sistemlerin varlığında optimizasyon sorunu ve ilgili teknolojiler hala araştırmaların odak noktasıdır.
MIMO Teknolojisinin Temel Prensipleri
MIMO teknolojisi, sinyallerin verici uçta ve alıcı uçta birden fazla anten aracılığıyla iletilmesi ve alınması, böylece iletişim kalitesinin iyileştirilmesi için sırasıyla verici uçta ve alıcı uçta birden fazla verici anten ve alıcı antenin kullanılmasını ifade eder. Uzay kaynaklarından tam olarak faydalanabilir, birden fazla anten aracılığıyla birden fazla iletim ve birden fazla alım gerçekleştirebilir ve spektrum kaynaklarını ve anten iletim gücünü artırmadan sistem kanal kapasitesini iki katına çıkarabilir, belirgin avantajlar gösterir ve yeni nesil mobil olarak kabul edilir. iletişim teknolojisi. MIMO teknolojisinin özü, sistem için alan çeşitliliği kazancı ve alan çoğullama kazancı sağlamaktır.
Verici uç, uzay-zaman haritalaması yoluyla birden fazla antene gönderilecek veri sinyalini eşler ve alıcı uç, verici uç tarafından gönderilen veri sinyalini kurtarmak için her bir anten tarafından alınan sinyaller üzerinde uzay-zaman kod çözme işlemi gerçekleştirir. Farklı uzay-zaman haritalama yöntemlerine göre, MIMO teknolojisi kabaca iki kategoriye ayrılabilir: uzay çeşitliliği ve uzay çoğullaması. Uzay çeşitliliği, aynı bilgiye sahip sinyalleri farklı yollardan göndermek ve aynı zamanda alıcıda aynı veri sembolünün bağımsız olarak sönümlenen birden fazla sinyalini elde etmek için birden fazla verici antenin kullanılması anlamına gelir; böylece alım güvenilirliği iyileştirilir. çeşitlilik. Örneğin, yavaş Rayleigh sönümlemeli bir kanalda, bir verici anten ve n adet alıcı anten kullanılarak iletilen sinyal n farklı yoldan geçer. Antenler arasındaki sönümleme bağımsız ise maksimum çeşitlilik kazancı n olarak elde edilebilir. İletim çeşitliliği teknolojisinde, sistemin güvenilirliğini artırmak için çoklu yolların kazancını da kullanmak gerekir. m verici anten ve n alıcı antenden oluşan bir sistemde, anten çiftleri arasındaki yol kazançları bağımsız ve düzgün bir şekilde dağıtılmış Rayleigh sönümlemesi ise elde edilebilecek maksimum çeşitlilik kazancı mn'dir. Şu anda MIMO sistemlerinde yaygın olarak kullanılan uzay çeşitliliği teknolojileri esas olarak Uzay Zaman Blok Kodu (Uzay Zaman Blok Kodu, STBC) ve hüzme oluşturma teknolojilerini içermektedir. STBC, iletim çeşitliliğine dayanan önemli bir kodlama şeklidir ve en temeli iki anten için tasarlanan Alamouti şemasıdır.
STBC yönteminin en önemli kısmı birden fazla anten üzerinden iletilecek sinyal vektörlerinin birbirine dik olmasını sağlamaktır. STBC teknolojisinin kullanımı tam çeşitlilik etkisine ulaşabilir, yani STBC teknolojisi M verici anten ve N alıcı antenli bir sistemde kullanıldığında maksimum çeşitlilik kazancı MN'dir. Hüzme oluşturma teknolojisi, belirli kullanıcılara yönelik şekillendirilmiş ışınlar oluşturmak için aynı verileri farklı verici antenler aracılığıyla göndermek ve böylece anten kazancını etkili bir şekilde artırmaktır. Kullanıcıya yönlendirilen ışının sinyal gücünü maksimuma çıkarmak için, hüzme oluşturma teknolojisinin genellikle her verici antenden gönderilen verilerin fazını ve gücünü hesaplaması gerekir; buna hüzme oluşturma vektörü de denir. Yaygın hüzme oluşturma vektörü hesaplama yöntemleri arasında maksimum özdeğer vektörü, MUSIC algoritması vb. yer alır. M iletim antenleri için hüzme oluşturma teknolojisi kullanılarak elde edilebilecek maksimum iletim çeşitliliği kazancı M'dir. Uzamsal çoğullama teknolojisi, iletilecek verileri birkaç veriye bölmektir. akışları yönetebilir ve daha sonra bunları farklı antenler üzerinden iletebilir, böylece sistemin iletim hızını arttırabilirsiniz. Yaygın olarak kullanılan uzaysal çoğullama yöntemi Bell Laboratuvarları tarafından önerilen dikey katmanlı uzay-zaman kodu yani V-BLAST teknolojisidir.
