НЕСМОТРЯ НА

Эта статья о беспроводной связи. Чтобы узнать о других значениях, см. MIMO (значения) .

MIMO использует многопутевое распространение для увеличения пропускной способности канала.

В радиосвязи m множественный вход и множественный выход ( MIMO ) ( / ˈ m aɪ oʊ oʊ , ˈ m iː m / ) — это метод увеличения пропускной способности радиоканала с использованием нескольких передающих и приемных антенн для использования многолучевого распространения . MIMO стал важным элементом стандартов беспроводной связи, включая IEEE 802.11n (Wi-Fi 4), IEEE 802.11ac (Wi-Fi 5), HSPA+ (3G), WiMAX и Long Term Evolution (LTE). Совсем недавно MIMO был применен для связи по линиям электропередачи для трехпроводных установок как часть стандарта ITU G.hn и спецификации HomePlug AV2.

Когда-то в беспроводной связи термин «MIMO» относился к использованию нескольких антенн на передатчике и приемнике. В современном использовании «MIMO» конкретно относится к классу методов отправки и получения более одного сигнала данных одновременно по одному и тому же радиоканалу за счет использования разницы в распространении сигнала между разными антеннами (например, из-за многолучевого распространения ). Кроме того, современное использование MIMO часто относится к нескольким сигналам данных, отправляемым на разные приемники (с одной или несколькими приемными антеннами), хотя это более точно называется многопользовательским, несколькими входами и одним выходом (MU-MISO).

История

Ранние исследования

MIMO часто восходит к исследовательским работам 1970-х годов, посвященным многоканальным цифровым системам передачи и помехам (перекрестным помехам) между парами проводов в кабельном жгуте: AR Kaye and DA George (1970), Брандербург и Винер (1974), и В. ван Эттен (1975, 1976). Хотя это не примеры использования многолучевого распространения для отправки нескольких потоков информации, некоторые математические методы борьбы с взаимными помехами оказались полезными для разработки MIMO. В середине 1980-х годов Джек Зальц из Bell Laboratories пошел дальше в этом исследовании, исследуя многопользовательские системы, работающие в «взаимно-перекрестных линейных сетях с аддитивными источниками шума», такими как мультиплексирование с временным разделением и радиосистемы с двойной поляризацией.

В начале 1990-х годов были разработаны методы повышения производительности сотовых радиосетей и обеспечения более агрессивного повторного использования частот. Множественный доступ с пространственным разделением каналов (SDMA) использует направленные или интеллектуальные антенны для связи на одной частоте с пользователями, находящимися в разных местах в пределах зоны действия одной и той же базовой станции. Система SDMA была предложена Ричардом Роем и Бьёрном Оттерстеном , исследователями ArrayComm , в 1991 году. Их патент США (№ 5515378 выдан в 1996 году) ) описывает метод увеличения пропускной способности с использованием «массива приемных антенн на базовой станции» с «множеством удаленных пользователей».

Изобретение

Арогьясвами Паульрадж и Томас Кайлат предложили метод обратного мультиплексирования на основе SDMA в 1993 году. Их патент США (№ 5 345 599, выданный в 1994 году) ) описал метод вещания с высокими скоростями передачи данных путем разделения высокоскоростного сигнала «на несколько низкоскоростных сигналов», которые должны передаваться от «пространственно разделенных передатчиков» и восстанавливаться приемной антенной решеткой на основе различий в «направлениях» прибытие." Паульраж был награжден престижной премией Маркони в 2014 году за «новаторский вклад в разработку теории и применения MIMO-антенн». высокоскоростные мобильные системы Wi-Fi и 4G произвели революцию в высокоскоростной беспроводной связи».

В статье от апреля 1996 года и последующем патенте Грег Рэли предположил, что естественное многолучевое распространение можно использовать для передачи нескольких независимых потоков информации с использованием совмещенных антенн и многомерной обработки сигналов. В документе также определены практические решения для модуляции ( MIMO-OFDM ), кодирования, синхронизации и оценки канала. Позже в том же году (сентябрь 1996 г.) Джерард Дж. Фоскини представил статью, в которой также предполагалось, что можно увеличить пропускную способность беспроводной линии связи, используя то, что автор назвал «многоуровневой пространственно-временной архитектурой».

