WiMAX MIMO

WiMAX MIMO означает использование технологии связи с несколькими входами и множеством выходов (MIMO) в WiMAX , которая является торговой маркой технологии для реализации стандарта IEEE 802.16 .

Фон

WiMAX

WiMAX — это торговая марка технологии для реализации стандарта IEEE 802.16 , который определяет радиоинтерфейс на PHY (физическом уровне) и MAC (уровне управления доступом к среде). Помимо указания поддержки различных полос пропускания канала и адаптивной модуляции и кодирования, он также определяет поддержку антенн MIMO для обеспечения хороших характеристик отсутствия прямой видимости (NLOS) .

См. также : Форум WiMax

НЕСМОТРЯ НА

MIMO означает «множественный вход» и «множественный выход» и относится к технологии, при которой имеется несколько антенн на базовой станции и несколько антенн на мобильном устройстве. Типичное использование технологии с несколькими антеннами включает сотовые телефоны с двумя антеннами, ноутбуки с двумя антеннами (например, встроенными в левую и правую часть экрана), а также CPE устройства с несколькими выступающими антеннами.

Преобладающая реализация сотовой сети предполагает наличие нескольких антенн на базовой станции и одной антенны на мобильном устройстве . Это минимизирует стоимость мобильной радиосвязи. Поскольку стоимость радиочастотных (РЧ) компонентов в мобильных устройствах снижается, вторые антенны в мобильных устройствах могут стать более распространенными. используются несколько антенн мобильных устройств В настоящее время в технологии Wi-Fi (например, IEEE 802.11n), где сотовые телефоны, ноутбуки и другие устройства с поддержкой Wi-Fi часто имеют две или более антенны.

Технология MIMO в WiMAX

Реализации WiMAX, использующие технологию MIMO, стали важными. Использование технологии MIMO улучшает прием и обеспечивает лучшую дальность действия и скорость передачи. Внедрение MIMO также дает WiMAX значительное увеличение спектральной эффективности . ^[1]

MIMO-автосогласование

Конфигурация MIMO, определенная стандартом 802.16, согласовывается динамически между каждой отдельной базовой станцией и мобильной станцией. Спецификация 802.16 поддерживает возможность поддержки различных мобильных станций с различными возможностями MIMO. Это помогает максимизировать пропускную способность сектора за счет использования различных возможностей мобильных станций различных производителей.

Пространственно-временной код

Спецификация 802.16 поддерживает с несколькими входами и одним выходом (MISO) метод разнесения передачи , который обычно называют пространственно-временным кодом (STC) . В этом методе две или более антенны используются в передатчике и одна антенна в приемнике. Использование нескольких приемных антенн (таким образом, MIMO) может еще больше улучшить прием передаваемых сигналов STC.

При коэффициенте разнесения передачи = 1 (также известном как «Матрица A» в стандарте 802.16) разные совокупности битов данных передаются на две разные антенны в течение одного и того же символа. Сопряженные и/или инверсные одни и те же два созвездия снова передаются на тех же антеннах во время следующего символа. Скорость передачи данных при использовании STC остается такой же, как и в базовом случае. При использовании этого метода полученный сигнал становится более надежным из-за избыточности передачи. Эта конфигурация обеспечивает аналогичные характеристики в случае двух приемных антенн и одной передающей антенны.

Пространственное мультиплексирование

Спецификация 802.16 также поддерживает технологию пространственного мультиплексирования MIMO (SMX) , также известную как коэффициент разнесения передачи = 2 (также известный как «Матрица B» в стандарте 802.16). Вместо передачи одного и того же бита по двум антеннам этот метод передает один бит данных от первой антенны и другой бит от второй антенны одновременно на каждый символ. Пока приемник имеет более одной антенны и сигнал достаточного качества, приемник может разделять сигналы. Этот метод требует дополнительной сложности и затрат как на передатчике, так и на приемнике. Однако с двумя передающими и двумя приемными антеннами данные могут передаваться в два раза быстрее, чем сравниваемые системы, использующие пространственно-временные коды только с одной приемной антенной.

Использование в сети WiMAX пространственного мультиплексирования

Одним из конкретных применений пространственного мультиплексирования является его применение к пользователям, имеющим наилучшее качество сигнала, чтобы на передачу им тратилось меньше времени. Пользователи, качество сигнала которых слишком низкое, чтобы обеспечить разрешение пространственно мультиплексированных сигналов, продолжают использовать традиционную передачу. Это позволяет оператору предлагать более высокие скорости передачи данных некоторым пользователям и/или обслуживать больше пользователей. Механизм динамического согласования спецификации WiMAX помогает обеспечить такое использование.

WiMAX MISO/MIMO с четырьмя антеннами

Спецификация 802.16 также поддерживает использование четырех антенн. Поддерживаются три конфигурации.

Режим четырех антенн WiMAX 1

При скорости = 1 с использованием четырех антенн данные передаются четыре раза на символ, причем каждый раз данные сопряжены и/или инвертируются. Это не меняет скорость передачи данных, но придает сигналу большую устойчивость и позволяет избежать внезапного увеличения частоты ошибок.

WiMAX с четырьмя антеннами, режим 2

При скорости = 2 с использованием четырех антенн скорость передачи данных увеличивается только вдвое, но повышается надежность, поскольку одни и те же данные передаются дважды, а не только один раз при использовании двух антенн.

WiMAX с четырьмя антеннами, режим матрицы C

Третья конфигурация, доступная только с использованием четырех антенн, — это матрица C, в которой на каждый символ от четырех антенн передаются разные биты данных, что дает четырехкратную базовую скорость передачи данных.

