Wat is MIMO?

1.   Wat is MIMO?

In dit tijdperk van onderlinge verbondenheid lijken mobiele telefoons, als het venster voor ons om met de buitenwereld te communiceren, een deel van ons lichaam te zijn geworden.

Maar de mobiele telefoon kan niet alleen op internet surfen, het communicatienetwerk voor mobiele telefoons is voor de mens net zo belangrijk geworden als water en elektriciteit.Als je op internet surft, voel je niet het belang van deze helden achter de schermen.Als je eenmaal weggaat, heb je het gevoel dat je niet meer kunt leven.

Er was een tijd dat het internet van mobiele telefoons werd opgeladen door het verkeer, het gemiddelde inkomen van een persoon is een paar honderd munten, maar 1 MHz moet een munt uitgeven.Dus als je Wi-Fi ziet, voel je je veilig.

Laten we eens kijken hoe een draadloze router eruit ziet.

8 antennes, het lijkt op spinnen.

Kan het signaal door twee of meer muren gaan?Of verdubbelt de internetsnelheid?

Deze effecten kunnen worden bereikt door een router en worden bereikt met veel antennes, de beroemde MIMO-technologie.

MIMO, wat Multi-input Multi-output is.

Dat is moeilijk voor te stellen, toch?Wat is Multi-input Multi-output, hoe kunnen antennes alle effecten bereiken?Wanneer je via een netwerkkabel op het internet surft, is de verbinding tussen de computer en internet natuurlijk een fysieke kabel.Laten we ons nu eens voorstellen dat we antennes gebruiken om signalen door de lucht te sturen met behulp van elektromagnetische golven.De lucht werkt als een draad maar is virtueel, een kanaal voor het verzenden van signalen dat een draadloos kanaal wordt genoemd.

Dus, hoe kun je het internet sneller maken?

Ja je hebt gelijk!Het kan worden opgelost door nog een paar antennes, nog een paar virtuele draden samen te voegen om gegevens te verzenden en te ontvangen.MIMO is ontworpen voor het draadloze kanaal.

Hetzelfde als draadloze routers, 4G-basisstations en je mobiele telefoon doen hetzelfde.

Dankzij MIMO-technologie, die nauw is geïntegreerd met 4G, kunnen we de hogere snelheid van internet ervaren.Tegelijkertijd zijn de kosten van gsm-operators aanzienlijk verlaagd;we kunnen minder uitgeven om een ​​snellere en onbeperkte internetsnelheid te ervaren.Nu kunnen we eindelijk af van onze afhankelijkheid van wifi en de hele tijd op internet surfen.

Laat me je nu voorstellen wat MIMO is?

2.MIMO-classificatie

Allereerst verwijst de MIMO die we eerder noemden naar de aanzienlijke toename van de netwerksnelheid bij het downloaden.Dat komt omdat we voorlopig een veel sterkere vraag naar downloads hebben.Denk er eens over na, je kunt tientallen GHz-video's downloaden, maar upload meestal slechts een paar MHz.

Omdat MIMO meerdere ingangen en meerdere uitgangen wordt genoemd, worden meerdere transmissiepaden gecreëerd door meerdere antennes.Natuurlijk ondersteunt het basisstation niet alleen meervoudige antenne-uitzendingen, maar moet de mobiele telefoon ook kunnen voldoen aan meervoudige antenne-ontvangst.

Laten we de volgende eenvoudige tekening bekijken: (In feite is de antenne van het basisstation enorm en de antenne van de mobiele telefoon is klein en verborgen. Maar zelfs met verschillende mogelijkheden bevinden ze zich in dezelfde communicatieposities.)

Afhankelijk van het aantal antennes van het basisstation en mobiele telefoons, kan het worden onderverdeeld in vier typen: SISO, SIMO, MISO en MIMO.

SISO: enkele invoer en enkele uitvoer

SIMO: enkele invoer en meerdere uitvoer

MISO: meerdere invoer en enkele uitvoer

MIMO: Meerdere Uitgangen en Meerdere Uitgangen

Laten we beginnen met de SISO:

De eenvoudigste vorm kan in MIMO-termen worden gedefinieerd als SISO – Single Input Single Output.Deze zender werkt met één antenne als de ontvanger.Er is geen diversiteit en er is geen aanvullende verwerking vereist.

