Was ist MIMO?

1.   Was ist MIMO?

In dieser Ära der Vernetzung scheinen Mobiltelefone als Fenster zur Kommunikation mit der Außenwelt zu einem Teil unseres Körpers geworden zu sein.

Aber das Handy alleine kann nicht im Internet surfen, das Mobilfunknetz ist für den Menschen so wichtig geworden wie Wasser und Strom.Wenn Sie im Internet surfen, spüren Sie nicht die Bedeutung dieser Helden hinter den Kulissen.Sobald Sie gehen, haben Sie das Gefühl, nicht mehr leben zu können.

Es gab eine Zeit, in der das Internet von Mobiltelefonen durch den Verkehr belastet wurde, das durchschnittliche Einkommen einer Person ein paar hundert Münzen beträgt, aber 1 MHz benötigt, um eine Münze auszugeben.Wenn Sie also Wi-Fi sehen, werden Sie sich sicher fühlen.

Mal sehen, wie ein WLAN-Router aussieht.

8 Antennen, es sieht aus wie Spinnen.

Kann das Signal durch zwei oder mehr Wände gehen?Oder verdoppelt sich die Internetgeschwindigkeit?

Diese Effekte können durch einen Router erreicht werden, und es wird mit vielen Antennen die berühmte MIMO-Technologie erreicht.

MIMO, was Multi-Input Multi-Output ist.

Das ist schwer vorstellbar, oder?Was ist Multi-Input Multi-Output, wie können Antennen alle Effekte erzielen?Wenn Sie über ein Netzwerkkabel im Internet surfen, ist die Verbindung zwischen dem Computer und dem Internet natürlich ein physisches Kabel.Stellen wir uns nun vor, wir verwenden Antennen, um mit elektromagnetischen Wellen Signale durch die Luft zu senden.Die Luft verhält sich wie ein Draht, ist aber virtuell, ein Kanal zur Übertragung von Signalen, der als drahtloser Kanal bezeichnet wird.

Wie kann man also das Internet schneller machen?

Ja, du hast recht!Es kann durch ein paar mehr Antennen gelöst werden, ein paar mehr virtuelle Drähte zusammen, um Daten zu senden und zu empfangen.MIMO ist für den drahtlosen Kanal konzipiert.

Genauso wie WLAN-Router, 4G-Basisstation und Ihr Mobiltelefon dasselbe tun.

Dank der MIMO-Technologie, die eng mit 4G integriert ist, können wir die schnellere Geschwindigkeit des Internets erleben.Gleichzeitig sind die Kosten der Mobilfunkbetreiber erheblich gesunken;Wir können weniger ausgeben, um eine schnellere und unbegrenzte Internetgeschwindigkeit zu erleben.Jetzt können wir unsere Abhängigkeit vom WLAN endlich loswerden und die ganze Zeit im Internet surfen.

Lassen Sie mich nun vorstellen, was MIMO ist.

2.MIMO-Klassifizierung

Zunächst einmal bezieht sich das bereits erwähnte MIMO auf die deutliche Erhöhung der Netzwerkgeschwindigkeit im Download.Das liegt daran, dass wir derzeit eine viel stärkere Nachfrage nach Downloads haben.Denken Sie darüber nach, Sie können Dutzende von GHz-Videos herunterladen, aber meistens nur wenige MHz hochladen.

Da MIMO Multiple Input und Multiple Outputs genannt wird, werden durch mehrere Antennen mehrere Übertragungswege geschaffen.Natürlich muss nicht nur die Basisstation Mehrantennenübertragung unterstützen, sondern auch das Mobiltelefon muss Mehrantennenempfang erfüllen.

Sehen wir uns die folgende einfache Zeichnung an: (Tatsächlich ist die Antenne der Basisstation riesig und die Antenne des Mobiltelefons winzig und versteckt. Aber selbst mit unterschiedlichen Fähigkeiten befinden sie sich an denselben Kommunikationspositionen.)

Je nach Anzahl der Antennen von Basisstation und Mobiltelefonen kann es in vier Typen unterteilt werden: SISO, SIMO, MISO und MIMO.

SISO: Einzeleingang und Einzelausgang

SIMO: Single Input und Multiple Output

MISO: Multiple Input und Single Output

MIMO: Mehrfachausgabe und Mehrfachausgabe

Beginnen wir mit dem SISO:

Die einfachste Form lässt sich in MIMO-Begriffen als SISO – Single Input Single Output – definieren.Dieser Sender arbeitet mit einer Antenne als Empfänger.Es gibt keine Diversität und keine zusätzliche Verarbeitung ist erforderlich.

