Cos'è MIMO?

1.   Cos'è MIMO?

In quest'era di interconnessione, i telefoni cellulari, in quanto finestra per comunicare con il mondo esterno, sembrano essere diventati parte del nostro corpo.

Ma il telefono cellulare non può navigare in Internet da solo, la rete di comunicazione del telefono cellulare è diventata importante quanto l'acqua e l'elettricità per gli esseri umani.Quando navighi in Internet, non senti l'importanza di questi eroi dietro le quinte.Una volta che te ne vai, ti sembra di non poter più vivere.

C'è stato un tempo in cui Internet dei telefoni cellulari veniva addebitato dal traffico, il reddito medio di una persona è di poche centinaia di monete, ma 1 MHz deve spendere una moneta.Quindi, quando vedrai il Wi-Fi, ti sentirai al sicuro.

Vediamo come appare un router wireless.

8 antenne, sembra ragni.

Il segnale può attraversare due o più pareti?O la velocità di Internet raddoppierà?

Questi effetti possono essere raggiunti da un router e si ottengono con molte antenne, la famosa tecnologia MIMO.

MIMO, che è Multi-input Multi output.

È difficile immaginarlo, vero?Che cos'è Multi-input Multi-output, in che modo le antenne possono ottenere tutti gli effetti?Quando navighi in Internet tramite un cavo di rete, la connessione tra il computer e Internet è ovviamente un cavo fisico.Ora immaginiamo quando usiamo le antenne per inviare segnali attraverso l'aria usando le onde elettromagnetiche.L'aria agisce come un filo ma è virtuale, un canale per trasmettere segnali chiamato canale wireless.

Quindi, come puoi rendere Internet più veloce?

Si hai ragione!Può essere risolto con poche antenne in più, qualche cavo virtuale in più insieme per inviare e ricevere dati.MIMO è progettato per il canale wireless.

Come i router wireless, la stazione base 4G e il tuo telefono cellulare stanno facendo la stessa cosa.

Grazie alla tecnologia MIMO, strettamente integrata con il 4G, possiamo sperimentare la maggiore velocità di Internet.Allo stesso tempo, il costo degli operatori di telefonia mobile si è notevolmente ridotto;possiamo spendere meno per sperimentare una velocità internet più veloce e illimitata.Ora possiamo finalmente sbarazzarci della nostra dipendenza dal Wi-Fi e navigare in Internet tutto il tempo.

Ora, lascia che ti presenti cos'è MIMO?

2.Classificazione MIMO

Prima di tutto, il MIMO di cui abbiamo parlato prima si riferisce al notevole aumento della velocità della rete nel download.Questo perché, per ora, abbiamo una domanda molto più forte di download.Pensaci, puoi scaricare dozzine di video GHz ma caricare principalmente solo pochi MHz.

Poiché MIMO è chiamato input multipli e output multipli, più percorsi di trasmissione vengono creati da più antenne.Naturalmente, non solo la stazione base supporta la trasmissione di più antenne, ma anche il telefono cellulare deve soddisfare la ricezione di più antenne.

Controlliamo il seguente semplice disegno: (In effetti, l'antenna della stazione base è enorme e l'antenna del telefono cellulare è minuscola e nascosta. Ma anche con capacità diverse, si trovano nelle stesse posizioni di comunicazione.)

In base al numero di antenne della stazione base e dei telefoni cellulari, può essere suddiviso in quattro tipi: SISO, SIMO, MISO e MIMO.

SISO: ingresso singolo e uscita singola

SIMO: ingresso singolo e uscita multipla

MISO: input multipli e output singolo

MIMO: uscita multipla e uscita multipla

Iniziamo con il SISO:

La forma più semplice può essere definita in termini MIMO come SISO – Single Input Single Output.Questo trasmettitore funziona con un'antenna come il ricevitore.Non c'è diversità e non è richiesta alcuna elaborazione aggiuntiva.