**Сравнение STC и SMX**

Скорость передачи данных
		1x	2x	4x
	4	СТЦ (Матрица А)	СТЦ и СМХ (Матрица Б)	только SMX (Матрица С)
Количество Передающие антенны	2	СТЦ (Матрица А)	SMX (Матрица Б)	невозможно
	1	Базовый вариант	невозможно	невозможно

**Сравнение количества передающих и приемных антенн**

прием
		1	2	3	4
	4	СТЦ (Матрица А)	2xSMX (матрица B) STC + 2xMRC (матрица А)	2xSMX (матрица B) STC + 3xMRC (Матрица А)	4xSMX (Матрица С)
Техас	2	СТЦ (Матрица А)	2xSMX (матрица B) STC + 2xMRC (матрица А)	2xSMX (матрица B) STC + 3xMRC (Матрица А)	СТС + 4xMRC (Матрица А)
	1	Базовый вариант	Uplink: совместный MIMO восходящей линии связи Нисходящая линия связи: MRC	MRC	MRC

Примечание. MRC (максимальное объединение коэффициентов) определяется поставщиком по усмотрению и повышает скорость и диапазон. В WiMAX MRC на базовой станции иногда также называют формированием луча приема.

См. также : Пространственно-временное кодирование и пространственное мультиплексирование.

Другие передовые технологии MIMO, применяемые в WiMAX

Совместный MIMO восходящей линии связи

Связанный метод называется Uplink Collaborative MIMO, при котором пользователи передают данные одновременно на одной и той же частоте. Этот тип пространственного мультиплексирования улучшает пропускную способность сектора без необходимости использования нескольких передающих антенн на мобильном устройстве. Обычный метод, не использующий MIMO, для этого в OFDMA заключается в планировании различных мобильных станций в разных точках частотно-временной карты OFDMA. Совместное пространственное мультиплексирование (Collaborative MIMO) сравнимо с обычным пространственным мультиплексированием, при котором несколько потоков данных передаются от нескольких антенн на одном устройстве.

Совместная MIMO восходящей линии связи WiMAX

В случае WiMAX Uplink Collaborative MIMO представляет собой пространственное мультиплексирование с двумя разными устройствами, каждое из которых имеет одну антенну. Эти передающие устройства взаимодействуют в том смысле, что оба устройства должны быть синхронизированы по времени и частоте, чтобы преднамеренное перекрытие происходило при контролируемых обстоятельствах. Тогда два потока данных будут мешать друг другу. Пока качество сигнала достаточно хорошее и приемник на базовой станции имеет как минимум две антенны, два потока данных можно снова разделить. Этот метод иногда также называют виртуальным пространственным мультиплексированием.

Другие методы радиосвязи, связанные с MIMO, применяемые к WiMAX

Адаптивное управление антенной (AAS), также известное как Beamforming

Техника, связанная с MIMO, которую можно использовать с WiMAX, называется AAS или Beamforming . Используются несколько антенн и несколько сигналов, которые затем формируют луч с целью улучшения передачи на нужную станцию. В результате уменьшаются помехи, поскольку сигнал, идущий к желаемому пользователю, увеличивается, а сигнал, идущий к другим пользователям, уменьшается.

Разнообразие циклических задержек

Другой метод, связанный с MIMO, который можно использовать в системах WiMAX, но который выходит за рамки спецификации 802.16, известен как разнесение циклических задержек . В этом методе один или несколько сигналов задерживаются перед передачей. Поскольку сигналы поступают от двух антенн, их спектры приема различаются, поскольку каждый спектр характеризуется выступами и провалами из-за многолучевого замирания. В приемнике сигналы объединяются, что улучшает прием, поскольку совместный прием приводит к более мелким спектральным горбам и меньшему количеству спектральных провалов. Чем ближе сигнал может подойти к ровному каналу при определенном уровне мощности, тем выше пропускная способность, которую можно получить.

Тест на соответствие радиосвязи WiMAX MIMO

Форум WiMax имеет набор стандартизированных процедур тестирования на PHY и MAC соответствие спецификациям , называемых тестом на соответствие радиосвязи (RCT). Любой технологический аспект конкретной реализации радиоинтерфейса должен сначала пройти RCT. В целом можно предположить, что любой аспект стандарта IEEE 802.16, для которого нет процедуры тестирования в RCT, еще не получил широкого распространения.

Кремниевые реализации WiMAX MIMO

Компании, производящие RFIC, поддерживающие WiMAX MIMO, включают Intel , Beceem [1] , NXP Semiconductors и PMC-Sierra .

См. также

Ссылки

Луай М.А. Джаллул и Сэм. П. Алекс, «Методология оценки и производительность системы IEEE 802.16e», представлено Обществу IEEE по коммуникациям и обработке сигналов, Объединенному отделению округа Ориндж (ComSig), 7 декабря 2006 г. Доступно по адресу: http://chapters.comsoc. .org/comsig/meet.html
Алекс, ИП; Джаллул, LMA; «Оценка производительности MIMO в IEEE802.16e/WiMAX», Журнал IEEE по избранным темам обработки сигналов, том 2, № 2, стр. 181–190, апрель 2008 г.

^ «2.7.1 Пропускная способность и спектральная эффективность» . Wimax.com . Проверено 3 марта 2008 г.

Внешние ссылки

[ref1-1] «2.7.1 Пропускная способность и спектральная эффективность» . Wimax.com . Проверено 3 марта 2008 г.

[1]