MIMO چیست؟

1.   MIMO چیست؟

به نظر می رسد در این عصر ارتباط متقابل، تلفن های همراه به عنوان پنجره ای برای ارتباط ما با دنیای بیرون، به بخشی از بدن ما تبدیل شده اند.

اما تلفن همراه به تنهایی نمی تواند در اینترنت گشت و گذار کند، شبکه ارتباطی تلفن همراه برای انسان به همان اندازه آب و برق اهمیت پیدا کرده است.وقتی در اینترنت گشت و گذار می کنید، اهمیت این قهرمانان پشت صحنه را احساس نمی کنید.به محض رفتن، احساس می کنید که دیگر نمی توانید زندگی کنید.

زمانی اینترنت موبایل ها با ترافیک شارژ می شد، درآمد متوسط ​​افراد چند صد سکه است، اما 1 مگاهرتز نیاز به خرج یک سکه دارد.بنابراین، وقتی Wi-Fi را می بینید، احساس امنیت خواهید کرد.

بیایید ببینیم یک روتر بی سیم چگونه به نظر می رسد.

8 آنتن، شبیه عنکبوت است.

آیا سیگنال می تواند از دو یا چند دیوار عبور کند؟یا سرعت اینترنت دوبرابر میشه؟

این اثرات را می توان توسط یک روتر به دست آورد و با آنتن های زیادی، فناوری معروف MIMO به دست می آید.

MIMO که یک خروجی چند ورودی چندگانه است.

تصورش سخت است، درست است؟Multi-input Multi-output چیست، چگونه آنتن ها می توانند به همه افکت ها دست یابند؟وقتی از طریق کابل شبکه در اینترنت گشت و گذار می کنید، واضح است که اتصال بین رایانه و اینترنت یک کابل فیزیکی است.حال بیایید تصور کنیم چه زمانی از آنتن برای ارسال سیگنال در هوا با استفاده از امواج الکترومغناطیسی استفاده می کنیم.هوا مانند یک سیم عمل می کند اما مجازی است، کانالی برای انتقال سیگنال به نام کانال بی سیم.

بنابراین، چگونه می توانید اینترنت را سریعتر کنید؟

بله حق با شماست!می توان آن را با چند آنتن دیگر، چند سیم مجازی دیگر با هم برای ارسال و دریافت داده حل کرد.MIMO برای کانال بی سیم طراحی شده است.

همانطور که روترهای بی سیم، ایستگاه پایه 4G و تلفن همراه شما همان کار را انجام می دهند.

به لطف فناوری MIMO که به شدت با 4G ادغام شده است، می‌توانیم سرعت اینترنت سریع‌تر را تجربه کنیم.به طور همزمان، هزینه اپراتورهای تلفن همراه به طور قابل توجهی کاهش یافته است.ما می توانیم کمتر هزینه کنیم تا سرعت اینترنت سریعتر و نامحدود را تجربه کنیم.حالا بالاخره می‌توانیم از وابستگی به وای‌فای خلاص شویم و همیشه در اینترنت بگردیم.

حالا اجازه بدهید معرفی کنم MIMO چیست؟

2.طبقه بندی MIMO

اول از همه، MIMO که قبلا ذکر کردیم به افزایش قابل توجه سرعت شبکه در دانلود اشاره دارد.این به این دلیل است که در حال حاضر، ما تقاضای بسیار بیشتری برای دانلود داریم.در مورد آن فکر کنید، شما ممکن است ده ها ویدیو گیگاهرتز دانلود کنید اما اکثرا فقط چند مگاهرتز آپلود کنید.

از آنجایی که MIMO چند ورودی و چند خروجی نامیده می شود، مسیرهای انتقال متعدد توسط چندین آنتن ایجاد می شود.البته، نه تنها ایستگاه پایه از انتقال چند آنتن پشتیبانی می کند، بلکه تلفن همراه نیز نیاز به دریافت چند آنتن دارد.

بیایید نقشه ساده زیر را بررسی کنیم: (در واقع، آنتن ایستگاه پایه بزرگ است و آنتن تلفن همراه کوچک و پنهان است. اما حتی با قابلیت های مختلف، آنها در موقعیت های ارتباطی یکسانی هستند.)

با توجه به تعداد آنتن های ایستگاه پایه و تلفن های همراه می توان آن را به چهار نوع SISO، SIMO، MISO و MIMO تقسیم کرد.

SISO: یک ورودی و یک خروجی

SIMO: یک ورودی و چند خروجی

MISO: ورودی چندگانه و تک خروجی

MIMO: خروجی چندگانه و خروجی چندگانه

بیایید با SISO شروع کنیم:

ساده ترین شکل را می توان در شرایط MIMO به صورت SISO - Single Input Single Output تعریف کرد.این فرستنده با یک آنتن به عنوان گیرنده کار می کند.هیچ تنوعی وجود ندارد و نیازی به پردازش اضافی نیست.