C'è un'antenna per la stazione base e una per il cellulare;non interferiscono tra loro: il percorso di trasmissione tra di loro è l'unica connessione.

Non c'è dubbio che un tale sistema è molto fragile, è una piccola strada.Qualsiasi situazione imprevista costituirà direttamente una minaccia per le comunicazioni.

SIMO è migliore perché la ricezione del telefono è migliorata.

Come puoi vedere, il telefono cellulare non può modificare l'ambiente wireless, quindi cambia da solo: il telefono cellulare aggiunge un'antenna a se stesso.

In questo modo il messaggio inviato dalla stazione base può raggiungere il cellulare in due modi!È solo che entrambi provengono dalla stessa antenna alla stazione base e possono inviare solo gli stessi dati.

Di conseguenza, non importa se perdi alcuni dati su ogni percorso.Finché il telefono può ricevere una copia da qualsiasi percorso, anche se la capacità massima rimane la stessa su ogni percorso, la probabilità di ricevere correttamente i dati raddoppia.Questo è anche chiamato ricevere la diversità.

Che cos'è MISO?

In altre parole, il telefono cellulare ha ancora un'antenna e il numero di antenne nella stazione base è aumentato a due.In questo caso, gli stessi dati vengono trasmessi dalle due antenne trasmittenti.E l'antenna del ricevitore è quindi in grado di ricevere il segnale ottimale ei dati esatti.

Il vantaggio dell'utilizzo di MISO è che le antenne multiple ei dati vengono spostati dal ricevitore al trasmettitore.La stazione base può ancora inviare gli stessi dati in due modi;non importa se perdi dei dati;la comunicazione può procedere normalmente.

Sebbene la capacità massima rimanga la stessa, il tasso di successo della comunicazione è raddoppiato.Questo metodo è anche chiamato diversità di trasmissione.

Infine, parliamo di MIMO.

C'è più di un'antenna alle due estremità del collegamento radio, e questo è chiamato MIMO – Multiple Input Multiple Output.MIMO può essere utilizzato per fornire miglioramenti sia nella robustezza del canale che nel throughput del canale.La stazione base e il lato mobile possono entrambi utilizzare due antenne per inviare e ricevere in modo indipendente, e significa che la velocità è raddoppiata?

In questo modo, ci sono quattro percorsi di trasmissione tra la stazione base e il telefono cellulare, il che sembra essere molto più complicato.Ma per essere sicuri, poiché la stazione base e il lato del telefono cellulare hanno entrambi 2 antenne, può inviare e ricevere due dati contemporaneamente.Quindi quanto aumenta la capacità massima MIMO rispetto a un percorso?Dalla precedente analisi di SIMO e MISO, sembra che la capacità massima dipenda dal numero di antenne su entrambi i lati.

I sistemi MIMO sono generalmente come A*B MIMO;A indica il numero di antenne della stazione base, B indica il numero di antenne di telefonia mobile.Pensa a 4*4 MIMO e 4*2 MIMO.Cosa ne pensi quale capacità è più grande?

4*4 MIMO può inviare e ricevere 4 canali contemporaneamente e la sua capacità massima può raggiungere 4 volte quella del sistema SISO.4*2 MIMO può raggiungere solo 2 volte il sistema SISO.

Questo utilizzo di più antenne e diversi percorsi di trasmissione nello spazio di multiplexing per inviare più copie di dati diversi in parallelo per aumentare la capacità è chiamato multiplex a divisione di spazio.

Quindi, può la massima capacità di trasmissione nel sistema MIMO?Veniamo alla prova.

Prendiamo ancora come esempio la stazione base e il telefono cellulare con 2 antenne.Quale sarebbe il percorso di trasmissione tra di loro?

Come puoi vedere, i quattro percorsi passano attraverso la stessa dissolvenza e interferenza e quando i dati raggiungono il telefono cellulare, non possono più distinguersi.Non è lo stesso di un percorso?Al momento, il sistema 2*2 MIMO non è lo stesso del sistema SISO?