Es gibt eine Antenne für die Basisstation und eine für das Mobiltelefon;sie stören sich nicht gegenseitig – der Übertragungsweg zwischen ihnen ist die einzige Verbindung.

Es besteht kein Zweifel, dass ein solches System sehr zerbrechlich ist, ist eine kleine Straße.Jede unerwartete Situation stellt eine direkte Bedrohung für die Kommunikation dar.

SIMO ist besser, weil der Empfang des Telefons verbessert wird.

Wie Sie sehen können, kann das Mobiltelefon die drahtlose Umgebung nicht ändern, also ändert es sich selbst – das Mobiltelefon fügt sich selbst eine Antenne hinzu.

Auf diese Weise kann die von der Basisstation gesendete Nachricht das Mobiltelefon auf zwei Wegen erreichen!Nur kommen beide von der gleichen Antenne an der Basisstation und können nur die gleichen Daten senden.

Daher ist es egal, ob Sie auf jeder Route einige Daten verlieren.Solange das Telefon eine Kopie von jedem Pfad empfangen kann, obwohl die maximale Kapazität auf jeder Route gleich bleibt, verdoppelt sich die Wahrscheinlichkeit, Daten erfolgreich zu empfangen.Dies wird auch als Empfangsdiversität bezeichnet.

Was ist MISO?

Mit anderen Worten, das Mobiltelefon hat immer noch eine Antenne, und die Anzahl der Antennen in der Basisstation wird auf zwei erhöht.In diesem Fall werden von beiden Sendeantennen die gleichen Daten gesendet.Und die Empfängerantenne ist dann in der Lage, das optimale Signal und die exakten Daten zu empfangen.

Der Vorteil der Verwendung von MISO besteht darin, dass die mehreren Antennen und die Daten vom Empfänger zum Sender verschoben werden.Die Basisstation kann immer noch dieselben Daten auf zwei Arten senden;es spielt keine Rolle, ob Sie einige Daten verlieren;die Kommunikation kann normal weitergehen.

Obwohl die maximale Kapazität gleich bleibt, hat sich die Erfolgsquote der Kommunikation verdoppelt.Dieses Verfahren wird auch Sendediversity genannt.

Lassen Sie uns abschließend über MIMO sprechen.

An beiden Enden der Funkverbindung befindet sich mehr als eine Antenne, was als MIMO – Multiple Input Multiple Output – bezeichnet wird.MIMO kann verwendet werden, um sowohl die Kanalrobustheit als auch den Kanaldurchsatz zu verbessern.Die Basisstation und die mobile Seite können beide zwei Antennen verwenden, um unabhängig voneinander zu senden und zu empfangen, und das bedeutet, dass die Geschwindigkeit verdoppelt wird?

Auf diese Weise gibt es vier Übertragungswege zwischen der Basisstation und dem Mobiltelefon, was viel komplizierter erscheint.Aber um sicher zu sein, da die Basisstation und die Handyseite beide 2 Antennen haben, kann es zwei Daten gleichzeitig senden und empfangen.Um wie viel erhöht sich die maximale MIMO-Kapazität im Vergleich zu einem Pfad?Aus der vorherigen Analyse von SIMO und MISO geht hervor, dass die maximale Kapazität von der Anzahl der Antennen auf beiden Seiten abhängt.

Die MIMO-Systeme sind im Allgemeinen als A*B-MIMO;A bedeutet die Anzahl der Antennen der Basisstation, B bedeutet die Anzahl der Mobilfunkantennen.Denken Sie an 4*4 MIMO und 4*2 MIMO.Was denken Sie, welche Kapazität größer ist?

4*4 MIMO kann 4 Kanäle gleichzeitig senden und empfangen, und seine maximale Kapazität kann das 4-fache des SISO-Systems erreichen.4*2 MIMO kann nur das 2-fache des SISO-Systems erreichen.

Diese Verwendung mehrerer Antennen und unterschiedlicher Übertragungspfade im Multiplexraum, um mehrere Kopien unterschiedlicher Daten parallel zu senden, um die Kapazität zu erhöhen, wird Raummultiplex genannt.

Also, kann die maximale Übertragungskapazität im MIMO-System?Kommen wir zum Test.

Nehmen wir als Beispiel noch Basisstation und Handy mit 2 Antennen.Was wäre der Übertragungsweg zwischen ihnen?

Wie Sie sehen können, durchlaufen die vier Pfade das gleiche Fading und die gleichen Interferenzen, und wenn Daten das Mobiltelefon erreichen, können sie sich nicht mehr voneinander unterscheiden.Ist das nicht dasselbe wie ein Weg?Zu diesem Zeitpunkt ist das 2*2-MIMO-System nicht dasselbe wie das SISO-System?