یک آنتن برای ایستگاه پایه و یک آنتن برای تلفن همراه وجود دارد.آنها با یکدیگر تداخل ندارند - مسیر انتقال بین آنها تنها ارتباط است.

شکی نیست که چنین سیستمی بسیار شکننده است، جاده کوچکی است.هر موقعیت غیرمنتظره ای مستقیماً تهدیدی برای ارتباطات خواهد بود.

SIMO بهتر است زیرا دریافت گوشی افزایش یافته است.

همانطور که می بینید، تلفن همراه نمی تواند محیط بی سیم را تغییر دهد، بنابراین خود تغییر می کند - تلفن همراه یک آنتن به خود اضافه می کند.

به این ترتیب پیام ارسال شده از ایستگاه پایه به دو صورت می تواند به تلفن همراه برسد!فقط این است که هر دو از یک آنتن در ایستگاه پایه می آیند و فقط می توانند داده های مشابهی را ارسال کنند.

در نتیجه، مهم نیست که در هر مسیر مقداری داده را از دست بدهید.تا زمانی که تلفن بتواند از هر مسیری یک کپی دریافت کند، حتی اگر حداکثر ظرفیت در هر مسیر ثابت بماند، احتمال دریافت موفقیت آمیز داده ها دو برابر می شود.به این تنوع دریافت نیز می گویند.

MISO چیست؟

به عبارت دیگر، تلفن همراه همچنان یک آنتن دارد و تعداد آنتن های ایستگاه پایه به دو آنتن افزایش یافته است.در این حالت داده های مشابهی از دو آنتن فرستنده ارسال می شود.و سپس آنتن گیرنده قادر به دریافت سیگنال بهینه و داده های دقیق است.

مزیت استفاده از MISO این است که چندین آنتن و داده ها از گیرنده به فرستنده منتقل می شوند.ایستگاه پایه همچنان می تواند همان داده ها را به دو روش ارسال کند.مهم نیست که برخی از داده ها را از دست بدهید.ارتباط می تواند به طور عادی ادامه یابد.

اگرچه حداکثر ظرفیت ثابت باقی می ماند، اما میزان موفقیت ارتباطات دو برابر شده است.به این روش، تنوع انتقال نیز می گویند.

در نهایت، بیایید در مورد MIMO صحبت کنیم.

بیش از یک آنتن در دو انتهای پیوند رادیویی وجود دارد که به آن MIMO – خروجی چندگانه ورودی چندگانه می گویند.از MIMO می توان برای بهبود استحکام کانال و همچنین توان عملیاتی کانال استفاده کرد.پایه و سمت موبایل هر دو می توانند از دو آنتن برای ارسال و دریافت مستقل استفاده کنند و یعنی سرعت دو برابر شده است؟

به این ترتیب، چهار مسیر انتقال بین ایستگاه پایه و تلفن همراه وجود دارد که به نظر می رسد بسیار پیچیده تر باشد.اما برای اطمینان، به دلیل اینکه ایستگاه پایه و سمت تلفن همراه هر دو دارای 2 آنتن هستند، می تواند به طور همزمان دو داده ارسال و دریافت کند.بنابراین حداکثر ظرفیت MIMO در مقایسه با یک مسیر چقدر افزایش می یابد؟از تحلیل قبلی SIMO و MISO به نظر می رسد که حداکثر ظرفیت به تعداد آنتن های دو طرف بستگی دارد.

سیستم های MIMO عموماً به صورت A*B MIMO هستند.A به معنی تعداد آنتن های ایستگاه پایه، B به معنای تعداد آنتن های تلفن همراه است.به 4*4 MIMO و 4*2 MIMO فکر کنید.به نظر شما کدام ظرفیت بیشتر است؟

4*4 MIMO می تواند 4 کانال را به طور همزمان ارسال و دریافت کند و حداکثر ظرفیت آن می تواند به 4 برابر سیستم SISO برسد.4*2 MIMO فقط می تواند 2 برابر سیستم SISO برسد.

این استفاده از چندین آنتن و مسیرهای انتقال مختلف در فضای مالتی پلکس برای ارسال چندین نسخه از داده های مختلف به صورت موازی برای افزایش ظرفیت، مالتی پلکس تقسیم فضا نامیده می شود.

بنابراین، آیا حداکثر ظرفیت انتقال در سیستم MIMO می تواند باشد؟بیایید به آزمون.

