- MIMOとは？
この相互接続の時代において、携帯電話は私たちが外の世界と通信するための窓として、私たちの体の一部になっているようです.
しかし、携帯電話だけではネットサーフィンはできず、携帯電話の通信網は人間にとって水や電気と同じくらい重要なものになっています。インターネットをサーフィンしているとき、これらの舞台裏のヒーローの重要性を感じることはありません.一度離れると、もう生きていけないような気がします。
かつて、携帯電話のインターネットはトラフィックによって課金され、平均的な人の収入は数百コインでしたが、1MHz は 1 コインを使う必要がありました。そのため、Wi-Fi が表示されると、安心感が得られます。
ワイヤレスルーターがどのようなものか見てみましょう。
8本のアンテナ、クモのように見えます。
信号は 2 つ以上の壁を通過できますか?または、インターネットの速度は 2 倍になりますか?
これらの効果はルーターによって実現でき、有名な MIMO 技術である多数のアンテナによって実現されます。
多入力多出力のMIMO。
想像するのは難しいですよね？マルチ入力マルチ出力とは何ですか?アンテナはどのようにすべての効果を達成できますか?ネットワーク ケーブルを介してインターネットをサーフィンする場合、コンピューターとインターネット間の接続は明らかに物理的なケーブルです。ここで、アンテナを使用して、電磁波を使用して空中に信号を送信するときを想像してみましょう。空気はワイヤーのように機能しますが、ワイヤレス チャネルと呼ばれる信号を送信するための仮想的なチャネルです。
では、どうすればインターネットを高速化できるでしょうか。
はい、あなたは正しいです！これは、データを送受信するために、さらにいくつかのアンテナ、さらにいくつかの仮想ワイヤを組み合わせることで解決できます。MIMO はワイヤレス チャネル用に設計されています。
無線ルーターと同じように、4G 基地局と携帯電話も同じことをしています。
4G と緊密に統合された MIMO テクノロジーのおかげで、インターネットの高速化を体験できます。同時に、携帯電話事業者のコストは大幅に削減されました。より少ない費用で、より高速で無制限のインターネット速度を体験できます。これでようやく、Wi-Fi への依存から解放され、いつでもインターネットをサーフィンできるようになりました。
では、MIMOとは何かを紹介しましょう。
2.MIMO分類
まず、前述の MIMO とは、ダウンロード時のネットワーク速度が大幅に向上することを意味します。それは、今のところ、ダウンロードに対する需要がはるかに強いからです。考えてみてください。何十 GHz のビデオをダウンロードしても、ほとんどの場合、ほんの数 MHz でしかアップロードできません。
MIMOは多入力多出力と呼ばれるため、複数のアンテナによって複数の伝送路が作られます。もちろん、基地局がマルチアンテナ送信をサポートするだけでなく、携帯電話もマルチアンテナ受信に対応する必要があります。
次の簡単な図を確認してみましょう: (実際、基地局のアンテナは巨大で、携帯電話のアンテナは小さくて隠れています。しかし、機能が異なっていても、それらは同じ通信位置にあります。)
基地局や携帯電話のアンテナ数によって、SISO、SIMO、MISO、MIMOの4種類に分けられます。
SISO: 単一入力および単一出力
SIMO: シングル入力とマルチ出力
MISO: 複数の入力と単一の出力
MIMO: 多出力と多出力
SISOから始めましょう：
最も単純な形式は、MIMO 用語で SISO (Single Input Single Output) として定義できます。この送信機は、受信機として 1 つのアンテナで動作します。多様性はなく、追加の処理は必要ありません。
基地局用と携帯電話用のアンテナが 1 つずつあります。それらは互いに干渉しません。それらの間の伝送経路が唯一の接続です。
そのようなシステムが非常に壊れやすく、小さな道であることは間違いありません。不測の事態は、通信に直接脅威をもたらします。
電話の受信が強化されているため、SIMOの方が優れています。
ご覧のとおり、携帯電話はワイヤレス環境を変更できないため、携帯電話自体が変化します。つまり、携帯電話自体にアンテナが追加されます。
このように、基地局から送信されたメッセージは、2 つの方法で携帯電話に届きます。どちらも基地局の同じアンテナから来ており、同じデータしか送信できないというだけです。
その結果、各ルートで一部のデータが失われても問題ありません。電話が任意のパスからコピーを受信できる限り、各ルートの最大容量が同じであっても、データを正常に受信する確率は 2 倍になります。これは、受信ダイバーシティとも呼ばれます。
味噌とは？
つまり、携帯電話のアンテナは 1 つのままで、基地局のアンテナの数は 2 つに増えます。この場合、同じデータが 2 つの送信アンテナから送信されます。そして、受信アンテナは最適な信号と正確なデータを受信することができます。
MISO を使用する利点は、複数のアンテナとデータが受信機から送信機に移動されることです。基地局は同じデータを 2 つの方法で送信できます。一部のデータが失われても問題ありません。通信は正常に進行できます。
最大容量はそのままに、通信成功率が2倍になりました。この方法は、送信ダイバーシティとも呼ばれます。
最後に、MIMO について説明しましょう。
無線リンクの両端には複数のアンテナがあり、これは MIMO (Multiple Input Multiple Output) と呼ばれます。MIMO を使用すると、チャネルの堅牢性とチャネル スループットの両方を向上させることができます。基地局側も移動局側も2本のアンテナで独立して送受信できるということは、速度が2倍になるということでしょうか？
このように、基地局と携帯電話の間には4つの伝送経路があり、かなり複雑なようです。でも確かに、基地局側も携帯電話側もアンテナが2本あるので、2つのデータを同時に送受信できます。では、MIMO の最大容量は、1 つのパスと比較してどのくらい増加するのでしょうか?SIMO と MISO の以前の分析から、最大容量は両側のアンテナの数に依存するようです。
MIMO システムは一般に A*B MIMO です。Aは基地局のアンテナ数、Bは携帯電話のアンテナ数を意味します。4*4 MIMO と 4*2 MIMO を考えてみてください。どちらの容量が大きいと思いますか?