Er is één antenne voor het basisstation en één voor de mobiele telefoon;ze interfereren niet met elkaar - het transmissiepad tussen hen is de enige verbinding.

Het lijdt geen twijfel dat zo'n systeem erg kwetsbaar is, het is een kleine weg.Elke onverwachte situatie vormt een directe bedreiging voor de communicatie.

SIMO is beter omdat de ontvangst van de telefoon verbeterd is.

Zoals je kunt zien, kan de mobiele telefoon de draadloze omgeving niet veranderen, dus verandert hij zichzelf – de mobiele telefoon voegt een antenne aan zichzelf toe.

Zo kan het bericht dat vanaf het basisstation wordt verzonden op twee manieren de mobiele telefoon bereiken!Alleen komen ze allebei van dezelfde antenne op het basisstation en kunnen ze alleen dezelfde data versturen.

Hierdoor maakt het niet uit of je op elke route wat data kwijtraakt.Zolang de telefoon vanaf elk pad een kopie kan ontvangen, ook al blijft de maximale capaciteit op elke route hetzelfde, verdubbelt de kans dat gegevens met succes worden ontvangen.Dit wordt ook wel ontvangstdiversiteit genoemd.

Wat is MISO?

Met andere woorden, de mobiele telefoon heeft nog steeds één antenne en het aantal antennes in het basisstation wordt uitgebreid naar twee.In dit geval worden dezelfde gegevens verzonden vanaf de twee zendantennes.En de ontvangstantenne kan dan het optimale signaal en de exacte gegevens ontvangen.

Het voordeel van het gebruik van MISO is dat de meerdere antennes en de gegevens van de ontvanger naar de zender worden verplaatst.Het basisstation kan nog steeds op twee manieren dezelfde data versturen;het maakt niet uit of u wat gegevens kwijtraakt;de communicatie kan normaal verlopen.

Hoewel de maximale capaciteit gelijk blijft, is het slagingspercentage van de communicatie verdubbeld.Deze methode wordt ook wel verzenddiversiteit genoemd.

Laten we het tot slot hebben over MIMO.

Er is meer dan één antenne aan beide uiteinden van de radioverbinding en dit wordt MIMO – Multiple Input Multiple Output genoemd.MIMO kan worden gebruikt om zowel de kanaalrobuustheid als de kanaaldoorvoer te verbeteren.Het basisstation en de mobiele kant kunnen beide twee antennes gebruiken om onafhankelijk te verzenden en te ontvangen, en het betekent dat de snelheid wordt verdubbeld?

Op deze manier zijn er vier transmissieroutes tussen het basisstation en de mobiele telefoon, wat een stuk ingewikkelder lijkt.Maar om zeker te zijn, omdat het basisstation en de mobiele telefoon beide 2 antennes hebben, kan het twee data tegelijkertijd verzenden en ontvangen.Dus hoeveel neemt de maximale capaciteit van MIMO toe in vergelijking met één pad?Uit de eerdere analyse van SIMO en MISO blijkt dat de maximale capaciteit afhangt van het aantal antennes aan beide zijden.

De MIMO-systemen zijn over het algemeen als A*B MIMO;A betekent het aantal antennes van het basisstation, B betekent het aantal antennes voor mobiele telefoons.Denk aan 4*4 MIMO en 4*2 MIMO.Wat denk je welke capaciteit groter is?

4*4 MIMO kan 4 kanalen tegelijk verzenden en ontvangen, en de maximale capaciteit kan 4 keer die van het SISO-systeem bereiken.4*2 MIMO kan slechts 2 keer het SISO-systeem bereiken.

Dit gebruik van meerdere antennes en verschillende transmissiepaden in de multiplexruimte om meerdere kopieën van verschillende gegevens parallel te verzenden om de capaciteit te vergroten, wordt space division multiplex genoemd.

Dus, kan de maximale transmissiecapaciteit in het MIMO-systeem?Laten we naar de test komen.

We nemen nog steeds het basisstation en de mobiele telefoon met 2 antennes als voorbeeld.Wat zou het transmissiepad tussen hen zijn?

Zoals u kunt zien, passeren de vier paden dezelfde vervaging en interferentie, en wanneer gegevens de mobiele telefoon bereiken, kunnen ze elkaar niet langer onderscheiden.Is dit niet hetzelfde als één pad?Op dit moment is het 2*2 MIMO-systeem niet hetzelfde als het SISO-systeem?