Грег Рэли, В.К. Джонс и Майкл Поллак основали Clarity Wireless в 1996 году, построили и протестировали прототип системы MIMO. Cisco Systems приобрела Clarity Wireless в 1998 году. В 1998 году Bell Labs построила лабораторный прототип, демонстрирующий технологию V-BLAST (Vertical-Bell Laboratories Layered Space-Time). Арогьясвами Паульрадж основал компанию Iospan Wireless в конце 1998 года для разработки продуктов MIMO-OFDM. Iospan была приобретена Intel в 2003 году. Ни Clarity Wireless, ни Iospan Wireless не поставляли продукты MIMO-OFDM до их приобретения.

Стандарты и коммерциализация

См. также: Технология MIMO в WiMAX и технология MIMO в мобильных стандартах 3G.

Технология MIMO стандартизирована для беспроводных локальных сетей , сетей мобильной связи 3G и 4G сетей мобильной связи и в настоящее время широко используется в коммерческих целях. Грег Рэли и В.К. Джонс основали Airgo Networks в 2001 году для разработки наборов микросхем MIMO-OFDM для беспроводных локальных сетей. В конце 2003 года Институт инженеров по электротехнике и электронике ( IEEE ) создал рабочую группу для разработки стандарта беспроводной локальной сети, обеспечивающего пропускную способность пользовательских данных не менее 100 Мбит/с. Было два основных конкурирующих предложения: TGn Sync поддерживали такие компании, как Intel и Philips , а WWiSE поддерживали такие компании, как Airgo Networks, Broadcom и Texas Instruments . Обе группы согласились, что стандарт 802.11n будет основан на MIMO-OFDM с вариантами каналов 20 МГц и 40 МГц. TGn Sync, WWiSE и третье предложение (MITMOT, поддержанное Motorola и Mitsubishi ) были объединены в так называемое Совместное предложение. В 2004 году Airgo стала первой компанией, поставившей продукцию MIMO-OFDM. Qualcomm приобрела Airgo Networks в конце 2006 года. Окончательный стандарт 802.11n поддерживал скорость до 600 Мбит/с (с использованием четырех одновременных потоков данных) и был опубликован в конце 2009 года.

Сурендра Бабу Мандава и Арогьясвами Паульрадж основали Beceem Communications в 2004 году для производства чипсетов MIMO-OFDM для WiMAX . Компания была приобретена Broadcom в 2010 году. WiMAX был разработан как альтернатива стандартам сотовой связи, основан на стандарте 802.16e и использует MIMO-OFDM для обеспечения скорости до 138 Мбит/с. Более продвинутый стандарт 802.16m обеспечивает скорость загрузки до 1 Гбит/с. Общенациональная сеть WiMAX была построена в США компанией Clearwire , дочерней компанией Sprint-Nextel охватила 130 миллионов точек присутствия (PoP). , и к середине 2012 года Впоследствии Sprint объявила о планах развернуть LTE (стандарт сотовой связи 4G), охватывающий 31 город, к середине 2013 года. и закрыть свою сеть WiMAX к концу 2015 года.

Первый стандарт сотовой связи 4G был предложен NTT DoCoMo в 2004 году. Долгосрочное развитие (LTE) основано на MIMO-OFDM и продолжает развиваться в рамках Проекта партнерства третьего поколения (3GPP). LTE определяет скорость нисходящей линии связи до 300 Мбит/с, скорость восходящей линии связи до 75 Мбит/с и параметры качества обслуживания, такие как низкая задержка. В LTE Advanced добавлена ​​поддержка пикосот, фемтосот и каналов с несколькими несущими шириной до 100 МГц. LTE используется как операторами GSM/UMTS, так и CDMA.

Первые услуги LTE были запущены компанией TeliaSonera в Осло и Стокгольме в 2009 году. По состоянию на 2015 год в 123 странах действовало более 360 сетей LTE с примерно 373 миллионами подключений (устройств).

Функции

MIMO можно разделить на три основные категории: предварительное кодирование , пространственное мультиплексирование (SM) и разнесенное кодирование .

