Многопользовательский MIMO

Многопользовательский MIMO ( MU-MIMO ) — это набор технологий с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO) для многопутевой беспроводной связи, в которой несколько пользователей или терминалов, каждый из которых осуществляет радиосвязь через одну или несколько антенн, связываются друг с другом. Напротив, однопользовательский MIMO (SU-MIMO) включает в себя одного пользователя или терминал, оборудованный множеством антенн, осуществляющий связь ровно с одним другим узлом, оснащенным аналогичным образом. Аналогично тому, как OFDMA добавляет возможность множественного доступа к OFDM в сфере сотовой связи, MU-MIMO добавляет возможность многопользовательской работы к MIMO в сфере беспроводной связи.

СДМА, ^[1]^[2]^[3] массивный MIMO, ^[4]^[5] координированная многоточечная связь (CoMP), ^[6] и специальные MIMO все связаны с MU-MIMO; каждая из этих технологий часто использует пространственные степени свободы для разделения пользователей.

Технология

MU-MIMO использует нескольких пользователей в качестве пространственно распределенных ресурсов передачи за счет несколько более дорогой обработки сигналов. Для сравнения, традиционный однопользовательский MIMO (SU-MIMO) включает в себя исключительно измерения с несколькими антеннами локального устройства. Алгоритмы MU-MIMO улучшают системы MIMO, в которых число соединений между пользователями превышает единицу. MU-MIMO можно разделить на две категории: широковещательные каналы MIMO (MIMO BC) и каналы множественного доступа MIMO (MIMO MAC) для ситуаций нисходящей и восходящей линии связи соответственно. Опять же для сравнения, SU-MIMO может быть представлен как двухточечный парный MIMO.

Чтобы устранить двусмысленность слов «приемник» и «передатчик» , мы можем принять термины «точка доступа» (AP) или «базовая станция» и «пользователь» . Точка доступа является передатчиком, а пользователь — получателем для соединений нисходящей линии связи и наоборот для соединений восходящей линии связи. Однородные сети лишены этого различия, поскольку они имеют тенденцию быть двунаправленными.

MIMO-вещание (MIMO BC)

Пример блочной диагонализированной матрицы каналов реального значения (8 передающих антенн на базовой станции, 3 пользовательских оборудования).

MIMO BC представляет собой случай нисходящей линии связи MIMO, когда один отправитель передает данные нескольким получателям в беспроводной сети. Примерами расширенной обработки передачи для MIMO BC являются предварительное кодирование с учетом помех и планирование пользователей нисходящей линии связи на основе SDMA. Для расширенной обработки передачи qfz должен быть известен на передатчике (CSIT). То есть знание CSIT позволяет повысить пропускную способность, и методы получения CSIT приобретают большое значение. Системы MIMO BC имеют выдающееся преимущество перед системами SU-MIMO «точка-точка», особенно когда количество антенн на передатчике или точке доступа больше, чем количество антенн на каждом приемнике (пользователе). Категории методов предварительного кодирования, которые могут использоваться MIMO BC, включают в себя методы, использующие кодирование на «грязной бумаге» (DPC) и линейные методы. ^[7] и два гибридных (аналоговых и цифровых) методов. ^[8] Предварительное кодирование также может быть достигнуто с помощью так называемой управляющей матрицы. ^[9] который можно применять в нескольких конфигурациях.

НЕСМОТРЯ на МАК

И наоборот, канал множественного доступа MIMO или MIMO MAC представляет собой случай восходящей линии связи MIMO в беспроводной сети с несколькими отправителями и одним получателем. Примерами расширенной обработки приема для MIMO MAC являются совместное подавление помех и планирование пользователей восходящей линии связи на основе SDMA. Для расширенной обработки приема приемник должен знать информацию о состоянии канала в приемнике (CSIR). Знать CSIR, как правило, проще, чем знать CSIT. Однако знание CSIR требует больших затрат ресурсов восходящей линии связи для передачи выделенных пилот-сигналов от каждого пользователя к точке доступа. Системы MIMO MAC превосходят системы MIMO «точка-точка», особенно когда количество приемных антенн в точке доступа больше, чем количество передающих антенн у каждого пользователя.