4*4 MIMO は 4 つのチャネルを同時に送受信でき、その最大容量は SISO システムの 4 倍に達することができます。4*2 MIMO は、SISO システムの 2 倍しか到達できません。
これは、多重化空間で複数のアンテナと異なる伝送路を使用して、異なるデータの複数のコピーを並行して送信し、容量を増やすことを空間分割多重と呼びます。
では、MIMO システムの最大伝送容量はどうなるでしょうか。テストに行きましょう。
例として、2 つのアンテナを備えた基地局と携帯電話を取り上げます。それらの間の伝送経路は何でしょうか？
ご覧のとおり、4 つのパスは同じフェージングと干渉を通過し、データが携帯電話に到達すると、お互いを区別できなくなります。これは一つの道と同じではありませんか？現時点では、2*2 MIMO システムは SISO システムと同じではありませんか?
同様に、2*2 MIMO システムは SIMO、MISO、およびその他のシステムに縮退する可能性があり、これは空間分割多重が送信ダイバーシチまたは受信ダイバーシチに縮小されることを意味し、基地局の期待も高速化の追求から退化しています。受信成功率の確保。
また、MIMO システムは数学記号を使用してどのように研究されるのでしょうか?
3.MIMOチャネルの秘密
エンジニアは数学記号を好んで使用します。
エンジニアは、基地局の 2 つのアンテナからのデータを X1 と X2、携帯電話のアンテナからのデータを Y1 と Y2、4 つの伝送経路を H11、H12、H21、H22 とマークしました。
このように Y1 と Y2 を計算するのは簡単です。しかし、2*2 MIMO の容量は、SISO の 2 倍に達することもあれば、達成できないこともあり、SISO と同じになることもあります。どのように説明しますか？
この問題は、前述のチャネル相関によって説明できます。相関が高いほど、モバイル側で各伝送パスを区別することが難しくなります。チャネルが同じであれば、2 つの方程式は 1 つになるため、送信する方法は 1 つしかありません。
言うまでもなく、MIMO チャネルの秘密は、伝送路の独立性の判断にあります。つまり、秘密はH11、H12、H21、H22にあります。エンジニアは方程式を次のように単純化します。
エンジニアは、H1、H12、H21、および H22 を単純化しようとしましたが、いくつかの複雑な変更、式、最終的に式に変換されました。
2 つの入力 X'1 と X'2 は、λ1 と λ2 を乗算すると、Y'1 と Y'2 が得られます。λ1 と λ2 の値は何を意味しますか?
新しいマトリックスがあります。対角の 1 つだけにデータがある行列は、対角行列と呼ばれます。対角線上のゼロ以外のデータの数は、行列のランクと呼ばれます。2*2 MIMO では、λ1 と λ2 の非ゼロ値を指します。
ランクが 1 の場合、2*2 MIMO システムが伝送空間で高度に相関していることを意味します。つまり、MIMO は SISO または SIMO に縮退し、すべてのデータを同時に送受信することしかできません。
ランクが 2 の場合、システムには 2 つの比較的独立した空間チャネルがあります。データの送受信を同時に行うことができます。
では、ランクが 2 の場合、この 2 つの伝送チャネルの容量は 1 つの伝送チャネルの 2 倍になりますか?その答えは条件数とも呼ばれるλ1とλ2の比率にあります。
条件数が 1 の場合、λ1 と λ2 が同じであることを意味します。彼らは独立性が高いです。2*2 MIMO システムの容量は最大に達する可能性があります。
条件数が 1 より大きい場合は、λ1 と λ2 が異なることを意味します。ただし、空間チャネルが 2 つあり、品質が異なる場合、システムはより良い品質のチャネルに主要なリソースを配置します。このように、2*2 MIMO システムの容量は、SISO システムの 1 倍または 2 倍です。
ただし、この情報は、基地局がデータを送信した後の空間伝送中に生成されます。基地局は、1 チャンネルまたは 2 チャンネルをいつ送信するかをどのように判断しますか?
忘れないでください。2 人の間に秘密はありません。携帯電話は、測定されたチャネル状態、伝送行列のランク、プリコーディングの提案を参照用に基地局に送信します。
この時点で、MIMO がそのようなものであることがわかると思います。
投稿時間: 2021 年 4 月 20 日