ما همچنان ایستگاه پایه و تلفن همراه با 2 آنتن را به عنوان مثال در نظر می گیریم.مسیر انتقال بین آنها چگونه خواهد بود؟

همانطور که می بینید، چهار مسیر از همان محو شدن و تداخل عبور می کنند و زمانی که اطلاعات به تلفن همراه می رسد، دیگر نمی توانند یکدیگر را تشخیص دهند.آیا این همان یک مسیر نیست؟در حال حاضر سیستم MIMO 2*2 با سیستم SISO یکی نیست؟

به همین ترتیب، سیستم MIMO 2*2 می تواند به SIMO، MISO و سیستم های دیگر منحط شود، به این معنی که مالتی پلکس تقسیم فضا به تنوع انتقال یا تنوع دریافت کاهش می یابد، انتظارات ایستگاه پایه نیز از دنبال کردن سرعت بالا منحط شده است. اطمینان از میزان موفقیت دریافت

و چگونه سیستم های MIMO با استفاده از نمادهای ریاضی مطالعه می شوند؟

3.راز کانال MIMO

مهندسان عاشق استفاده از نمادهای ریاضی هستند.

مهندسان داده‌های دو آنتن در ایستگاه پایه را به‌عنوان X1 و X2، داده‌های آنتن‌های تلفن همراه به‌عنوان Y1 و Y2، چهار مسیر انتقال به‌عنوان H11، H12، H21، H22 علامت‌گذاری کردند.

محاسبه Y1 و Y2 از این طریق آسان است.اما گاهی اوقات، ظرفیت MIMO 2*2 می تواند به دو برابر SISO برسد، گاهی اوقات نمی تواند، گاهی اوقات حتی به اندازه SISO می شود.چطور آن را توضیح می دهی؟

این مشکل را می توان با همبستگی کانالی که به آن اشاره کردیم توضیح داد - هر چه همبستگی بالاتر باشد، تشخیص هر مسیر انتقال در سمت متحرک دشوارتر است.اگر کانال یکسان باشد، آنگاه دو معادله یکی می شوند، بنابراین تنها یک راه برای انتقال آن وجود دارد.

بدیهی است که راز کانال MIMO در قضاوت استقلال مسیر انتقال نهفته است.یعنی راز در H11، H12، H21 و H22 نهفته است.مهندسان معادله را به صورت زیر ساده می کنند:

مهندسان سعی کردند معادله H1، H12، H21 و H22 را از طریق برخی تغییرات کمپلکس ساده کنند و در نهایت به فرمول تبدیل شوند.

دو ورودی X'1 و X'2، λ1 و λ2 را ضرب کنید، می توانید Y'1 و Y'2 را بدست آورید.مقادیر λ1 و λ2 به چه معناست؟

یک ماتریس جدید وجود دارد.ماتریسی که داده‌های آن فقط روی یک قطر باشد، ماتریس مورب نامیده می‌شود.به تعداد داده های غیر صفر روی قطر، رتبه ماتریس می گویند.در MIMO 2*2 به مقادیر غیر صفر λ1 و λ2 اشاره دارد.

اگر رتبه 1 باشد، به این معنی است که سیستم MIMO 2*2 در فضای انتقال همبستگی بالایی دارد، به این معنی که MIMO به SISO یا SIMO منحط می شود و فقط می تواند همه داده ها را در یک زمان دریافت و ارسال کند.

اگر رتبه 2 باشد، سیستم دارای دو کانال فضایی نسبتاً مستقل است.می تواند همزمان داده ها را ارسال و دریافت کند.

پس اگر رتبه 2 باشد آیا ظرفیت این دو کانال انتقال دو برابر یک است؟پاسخ در نسبت λ1 و λ2 نهفته است که به آن عدد شرطی نیز می گویند.

اگر عدد شرطی 1 باشد، به این معنی است که λ1 و λ2 یکسان هستند.استقلال بالایی دارند.ظرفیت سیستم MIMO 2*2 می تواند به حداکثر برسد.

اگر عدد شرطی بالاتر از 1 باشد، به این معنی است که λ1 و λ2 متفاوت هستند.با این حال، دو کانال فضایی وجود دارد و کیفیت آن متفاوت است، سپس سیستم منابع اصلی را با کیفیت بهتر در کانال قرار می دهد.به این ترتیب ظرفیت سیستم MIMO 2*2 1 یا 2 برابر سیستم SISO است.

با این حال، اطلاعات در طول انتقال فضایی پس از ارسال داده توسط ایستگاه پایه تولید می شود.چگونه ایستگاه پایه می داند که یک کانال یا دو کانال را ارسال کند؟

فراموش نکنید و هیچ رازی بین آنها وجود ندارد.تلفن همراه وضعیت کانال اندازه گیری شده خود، رتبه ماتریس انتقال و پیشنهادهایی برای کدگذاری از پیش برای مرجع به ایستگاه پایه ارسال می کند.

در این مرحله، من فکر می کنم می توانیم ببینیم که MIMO چنین چیزی است.