Предварительное кодирование — это многопоточное формирование луча в самом узком определении. В более общих чертах считается, что это вся пространственная обработка, происходящая в передатчике. При (однопотоковом) формировании луча один и тот же сигнал излучается каждой из передающих антенн с соответствующей фазой и коэффициентом усиления, так что мощность сигнала максимизируется на входе приемника. Преимущества формирования диаграммы направленности заключаются в увеличении усиления принимаемого сигнала (за счет конструктивного суммирования сигналов, излучаемых разными антеннами), а также в уменьшении эффекта замирания из-за многолучевого распространения. При распространении в пределах прямой видимости формирование луча приводит к четко определенной диаграмме направленности. Однако обычные лучи не являются хорошей аналогией в сотовых сетях, которые в основном характеризуются многолучевым распространением . Когда приемник имеет несколько антенн, формирование диаграммы направленности передачи не может одновременно максимизировать уровень сигнала на всех приемных антеннах, и часто полезно предварительное кодирование с использованием нескольких потоков. Предварительное кодирование требует знания информация о состоянии канала (CSI) в передатчике и приемнике.

Пространственное мультиплексирование требует настройки антенны MIMO. При пространственном мультиплексировании высокоскоростной сигнал разделяется на несколько потоков с более низкой скоростью, и каждый поток передается от другой передающей антенны в одном и том же частотном канале. Если эти сигналы поступают на антенную решетку приемника с достаточно разными пространственными характеристиками и приемник имеет точную CSI, он может разделить эти потоки на (почти) параллельные каналы. Пространственное мультиплексирование — очень мощный метод увеличения пропускной способности канала при более высоких отношениях сигнал/шум (SNR). Максимальное количество пространственных потоков ограничено меньшим количеством антенн на передатчике или приемнике. Пространственное мультиплексирование можно использовать без CSI в передатчике, но можно комбинировать с предварительным кодированием, если CSI доступен. Пространственное мультиплексирование также может использоваться для одновременной передачи на несколько приемников, известное как множественный доступ с пространственным разделением каналов или многопользовательский MIMO , и в этом случае на передатчике требуется CSI. Планирование приемников с различными пространственными характеристиками обеспечивает хорошую разделимость.

Методы разнесенного кодирования нет информации о канале используются, когда в передатчике . В методах разнесения передается один поток (в отличие от нескольких потоков при пространственном мультиплексировании), но сигнал кодируется с использованием методов, называемых пространственно-временным кодированием . Сигнал излучается каждой из передающих антенн с полным или почти ортогональным кодированием. Разнесенное кодирование использует независимое замирание в нескольких антенных каналах для улучшения разнесения сигналов. отсутствуют Поскольку информация о канале отсутствует, формирование диаграммы направленности или выигрыш в массиве от разнесенного кодирования .Разнесенное кодирование можно комбинировать с пространственным мультиплексированием, когда в приемнике доступны некоторые сведения о канале.

Формы

Пример антенны для LTE с двухпортовым разнесением антенн

Типы мультиантенн

Технология многоантенного MIMO (или однопользовательского MIMO) была разработана и реализована в некоторых стандартах, например, в продуктах 802.11n.

• SISO /SIMO/MISO — это особые случаи MIMO.
  • Несколько входов и один выход (MISO) — это особый случай, когда приемник имеет одну антенну.
  • Один вход и несколько выходов (SIMO) — это особый случай, когда передатчик имеет одну антенну.
  • Один вход один выход (SISO) Это обычная радиосистема, в которой ни передатчик, ни приемник не имеют нескольких антенн.
• Основные однопользовательские методы MIMO
  • Слоистое пространство-время (BLAST) Bell Laboratories , Джерард. Дж. Фоскини (1996)
  • Управление скоростью каждой антенны (PARC), Варанаси, Guess (1998), Чунг, Хуанг, Лозано (2001)
  • Выборочное управление скоростью для каждой антенны (SPARC), Ericsson (2004 г.)
• Некоторые ограничения
  • Физическое расстояние между антеннами выбрано большим; несколько длин волн на базовой станции. Разделение антенн в приемнике сильно ограничено в пространстве в мобильных телефонах, хотя усовершенствованная конструкция антенны и методы алгоритмов находятся в стадии обсуждения. См.: многопользовательский MIMO

