MIMO คืออะไร?

1.   MIMO คืออะไร?

ในยุคแห่งการเชื่อมต่อถึงกันนี้ ดูเหมือนว่าโทรศัพท์มือถือซึ่งเปรียบเสมือนหน้าต่างในการสื่อสารกับโลกภายนอกจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของร่างกายของเราไปแล้ว

แต่โทรศัพท์มือถือไม่สามารถเล่นอินเทอร์เน็ตได้ด้วยตัวเอง เครือข่ายการสื่อสารของโทรศัพท์มือถือได้กลายเป็นสิ่งสำคัญเช่นเดียวกับน้ำและไฟฟ้าสำหรับมนุษย์เมื่อคุณท่องอินเทอร์เน็ต คุณจะไม่รู้สึกถึงความสำคัญของฮีโร่เบื้องหลังเหล่านี้เมื่อคุณจากไป คุณจะรู้สึกว่าคุณไม่สามารถอยู่ได้อีกต่อไป

มีอยู่ครั้งหนึ่ง อินเทอร์เน็ตของโทรศัพท์มือถือถูกเรียกเก็บจากปริมาณการใช้ข้อมูล รายได้ของคนทั่วไปคือไม่กี่ร้อยเหรียญ แต่ 1MHz จำเป็นต้องใช้เหรียญดังนั้นเมื่อคุณเห็น Wi-Fi คุณจะรู้สึกปลอดภัย

เรามาดูกันว่าเราเตอร์ไร้สายมีลักษณะอย่างไร

8 เสาอากาศดูเหมือนแมงมุม

สัญญาณสามารถผ่านสองกำแพงขึ้นไปได้หรือไม่?หรือความเร็วอินเทอร์เน็ตจะเพิ่มเป็นสองเท่า?

เอฟเฟกต์เหล่านี้สามารถทำได้โดยเราเตอร์ และทำได้ด้วยเสาอากาศจำนวนมาก ซึ่งเป็นเทคโนโลยี MIMO ที่มีชื่อเสียง

MIMO ซึ่งเป็นหลายอินพุตหลายเอาต์พุต

มันยากที่จะจินตนาการว่าจริงไหม?Multi-input Multi-output คืออะไร เสาอากาศสามารถบรรลุเอฟเฟกต์ทั้งหมดได้อย่างไรเมื่อคุณท่องอินเทอร์เน็ตผ่านสายเคเบิลเครือข่าย การเชื่อมต่อระหว่างคอมพิวเตอร์และอินเทอร์เน็ตนั้นเป็นสายเคเบิลจริงลองนึกภาพเมื่อเราใช้เสาอากาศเพื่อส่งสัญญาณผ่านอากาศโดยใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอากาศทำหน้าที่เหมือนเส้นลวดแต่เป็นเสมือนช่องสำหรับส่งสัญญาณที่เรียกว่าช่องสัญญาณไร้สาย

แล้วคุณจะทำให้อินเทอร์เน็ตเร็วขึ้นได้อย่างไร

ใช่คุณถูก!สามารถแก้ไขได้ด้วยเสาอากาศเพิ่มอีกสองสามสาย สายไฟเสมือนอีกสองสามสายเข้าด้วยกันเพื่อส่งและรับข้อมูลMIMO ได้รับการออกแบบมาสำหรับช่องสัญญาณไร้สาย

เช่นเดียวกับเราเตอร์ไร้สาย สถานีฐาน 4G และโทรศัพท์มือถือของคุณกำลังทำสิ่งเดียวกัน

ต้องขอบคุณเทคโนโลยี MIMO ซึ่งรวมเข้ากับ 4G อย่างแนบแน่น เราจึงสัมผัสได้ถึงความเร็วอินเทอร์เน็ตที่เร็วขึ้นในขณะเดียวกัน ต้นทุนของผู้ให้บริการโทรศัพท์เคลื่อนที่ก็ลดลงอย่างมากเราสามารถใช้จ่ายน้อยลงเพื่อสัมผัสความเร็วอินเทอร์เน็ตที่เร็วขึ้นและไม่จำกัดในที่สุดเราก็สามารถเลิกพึ่งพา Wi-Fi และท่องอินเทอร์เน็ตตลอดเวลาได้แล้ว

ตอนนี้ให้ฉันแนะนำว่า MIMO คืออะไร?