Межуровневый MIMO

Межуровневый MIMO повышает производительность каналов MIMO за счет решения определенных межуровневых проблем, которые могут возникнуть при использовании в системе конфигураций MIMO. Межуровневые методы также могут использоваться для повышения производительности каналов SISO. Примерами межуровневых методов являются совместное кодирование исходного канала, адаптивная модуляция и кодирование (AMC или «адаптация канала»), гибридный ARQ (HARQ) и планирование пользователя.

Многопользовательский режим для многопользовательского режима

Беспроводная одноранговая сеть с высокой степенью взаимосвязанности повышает гибкость беспроводной сети за счет увеличения многопользовательских помех. Чтобы улучшить помехозащищенность, протоколы уровня PHY/MAC превратились из конкурирующих в кооперативные передачу и прием. Совместная беспроводная связь может фактически использовать помехи, включая собственные помехи и другие помехи пользователя. При совместной беспроводной связи каждый узел может использовать собственные помехи и другие помехи пользователя для улучшения производительности кодирования и декодирования данных, тогда как обычные узлы обычно направлены на то, чтобы избежать помех. Например, как только сильные помехи декодируются, узел декодирует и подавляет сильные помехи перед декодированием собственного сигнала. Смягчение низкого отношения несущей к помехам (CoI) может быть реализовано на сетевых уровнях PHY/MAC/приложения в кооперативных системах.

Совместное исследование нескольких антенн. Применяйте технологии нескольких антенн в ситуациях, когда антенны распределены между соседними беспроводными терминалами.
- Кооперативное разнесение . Достигните выигрыша от разнесения антенн за счет взаимодействия распределенных антенн, принадлежащих каждому независимому узлу.
- Кооперативный MIMO – Достигните MIMO преимуществ , включая выигрыш от пространственного мультиплексирования , используя взаимодействие передачи или приемника распределенных антенн, принадлежащих множеству различных узлов.
Кооперативная ретрансляция. Примените кооперативные концепции к методам ретрансляции, что аналогично кооперативному разнообразию с точки зрения совместной передачи сигналов. Однако основным критерием кооперативной ретрансляции является улучшение области компромисса между задержкой и производительностью, тогда как критерием кооперативного разнесения и MIMO является улучшение производительности канала и системы за счет минимальных потерь при кооперации.
Техники ретрансляции сотрудничества
- Сохранение и пересылка (S&F), усиление и пересылка (A&F), декодирование и пересылка (D&F), кооперация кодирования, кооперация пространственного кодирования, сжатие и вперед (C&F), неортогональные методы

Кооперативный MIMO (CO-MIMO)

CO-MIMO , также известный как сетевой MIMO ( net-MIMO ) или ad hoc MIMO , использует распределенные антенны, принадлежащие другим пользователям, тогда как обычный MIMO, т. е. однопользовательский MIMO, использует только антенны, принадлежащие локальному терминалу. CO-MIMO повышает производительность беспроводной сети за счет преимуществ использования нескольких антенн, таких как разнесение, мультиплексирование и формирование луча . Если основной интерес зависит от выгоды от разнообразия, это называется кооперативным разнообразием . Его можно описать как форму макроразнообразия , используемую, например, при мягкой передаче обслуживания . Кооперативный MIMO соответствует макроразнесению передатчиков или одновременной передаче . Простая форма, не требующая какой-либо сложной обработки сигнала, — это одночастотные сети (SFN), используемые, в частности, в беспроводном вещании. SFN в сочетании с адаптивным планированием каналов или трафика называются динамическими одночастотными сетями (DSFN).

CO-MIMO — это метод, полезный для будущих сотовых сетей, в которых рассматриваются беспроводные ячеистые сети или беспроводные одноранговые сети. В беспроводных одноранговых сетях несколько узлов передачи взаимодействуют с несколькими узлами приема. Чтобы оптимизировать пропускную способность одноранговых каналов, концепции и методы MIMO могут применяться к множеству каналов между кластерами узлов передачи и приема. В отличие от нескольких антенн в однопользовательском приемопередатчике MIMO, участвующие узлы и их антенны расположены распределенно. Таким образом, для достижения пропускной способности этой сети необходимы методы управления распределенными радиоресурсами. такие стратегии, как автономное распознавание помех , сотрудничество узлов и сетевое кодирование с использованием грязного бумажного кодирования Для оптимизации пропускной способности беспроводной сети были предложены .