Многопользовательские типы

Основная статья: Многопользовательский MIMO

• Многопользовательский MIMO (MU-MIMO)
  • В последних стандартах 3GPP и WiMAX MU-MIMO рассматривается как одна из технологий-кандидатов, которые могут быть приняты в спецификации рядом компаний, включая Samsung, Intel, Qualcomm, Ericsson, TI, Huawei, Philips, Nokia и Freescale. Для этих и других компаний, работающих на рынке мобильного оборудования, MU-MIMO более целесообразен для сотовых телефонов низкой сложности с небольшим количеством приемных антенн, тогда как более высокая пропускная способность однопользовательского SU-MIMO на пользователя лучше подходит для более сложных пользовательские устройства с большим количеством антенн.
  • Расширенный многопользовательский MIMO: 1) Использует усовершенствованные методы декодирования, 2) Использует усовершенствованные методы предварительного кодирования.
  • SDMA представляет собой либо множественный доступ с пространственным разделением каналов , либо множественный доступ с суперделением, где super подчеркивает, что ортогональное разделение, такое как частотное и временное разделение, не используется, а используются неортогональные подходы, такие как кодирование с суперпозицией.
• Кооперативный MIMO (CO-MIMO)
  • Использует несколько соседних базовых станций для совместной передачи/получения данных пользователям/от пользователей. В результате соседние базовые станции не вызывают межсотовых помех, как в традиционных системах MIMO.
• Макроразнообразие MIMO
  • Форма схемы пространственного разнесения, в которой используются несколько базовых станций передачи или приема для когерентной связи с одним или несколькими пользователями, которые могут быть распределены в зоне покрытия, с использованием одного и того же временного и частотного ресурса.
  • Передатчики расположены далеко друг от друга в отличие от традиционных схем MIMO с микроразнесением, таких как однопользовательский MIMO. В сценарии многопользовательского макроразнообразия MIMO пользователи также могут находиться далеко друг от друга. Следовательно, каждая составляющая ссылка в виртуальном канале MIMO имеет отдельное среднее SNR канала . Эта разница в основном обусловлена ​​различными долговременными ухудшениями канала, такими как потери на трассе и теневое затухание, которым подвергаются разные каналы связи.
  • Схемы макроразнообразия MIMO создают беспрецедентные теоретические и практические проблемы. Среди множества теоретических задач, пожалуй, самой фундаментальной является понимание того, как различные средние значения SNR канала влияют на общую пропускную способность системы и производительность отдельных пользователей в условиях затухания сигнала.
• MIMO- маршрутизация
  • Маршрутизация кластера по кластеру в каждом прыжке, где количество узлов в каждом кластере больше или равно одному. Маршрутизация MIMO отличается от традиционной (SISO) маршрутизации, поскольку традиционные протоколы маршрутизации маршрутизируют узел за узлом на каждом прыжке.
• Массивный MIMO (mMIMO)
  • Технология, при которой количество терминалов намного меньше количества антенн базовой (мобильной) станции. В условиях богатого рассеяния все преимущества массивной системы MIMO можно использовать, используя простые стратегии формирования луча, такие как передача с максимальным коэффициентом передачи (MRT), максимальное соотношение объединения (MRC) или нулевое воздействие (ZF). Чтобы достичь этих преимуществ массивного MIMO, должен быть доступен точный CSI. Однако на практике канал между передатчиком и приемником оценивается на основе ортогональных пилотных последовательностей, которые ограничены временем когерентности канала. Самое главное, что в многосотовой установке повторное использование пилотных последовательностей нескольких ячеек совмещенного канала приведет к загрязнению пилотного сигнала. При загрязнении пилотов производительность массивного MIMO резко ухудшается. Чтобы смягчить эффект загрязнения пилотов, Тадило Э. Богале и Лонг Б. Ле предложить простой метод назначения пилот-сигнала и оценки канала на основе ограниченных обучающих последовательностей. Однако в 2018 году исследование Эмиля Бьёрнсона, Якоба Хойдиса и Луки Сангинетти была опубликована, которая показывает, что загрязнение пилот-сигнала разрешимо и что пропускную способность канала всегда можно увеличить, как теоретически, так и на практике, за счет увеличения количества антенн.
• Голографический МИМО
  • Еще одна недавняя технология — голографическая MIMO, позволяющая реализовать высокую энергетическую и спектральную эффективность с очень высоким пространственным разрешением. Голографический MIMO — это ключевой концептуальный ключевой инструмент, который в последнее время набирает все большую популярность благодаря своей недорогой трансформирующей беспроводной структуре, состоящей из субволновых металлических или диэлектрических рассеивающих частиц, которые способны деформировать свойства электромагнитных волн в соответствии с некоторыми желаемыми целями.