2.การจำแนกประเภท MIMO

ก่อนอื่น MIMO ที่เรากล่าวถึงก่อนหน้านี้หมายถึงความเร็วเครือข่ายที่เพิ่มขึ้นอย่างมากในการดาวน์โหลดนั่นเป็นเพราะตอนนี้เรามีความต้องการดาวน์โหลดมากขึ้นลองคิดดู คุณอาจดาวน์โหลดวิดีโอหลายสิบ GHz แต่ส่วนใหญ่อัปโหลดเพียงไม่กี่ MHz

เนื่องจาก MIMO เรียกว่าหลายอินพุตและหลายเอาต์พุต เส้นทางการส่งสัญญาณหลายสายจึงถูกสร้างขึ้นโดยเสาอากาศหลายตัวแน่นอนว่า ไม่เพียงแต่สถานีฐานรองรับการส่งสัญญาณหลายเสาอากาศเท่านั้น แต่โทรศัพท์มือถือยังต้องรองรับการรับสัญญาณจากหลายเสาอากาศอีกด้วย

มาดูภาพวาดง่ายๆ ต่อไปนี้กัน: (อันที่จริง เสาอากาศของสถานีฐานนั้นใหญ่มาก และเสาอากาศของโทรศัพท์มือถือก็เล็กและซ่อนอยู่ แต่ถึงแม้จะมีความสามารถต่างกัน พวกมันก็ยังอยู่ในตำแหน่งการสื่อสารเดียวกัน)

ตามจำนวนเสาอากาศของสถานีฐานและโทรศัพท์มือถือ สามารถแบ่งออกได้เป็นสี่ประเภท: SISO, SIMO, MISO และ MIMO

SISO: อินพุตเดียวและเอาต์พุตเดียว

SIMO: อินพุตเดียวและหลายเอาต์พุต

MISO: หลายอินพุตและเอาต์พุตเดียว

MIMO: หลายเอาต์พุตและหลายเอาต์พุต

เริ่มต้นด้วย SISO:

รูปแบบที่ง่ายที่สุดสามารถกำหนดในเงื่อนไข MIMO เป็น SISO – Single Input Single Outputเครื่องส่งนี้ทำงานโดยใช้เสาอากาศเดียวเป็นเครื่องรับไม่มีความหลากหลายและไม่ต้องการการประมวลผลเพิ่มเติม

มีเสาอากาศหนึ่งเสาสำหรับสถานีฐานและอีกเสาหนึ่งสำหรับโทรศัพท์มือถือไม่รบกวนซึ่งกันและกัน เส้นทางการส่งข้อมูลระหว่างกันเป็นเพียงการเชื่อมต่อเท่านั้น

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าระบบดังกล่าวมีความเปราะบางมากเป็นถนนสายเล็กๆสถานการณ์ที่ไม่คาดคิดใด ๆ จะเป็นภัยคุกคามต่อการสื่อสารโดยตรง

SIMO ดีกว่าเนื่องจากการรับโทรศัพท์ได้รับการปรับปรุง

อย่างที่คุณเห็น โทรศัพท์มือถือไม่สามารถเปลี่ยนสภาพแวดล้อมไร้สายได้ ดังนั้นโทรศัพท์มือถือจึงเปลี่ยนตัวเอง – โทรศัพท์มือถือเพิ่มเสาอากาศให้กับตัวเอง

ด้วยวิธีนี้ ข้อความที่ส่งจากสถานีฐานสามารถเข้าถึงโทรศัพท์มือถือได้สองวิธี!เป็นเพียงว่าทั้งคู่มาจากเสาอากาศเดียวกันที่สถานีฐานและสามารถส่งข้อมูลเดียวกันได้เท่านั้น

ดังนั้น ไม่สำคัญว่าคุณจะสูญเสียข้อมูลบางส่วนในแต่ละเส้นทางหรือไม่ตราบใดที่โทรศัพท์สามารถรับสำเนาจากเส้นทางใดก็ได้ แม้ว่าความจุสูงสุดจะยังคงเท่าเดิมในแต่ละเส้นทาง ความน่าจะเป็นในการรับข้อมูลสำเร็จจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าสิ่งนี้เรียกอีกอย่างว่าการรับความหลากหลาย

มิโซะคืออะไร?