Auf die gleiche Weise kann das 2*2-MIMO-System zu SIMO, MISO und anderen Systemen degenerieren, was bedeutet, dass Raummultiplex auf Übertragungsdiversity oder Empfangsdiversity reduziert wird, die Erwartung der Basisstation ist ebenfalls degeneriert, eine hohe Geschwindigkeit zu verfolgen Sicherstellung der Empfangserfolgsquote.

Und wie werden MIMO-Systeme mit mathematischen Symbolen untersucht?

3.Das Geheimnis des MIMO-Kanals

Ingenieure lieben es, mathematische Symbole zu verwenden.

Die Daten der beiden Antennen der Basisstation markierten die Ingenieure mit X1 und X2, die Daten der Mobilfunkantennen mit Y1 und Y2, die vier Übertragungswege wurden mit H11, H12, H21, H22 gekennzeichnet.

Es ist einfach, Y1 und Y2 auf diese Weise zu berechnen.Aber manchmal kann die Kapazität von 2*2 MIMO das Doppelte von SISO erreichen, manchmal nicht, manchmal sogar die gleiche wie SISO.Wie erklärst du es?

Dieses Problem lässt sich durch die eben erwähnte Kanalkorrelation erklären – je höher die Korrelation, desto schwieriger ist es, jeden Übertragungsweg auf der mobilen Seite zu unterscheiden.Wenn der Kanal derselbe ist, werden die beiden Gleichungen eins, sodass es nur eine Möglichkeit gibt, ihn zu übertragen.

Offensichtlich liegt das Geheimnis des MIMO-Kanals in der Beurteilung der Unabhängigkeit des Übertragungsweges.Das Geheimnis liegt also in H11, H12, H21 und H22.Ingenieure vereinfachen die Gleichung wie folgt:

Ingenieure versuchten, die Gleichungen H1, H12, H21 und H22 durch einige komplexe Änderungen zu vereinfachen und schließlich in die Formel umzuwandeln.

Zwei Eingaben X'1 und X'2, multiplizieren Sie λ1 und λ2, Sie können Y'1 und Y'2 erhalten.Was bedeuten die Werte von λ1 und λ2?

Es gibt eine neue Matrix.Eine Matrix mit Daten auf nur einer Diagonale wird Diagonalmatrix genannt.Die Anzahl der Nicht-Null-Daten auf der Diagonalen wird als Rang der Matrix bezeichnet.Bei 2*2 MIMO bezieht es sich auf die Nicht-Null-Werte von λ1 und λ2.

Wenn der Rang 1 ist, bedeutet dies, dass das 2*2-MIMO-System im Übertragungsraum stark korreliert ist, was bedeutet, dass MIMO zu SISO oder SIMO degeneriert und nur alle Daten gleichzeitig empfangen und übertragen kann.

Wenn der Rang 2 ist, dann hat das System zwei relativ unabhängige räumliche Kanäle.Es kann gleichzeitig Daten senden und empfangen.

Wenn also der Rang 2 ist, ist die Kapazität dieser beiden Übertragungskanäle doppelt so groß wie die von einem?Die Antwort liegt im Verhältnis von λ1 und λ2, das auch als bedingte Zahl bezeichnet wird.

Wenn die Bedingungszahl 1 ist, bedeutet dies, dass λ1 und λ2 gleich sind;Sie haben eine hohe Unabhängigkeit.Die Kapazität des 2*2-MIMO-Systems kann das Maximum erreichen.

Wenn die bedingte Zahl größer als 1 ist, bedeutet dies, dass λ1 und λ2 unterschiedlich sind.Es gibt jedoch zwei räumliche Kanäle und die Qualität ist unterschiedlich, dann legt das System die Hauptressourcen auf den Kanal mit besserer Qualität.Auf diese Weise ist die Kapazität des 2*2-MIMO-Systems 1- oder 2-mal so groß wie die des SISO-Systems.

Die Informationen werden jedoch während der Weltraumübertragung erzeugt, nachdem die Basisstation die Daten gesendet hat.Woher weiß die Basisstation, wann sie einen Kanal oder zwei Kanäle senden soll?

Vergiss nicht, und es gibt keine Geheimnisse zwischen ihnen.Das Mobiltelefon sendet seinen gemessenen Kanalzustand, den Rang der Sendematrix und Vorschläge zur Vorcodierung als Referenz an die Basisstation.

An diesem Punkt können wir meiner Meinung nach sehen, dass MIMO so etwas ist.