Приложения

См. также: Кооперативный MIMO.

Третье поколение (3G) (CDMA и UMTS) позволяет реализовать схемы пространственно-временного разнесения передачи в сочетании с формированием диаграммы направленности передачи на базовых станциях. Четвертое поколение (4G) LTE и LTE Advanced определяют очень продвинутые радиоинтерфейсы, широко основанные на методах MIMO. LTE в первую очередь фокусируется на одноканальном MIMO, опираясь на пространственное мультиплексирование и пространственно-временное кодирование, в то время как LTE-Advanced дополнительно расширяет конструкцию до многопользовательского MIMO. В беспроводных локальных сетях (WLAN) IEEE 802.11n (Wi-Fi) технология MIMO реализована в стандарте с использованием трех различных методов: выбора антенны, пространственно-временного кодирования и, возможно, формирования диаграммы направленности.

Методы пространственного мультиплексирования делают приемники очень сложными, и поэтому их обычно комбинируют с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) или с модуляцией множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA), где проблемы, создаваемые многолучевым каналом, решаются эффективно. . Стандарт IEEE 802.16e включает MIMO-OFDMA. Стандарт IEEE 802.11n, выпущенный в октябре 2009 года, рекомендует MIMO-OFDM.

MIMO также планируется использовать в стандартах мобильной радиотелефонии, таких как недавние 3GPP и 3GPP2 . В 3GPP стандарты High-Speed ​​Packet Access plus (HSPA+) и Long Term Evolution (LTE) учитывают MIMO. Более того, для полной поддержки сотовых сред исследовательские консорциумы MIMO, включая IST-MASCOT, предлагают разработать передовые методы MIMO, например, многопользовательскую MIMO (MU-MIMO).

Архитектуры и методы обработки беспроводной связи MIMO могут применяться для решения задач обнаружения. Это изучается в субдисциплине под названием MIMO-радар .

Технология MIMO может использоваться в системах беспроводной связи. Одним из примеров является стандарт домашних сетей ITU-T G.9963 , который определяет систему связи по линии электропередачи, использующую методы MIMO для передачи нескольких сигналов по нескольким проводам переменного тока (фазе, нейтрали и земле).

Математическое описание

Модель канала MIMO

В системах MIMO передатчик отправляет несколько потоков с помощью нескольких передающих антенн. Потоки передачи проходят через матричный канал, состоящий из всех $N_{t}N_{r}$ пути между $N_{t}$ передающие антенны на передатчике и $N_{r}$ приемные антенны на приемнике. Затем приемник получает векторы принятого сигнала с помощью нескольких приемных антенн и декодирует полученные векторы сигнала в исходную информацию. Узкополосная система MIMO с плоским замиранием моделируется следующим образом:

$\mathbf {y} =\mathbf {H} \mathbf {x} +\mathbf {n}$

где $\mathbf {y}$ и $\mathbf {x}$ — векторы приема и передачи соответственно, и $\mathbf {H}$ и $\mathbf {n}$ — матрица канала и вектор шума соответственно.

Эргодические мощности с замкнутым контуром (канал известен, идеальный CSI ) и эргодические с разомкнутым контуром (канал неизвестен, нет CSI). Количество передающих и приемных антенн — 4 ( $N_{r}=N_{t}=4$).