Allo stesso modo, il sistema 2 * 2 MIMO può degenerare in SIMO, MISO e altri sistemi, il che significa che il multiplex a divisione di spazio è ridotto alla diversità di trasmissione o alla diversità di ricezione, anche l'aspettativa della stazione base è degenerata dal perseguire l'alta velocità a garantendo il tasso di successo di ricezione.

E come vengono studiati i sistemi MIMO usando i simboli matematici?

3.Il segreto del canale MIMO

Gli ingegneri amano usare i simboli matematici.

Gli ingegneri hanno contrassegnato i dati delle due antenne sulla stazione base come X1 e X2, i dati delle antenne del telefono cellulare come Y1 e Y2, i quattro percorsi di trasmissione sono stati contrassegnati come H11, H12, H21, H22.

È facile calcolare Y1 e Y2 in questo modo.Ma a volte, la capacità di 2*2 MIMO può raggiungere il doppio di SISO, a volte no, a volte addirittura diventare la stessa di SISO.Come lo spieghi?

Questo problema può essere spiegato dalla correlazione di canale che abbiamo appena menzionato: maggiore è la correlazione, più difficile è distinguere ogni percorso di trasmissione sul lato mobile.Se il canale è lo stesso, allora le due equazioni diventano una, quindi c'è solo un modo per trasmetterlo.

Ovviamente, il segreto del canale MIMO sta nel giudizio sull'indipendenza del percorso di trasmissione.Cioè, il segreto sta in H11, H12, H21 e H22.Gli ingegneri semplificano l'equazione come segue:

Gli ingegneri hanno cercato di semplificare H1, H12, H21 e H22, attraverso alcune modifiche complesse, l'equazione e alla fine sono stati convertiti nella formula.

Due ingressi X'1 e X'2, moltiplicando λ1 e λ2, puoi ottenere Y'1 e Y'2.Cosa significano i valori di λ1 e λ2?

C'è una nuova matrice.Una matrice con dati su una sola diagonale è detta matrice diagonale.Il numero di dati diversi da zero sulla diagonale è chiamato rango della matrice.In 2*2 MIMO, si riferisce ai valori diversi da zero di λ1 e λ2.

Se il rango è 1, significa che il sistema 2*2 MIMO è altamente correlato nello spazio di trasmissione, il che significa che MIMO degenera in SISO o SIMO e può solo ricevere e trasmettere tutti i dati contemporaneamente.

Se il rango è 2, allora il sistema ha due canali spaziali relativamente indipendenti.Può inviare e ricevere dati contemporaneamente.

Quindi, se il rango è 2, la capacità di questi due canali di trasmissione è doppia rispetto a quella di uno?La risposta sta nel rapporto tra λ1 e λ2, detto anche numero condizionale.

Se il numero condizionale è 1, significa che λ1 e λ2 sono uguali;hanno un'elevata indipendenza.La capacità del sistema MIMO 2*2 può raggiungere il massimo.

Se il numero condizionale è maggiore di 1, significa che λ1 e λ2 sono diversi.Tuttavia, ci sono due canali spaziali e la qualità è diversa, quindi il sistema metterà le risorse principali sul canale con una qualità migliore.In questo modo, la capacità del sistema MIMO 2*2 è 1 o 2 volte quella del sistema SISO.

Tuttavia, le informazioni vengono generate durante la trasmissione spaziale dopo che la stazione base ha inviato i dati.Come fa la stazione base a sapere quando inviare uno o due canali?

Non dimenticare, e non ci sono segreti tra loro.Il telefono cellulare invierà lo stato del canale misurato, il rango della matrice di trasmissione e suggerimenti per la precodifica alla stazione base come riferimento.

A questo punto, penso che possiamo vedere che MIMO si rivela essere una cosa del genere.