См. также

Ссылки

^ Н. Джиндал, Радиовещательные каналы MIMO с обратной связью с конечной скоростью , Транзакции IEEE по теории информации, том. 52, нет. 11, стр. 5045–5059, 2006.
^ Д. Гесберт, М. Кунтурис, Р.В. Хит-младший, К.-Б. Че и Т. Зельцер, «Сдвиг парадигмы MIMO» , журнал IEEE Signal Processing Magazine, vol. 24, нет. 5, стр. 36–46, 2007.
^ Р. Твег, Р. Альперт, Х. Лейзерович, А. Штайнер, Э. Левитан, Э. Оффир-Арад, А. Б. Гай, Б. Зикель, А. Авирам, А. Фриман, М. Вакс, Реализация ASIC формирования луча и SDMA для развертывания Wi-Fi в городских зонах , Глобальная конференция по телекоммуникациям, 2006 г. GLOBECOM '06. IEEE.
^ TL Marzetta, Некооперативная сотовая беспроводная связь с неограниченным количеством антенн базовых станций. Транзакции IEEE в беспроводной связи, том. 9, нет. 11, стр. 56–61, 3590–3600, ноябрь 2010 г.
^ Дж. Хойдис, С. тен Бринк, М. Дебба, Массивный MIMO в UL/DL сотовых сетей: сколько антенн нам нужно? Журнал IEEE по избранным областям коммуникаций, том. 31, нет. 2, стр. 160–171, февраль 2013 г.
^ Э. Бьёрнсон и Э. Йорсвик, Оптимальное распределение ресурсов в скоординированных многоклеточных системах , Основы и тенденции в теории коммуникаций и информации, том. 9, нет. 2–3, стр. 113–381, 2013.
^ К. Спенсер; М. Хаардт и А.Л. Суиндлхерст (февраль 2004 г.). «Методы нулевого форсирования для пространственного мультиплексирования нисходящей линии связи в многопользовательских каналах MIMO». IEEE Транс. Сигнальный процесс . 52 (2): 461. Бибкод : 2004ITSP...52..461S . дои : 10.1109/TSP.2003.821107 . S2CID 616082 .
^ Виззиелло А., Савацци П. и Чоудхури КР (2018). Гибридное предварительное кодирование на основе Калмана для многопользовательских систем MIMO миллиметрового диапазона. Доступ IEEE, 6, 55712-55722.
^ «Мейлхак, Лиза и Ахмад Баззи. «Управляющая матрица предварительного кодирования для систем связи MU-MIMO». Патент США № 10 686 500, выдан 16 июня 2020 г.» .

Внешние ссылки

Формирование луча MU-MIMO посредством конструктивных помех , Демонстрационный проект Wolfram
Пил, CB, Спенсер, QH, Суиндлхерст, AL, и Хаардт, М. (2004). Введение в многопользовательский нисходящий канал MIMO. Журнал коммуникаций IEEE, 61.

[jindal-1] Н. Джиндал, Радиовещательные каналы MIMO с обратной связью с конечной скоростью , Транзакции IEEE по теории информации, том. 52, нет. 11, стр. 5045–5059, 2006.

[gesbert-2] Д. Гесберт, М. Кунтурис, Р.В. Хит-младший, К.-Б. Че и Т. Зельцер, «Сдвиг парадигмы MIMO» , журнал IEEE Signal Processing Magazine, vol. 24, нет. 5, стр. 36–46, 2007.

[rtweg-3] Р. Твег, Р. Альперт, Х. Лейзерович, А. Штайнер, Э. Левитан, Э. Оффир-Арад, А. Б. Гай, Б. Зикель, А. Авирам, А. Фриман, М. Вакс, Реализация ASIC формирования луча и SDMA для развертывания Wi-Fi в городских зонах , Глобальная конференция по телекоммуникациям, 2006 г. GLOBECOM '06. IEEE.

[Marzetta-4] TL Marzetta, Некооперативная сотовая беспроводная связь с неограниченным количеством антенн базовых станций. Транзакции IEEE в беспроводной связи, том. 9, нет. 11, стр. 56–61, 3590–3600, ноябрь 2010 г.