Op dezelfde manier kan het 2 * 2 MIMO-systeem degenereren in SIMO, MISO en andere systemen, wat betekent dat multiplex met ruimteverdeling wordt gereduceerd tot transmissiediversiteit of de ontvangstdiversiteit, de verwachting van het basisstation is ook gedegenereerd van het nastreven van hoge snelheid naar zorgen voor het ontvangende slagingspercentage.

En hoe worden MIMO-systemen bestudeerd met behulp van wiskundige symbolen?

3.Het geheim van het MIMO-kanaal

Ingenieurs gebruiken graag wiskundige symbolen.

Ingenieurs markeerden de gegevens van de twee antennes op het basisstation als X1 en X2, de gegevens van de mobiele telefoonantennes als Y1 en Y2, de vier transmissiepaden werden gemarkeerd als H11, H12, H21, H22.

Op deze manier is het eenvoudig om Y1 en Y2 te berekenen.Maar soms kan de capaciteit van 2*2 MIMO het dubbele van SISO bereiken, soms niet, soms zelfs hetzelfde als SISO.Hoe leg je het uit?

Dit probleem kan worden verklaard door de kanaalcorrelatie die we zojuist noemden: hoe hoger de correlatie, hoe moeilijker het is om elk transmissiepad aan de mobiele kant te onderscheiden.Als het kanaal hetzelfde is, worden de twee vergelijkingen één, dus er is maar één manier om het te verzenden.

Het geheim van het MIMO-kanaal ligt natuurlijk in de beoordeling van de onafhankelijkheid van het transmissiepad.Dat wil zeggen, het geheim ligt in H11, H12, H21 en H22.Ingenieurs vereenvoudigen de vergelijking als volgt:

Ingenieurs probeerden de H1, H12, H21 en H22 te vereenvoudigen door middel van enkele complexe wijzigingen, de vergelijking en uiteindelijk omgezet in de formule.

Twee ingangen X'1 en X'2, vermenigvuldig de λ1en λ2, je krijgt Y'1 en Y'2.Wat betekenen de waarden van λ1 en λ2?

Er is een nieuwe matrix.Een matrix met gegevens op slechts één diagonaal wordt een diagonaalmatrix genoemd.Het aantal niet-nul gegevens op de diagonaal wordt de rang van de matrix genoemd.In 2*2 MIMO verwijst het naar de niet-nulwaarden van λ1 en λ2.

Als de rang 1 is, betekent dit dat het 2 * 2 MIMO-systeem sterk gecorreleerd is in transmissieruimte, wat betekent dat MIMO degenereert tot SISO of SIMO en alleen alle gegevens tegelijkertijd kan ontvangen en verzenden.

Als de rang 2 is, heeft het systeem twee relatief onafhankelijke ruimtelijke kanalen.Het kan tegelijkertijd gegevens verzenden en ontvangen.

Dus, als de rang 2 is, is de capaciteit van deze twee transmissiekanalen dan het dubbele van die van één?Het antwoord ligt in de verhouding van λ1 en λ2, ook wel het voorwaardelijke getal genoemd.

Als het voorwaardelijke getal 1 is, betekent dit dat λ1 en λ2 hetzelfde zijn;ze hebben een hoge onafhankelijkheid.De capaciteit van het 2*2 MIMO-systeem kan het maximum bereiken.

Als het voorwaardelijke getal hoger is dan 1, betekent dit dat de λ1 en λ2 verschillend zijn.Er zijn echter twee ruimtelijke kanalen en de kwaliteit is anders, dan zal het systeem de belangrijkste bronnen op het kanaal plaatsen met een betere kwaliteit.Op deze manier is de capaciteit van het 2*2 MIMO-systeem 1 of 2 keer zo groot als het SISO-systeem.

De informatie wordt echter gegenereerd tijdens ruimtetransmissie nadat het basisstation de gegevens heeft verzonden.Hoe weet het basisstation wanneer het één kanaal of twee kanalen moet verzenden?

Vergeet niet, en er zijn geen geheimen tussen hen.De mobiele telefoon stuurt de gemeten kanaalstatus, de rangschikking van de transmissiematrix en suggesties voor voorcodering naar het basisstation ter referentie.

Op dit moment denk ik dat we kunnen zien dat MIMO zoiets blijkt te zijn.