Ссылаясь на теорию информации , эргодическая пропускная способность канала MIMO-систем, в которых и передатчик, и приемник имеют идеальную мгновенную информацию о состоянии канала, равна

$C_{\mathrm {perfect-CSI} }=E\left[\max _{\mathbf {Q} ;\,{\mbox{tr}}(\mathbf {Q} )\leq 1}\log _{2}\det \left(\mathbf {I} +\rho \mathbf {H} \mathbf {Q} \mathbf {H} ^{H}\right)\right]=E\left[\log _{2}\det \left(\mathbf {I} +\rho \mathbf {D} \mathbf {S} \mathbf {D} \right)\right]$

где $()^{H}$ обозначает эрмитово транспонирование и $\rho$ – это соотношение между мощностью передачи и мощностью шума (т. е. отношением сигнал/ шум передачи ). Оптимальная ковариация сигнала $\mathbf {Q} =\mathbf {VSV} ^{H}$ достигается за счет разложения по сингулярным значениям матрицы канала $\mathbf {UDV} ^{H}\,=\,\mathbf {H}$ и оптимальная диагональная матрица распределения мощности $\mathbf {S} ={\textrm {diag}}(s_{1},\ldots ,s_{\min(N_{t},N_{r})},0,\ldots ,0)$. Оптимальное распределение мощности достигается за счет заполнения водой . то есть

$s_{i}=\left(\mu -{\frac {1}{\rho d_{i}^{2}}}\right)^{+},\quad {\textrm {for}}\,\,i=1,\ldots ,\min(N_{t},N_{r}),$

где $d_{1},\ldots ,d_{\min(N_{t},N_{r})}$ являются диагональными элементами $\mathbf {D}$, $(\cdot )^{+}$ равен нулю, если его аргумент отрицательный, и $\mu$ выбирается так, что $s_{1}+\ldots +s_{\min(N_{t},N_{r})}=N_{t}$.

Если передатчик имеет только статистическую информацию о состоянии канала , то эргодическая пропускная способность канала будет уменьшаться по мере ковариации сигнала. $\mathbf {Q}$ может быть оптимизировано только с точки зрения средней взаимной информации, как

$C_{\mathrm {statistical-CSI} }=\max _{\mathbf {Q} }E\left[\log _{2}\det \left(\mathbf {I} +\rho \mathbf {H} \mathbf {Q} \mathbf {H} ^{H}\right)\right].$

Пространственная корреляция канала оказывает сильное влияние на эргодическую пропускную способность канала со статистической информацией.

Если передатчик не имеет информации о состоянии канала, он может выбрать ковариацию сигнала. $\mathbf {Q}$ максимизировать пропускную способность канала при наихудшей статистике, что означает $\mathbf {Q} =1/N_{t}\mathbf {I}$ и соответственно

$C_{\mathrm {no-CSI} }=E\left[\log _{2}\det \left(\mathbf {I} +{\frac {\rho }{N_{t}}}\mathbf {H} \mathbf {H} ^{H}\right)\right].$

В зависимости от статистических свойств канала эргодическая пропускная способность не превышает $\min(N_{t},N_{r})$ раз больше, чем у системы SISO.

MIMO-обнаружение

Фундаментальной проблемой связи MIMO является оценка вектора передачи. $\mathbf {x}$, учитывая полученный вектор, $\mathbf {y}$. Это можно представить как проблему статистического обнаружения и решить с помощью различных методов, включая нулевое воздействие, последовательное подавление помех, также известное как V-blast , оценка максимального правдоподобия и, с недавнего времени, нейронной сети . обнаружение MIMO Такие методы обычно предполагают, что матрица канала $\mathbf {H}$ известен получателю. На практике в системах связи передатчик отправляет пилот-сигнал , а приемник изучает состояние канала (т. е. $\mathbf {H}$) из принятого сигнала $Y$ и пилот-сигнал $X$. В последнее время проводятся работы по обнаружению MIMO с использованием инструментов глубокого обучения , которые показали свою эффективность лучше, чем другие методы, такие как нулевое принуждение.

Тестирование

При тестировании сигнала MIMO в первую очередь основное внимание уделяется системе передатчик/приемник. Случайные фазы сигналов поднесущих могут создавать мгновенные уровни мощности, которые вызывают сжатие усилителя, мгновенно вызывая искажения и, в конечном итоге, ошибки символов. Сигналы с высоким PAR ( отношение пикового значения к среднему ) могут привести к непредсказуемому сжатию усилителей во время передачи. Сигналы OFDM очень динамичны, и проблемы сжатия может быть трудно обнаружить из-за их шумоподобной природы.