[Hoydis-5] Дж. Хойдис, С. тен Бринк, М. Дебба, Массивный MIMO в UL/DL сотовых сетей: сколько антенн нам нужно? Журнал IEEE по избранным областям коммуникаций, том. 31, нет. 2, стр. 160–171, февраль 2013 г.

[fnt2013-6] Э. Бьёрнсон и Э. Йорсвик, Оптимальное распределение ресурсов в скоординированных многоклеточных системах , Основы и тенденции в теории коммуникаций и информации, том. 9, нет. 2–3, стр. 113–381, 2013.

[7] К. Спенсер; М. Хаардт и А.Л. Суиндлхерст (февраль 2004 г.). «Методы нулевого форсирования для пространственного мультиплексирования нисходящей линии связи в многопользовательских каналах MIMO». IEEE Транс. Сигнальный процесс . 52 (2): 461. Бибкод : 2004ITSP...52..461S . дои : 10.1109/TSP.2003.821107 . S2CID 616082 .

[8] Виззиелло А., Савацци П. и Чоудхури КР (2018). Гибридное предварительное кодирование на основе Калмана для многопользовательских систем MIMO миллиметрового диапазона. Доступ IEEE, 6, 55712-55722.

[9] «Мейлхак, Лиза и Ахмад Баззи. «Управляющая матрица предварительного кодирования для систем связи MU-MIMO». Патент США № 10 686 500, выдан 16 июня 2020 г.» .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

v т и Телекоммуникации
History	Beacon Broadcasting Cable protection system Cable TV Communications satellite Computer network Data compression audio DCT image video Digital media Internet video online video platform social media streaming Drums Edholm's law Electrical telegraph Fax Heliographs Hydraulic telegraph Information Age Information revolution Internet Mass media Mobile phone Smartphone Optical telecommunication Optical telegraphy Pager Photophone Prepaid mobile phone Radio Radiotelephone Satellite communications Semaphore Phryctoria Semiconductor device MOSFET transistor Smoke signals Telecommunications history Telautograph Telegraphy Teleprinter (teletype) Telephone The Telephone Cases Television digital streaming Undersea telegraph line Videotelephony Whistled language Wireless revolution
Pioneers	Nasir Ahmed Edwin Howard Armstrong Mohamed M. Atalla John Logie Baird Paul Baran John Bardeen Alexander Graham Bell Emile Berliner Tim Berners-Lee Francis Blake (telephone) Jagadish Chandra Bose Charles Bourseul Walter Houser Brattain Vint Cerf Claude Chappe Yogen Dalal Daniel Davis Jr. Donald Davies Amos Dolbear Thomas Edison Lee de Forest Philo Farnsworth Reginald Fessenden Elisha Gray Oliver Heaviside Robert Hooke Erna Schneider Hoover Harold Hopkins Gardiner Greene Hubbard Internet pioneers Bob Kahn Dawon Kahng Charles K. Kao Narinder Singh Kapany Hedy Lamarr Innocenzo Manzetti Guglielmo Marconi Robert Metcalfe Antonio Meucci Samuel Morse Jun-ichi Nishizawa Charles Grafton Page Radia Perlman Alexander Stepanovich Popov Tivadar Puskás Johann Philipp Reis Claude Shannon Almon Brown Strowger Henry Sutton Charles Sumner Tainter Nikola Tesla Camille Tissot Alfred Vail Thomas A. Watson Charles Wheatstone Vladimir K. Zworykin
Transmission media	Coaxial cable Fiber-optic communication optical fiber Free-space optical communication Molecular communication Radio waves wireless Transmission line telecommunication circuit
Network topology and switching	Bandwidth Links Nodes terminal Network switching circuit packet Telephone exchange
Multiplexing	Space-division Frequency-division Time-division Polarization-division Orbital angular-momentum Code-division
Concepts	Communication protocol Computer network Data transmission Store and forward Telecommunications equipment
Types of network	Cellular network Ethernet ISDN LAN Mobile NGN Public Switched Telephone Radio Television Telex UUCP WAN Wireless network
Notable networks	ARPANET BITNET CYCLADES FidoNet Internet Internet2 JANET NPL network Toasternet Usenet
Locations	Africa Americas North South Antarctica Asia Europe Oceania (Global telecommunications regulation bodies)
Telecommunication portal Category Outline Commons