Знание качества канала сигнала также имеет решающее значение. Эмулятор канала может моделировать работу устройства на границе ячейки, добавлять шум или моделировать внешний вид канала на скорости. Чтобы полностью оценить характеристики приемника, можно использовать калиброванный передатчик, такой как векторный генератор сигналов (VSG), и эмулятор канала для тестирования приемника в различных условиях. И наоборот, производительность передатчика в ряде различных условий можно проверить с помощью эмулятора канала и калиброванного приемника, такого как векторный анализатор сигналов (VSA).

Понимание канала позволяет манипулировать фазой и амплитудой каждого передатчика для формирования луча. Чтобы правильно сформировать луч, передатчику необходимо понимать характеристики канала. Этот процесс называется зондированием канала или оценкой канала . На мобильное устройство отправляется известный сигнал, который позволяет ему построить картину канальной среды. Мобильное устройство отправляет обратно характеристики канала передатчику. Затем передатчик может применить правильные настройки фазы и амплитуды для формирования луча, направленного на мобильное устройство. Это называется системой MIMO с замкнутым контуром. Для формирования луча требуется настроить фазы и амплитуду каждого передатчика. В формирователе луча, оптимизированном для пространственного разнесения или пространственного мультиплексирования, каждый антенный элемент одновременно передает взвешенную комбинацию двух символов данных.

Литература

Основные исследователи

Статьи Джерарда Дж. Фоскини и Майкла Дж. Ганса, Фоскини и Эмре Телатар показали, что пропускная способность канала (теоретическая верхняя граница пропускной способности системы) для системы MIMO увеличивается с увеличением количества антенн пропорционально меньшему из числа передающих антенн и количества приемных антенн. Это известно как выигрыш от мультиплексирования, и именно этот базовый вывод в теории информации привел к всплеску исследований в этой области. Несмотря на простые модели распространения, использованные в вышеупомянутых плодотворных работах, коэффициент усиления мультиплексирования является фундаментальным свойством, которое можно доказать практически при любой модели распространения по физическому каналу и на практическом оборудовании, склонном к ухудшению работы приемопередатчика.

В учебнике А. Паульраджа, Р. Набара и Д. Гора опубликовано введение в эту область. Есть также много других основных учебников.

Компромисс между разнообразием и мультиплексированием

В системе MIMO существует фундаментальный компромисс между разнесением передачи и выигрышем от пространственного мультиплексирования (Чжэн и Цзе, 2003). В частности, достижение высокого выигрыша от пространственного мультиплексирования имеет огромное значение в современных беспроводных системах.

Другие приложения

Учитывая природу MIMO, она не ограничивается беспроводной связью. можно использовать для проводной Его также связи. Например, DSL был предложен новый тип технологии (гигабитный DSL), основанный на связующих каналах MIMO.

Теория выборки в системах MIMO

Важный вопрос, который привлекает внимание инженеров и математиков, заключается в том, как использовать сигналы с несколькими выходами в приемнике для восстановления сигналов с несколькими входами в передатчике. В Шанге, Сане и Чжоу (2007) установлены достаточные и необходимые условия, гарантирующие полное восстановление многовходовых сигналов.

См. также

• Разнообразие антенн
• Формирование луча
• Объединение каналов
• Информация о состоянии канала
• Кодирование на грязной бумаге
• Дуплекс (телекоммуникации)
• История умных антенн
• ИЭЭЭ 802.11
• ИЭЭЭ 802.16
• Макроразнообразие
• МИМО-OFDM
• Многопользовательский MIMO
• Единый контроль скорости для каждого пользователя
• Фазированная решетка
• Предварительное кодирование
• Одночастотная сеть (SFN)
• Умная антенна
• Пространственно-временной блочный код
• Пространственно-временной код
• Пространственное мультиплексирование
• Wi-Fi
• WiMAX MIMO

Внешние ссылки

• Измерения распространения канала UWB-MIMO NIST в диапазоне 2–8 ГГц. Архивировано 3 марта 2016 г. на Wayback Machine.
• Литературный обзор MIMO
• Взаимодействие антенны и виртуального многолучевого канала беспроводной связи