กล่าวอีกนัยหนึ่ง โทรศัพท์มือถือยังคงมีเสาอากาศเดียว และจำนวนเสาอากาศในสถานีฐานจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเสาในกรณีนี้ ข้อมูลเดียวกันจะถูกส่งจากเสาอากาศเครื่องส่งสัญญาณทั้งสองจากนั้นเสาอากาศรับสัญญาณจะสามารถรับสัญญาณที่เหมาะสมและข้อมูลที่แน่นอนได้

ข้อดีของการใช้ MISO คือเสาอากาศหลายตัวและข้อมูลจะถูกย้ายจากเครื่องรับไปยังเครื่องส่งสถานีฐานยังสามารถส่งข้อมูลเดียวกันได้สองวิธีไม่สำคัญว่าคุณจะสูญเสียข้อมูลบางส่วนหรือไม่สามารถสื่อสารได้ตามปกติ

แม้ว่าความจุสูงสุดจะยังคงเท่าเดิม แต่อัตราความสำเร็จของการสื่อสารก็เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าวิธีนี้เรียกว่าความหลากหลายในการส่ง

ในที่สุดเรามาพูดถึง MIMO

มีเสาอากาศมากกว่าหนึ่งเสาที่ปลายทั้งสองด้านของลิงค์วิทยุ และเรียกว่า MIMO – หลายอินพุตหลายเอาต์พุตMIMO สามารถใช้เพื่อปรับปรุงทั้งความทนทานของช่องสัญญาณและปริมาณงานของช่องสัญญาณสถานีฐานและฝั่งอุปกรณ์เคลื่อนที่สามารถใช้เสาอากาศสองเสาเพื่อส่งและรับแยกกันได้ และนั่นหมายความว่าความเร็วจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าใช่หรือไม่

ด้วยวิธีนี้ มีเส้นทางการส่งสัญญาณสี่เส้นทางระหว่างสถานีฐานและโทรศัพท์มือถือ ซึ่งดูเหมือนจะซับซ้อนกว่ามากแต่เพื่อความแน่ใจ เนื่องจากสถานีฐานและฝั่งโทรศัพท์มือถือมีเสาอากาศ 2 เสา จึงสามารถรับส่งข้อมูลได้ 2 เสาพร้อมกันความจุสูงสุดของ MIMO เพิ่มขึ้นเท่าใดเมื่อเทียบกับหนึ่งเส้นทางจากการวิเคราะห์ SIMO และ MISO ก่อนหน้านี้ ดูเหมือนว่าความจุสูงสุดจะขึ้นอยู่กับจำนวนเสาอากาศทั้งสองด้าน

ระบบ MIMO โดยทั่วไปจะเป็น A*B MIMO;A หมายถึงจำนวนเสาอากาศของสถานีฐาน B หมายถึงจำนวนเสาอากาศของโทรศัพท์มือถือลองนึกถึง 4*4 MIMO และ 4*2 MIMOคุณคิดว่าความจุใดใหญ่กว่ากัน?

4*4 MIMO สามารถส่งและรับ 4 ช่องสัญญาณพร้อมกัน และความจุสูงสุดถึง 4 เท่าของระบบ SISO4*2 MIMO สามารถเข้าถึงระบบ SISO ได้เพียง 2 เท่า

สิ่งนี้ใช้เสาอากาศหลายอันและเส้นทางการส่งที่แตกต่างกันในพื้นที่มัลติเพล็กซ์เพื่อส่งสำเนาข้อมูลที่แตกต่างกันหลายชุดพร้อมกันเพื่อเพิ่มความจุเรียกว่ามัลติเพล็กซ์การแบ่งพื้นที่

ดังนั้นสามารถส่งกำลังสูงสุดในระบบ MIMO ได้หรือไม่?มาทดสอบกันเถอะ

เรายังคงใช้สถานีฐานและโทรศัพท์มือถือที่มี 2 เสาอากาศเป็นตัวอย่างเส้นทางการส่งสัญญาณระหว่างพวกเขาจะเป็นอย่างไร?

อย่างที่คุณเห็น เส้นทางทั้งสี่ผ่านการซีดจางและการรบกวนแบบเดียวกัน และเมื่อข้อมูลไปถึงโทรศัพท์มือถือ ก็จะไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างกันได้อีกต่อไปนี่มันเหมือนกับเส้นทางเดียวไม่ใช่หรือ?ในขณะนี้ ระบบ 2*2 MIMO ไม่เหมือนกับระบบ SISO ใช่หรือไม่

ในทำนองเดียวกัน ระบบ 2*2 MIMO สามารถสลายเป็น SIMO, MISO และระบบอื่นๆ ซึ่งหมายความว่ามัลติเพล็กซ์การแบ่งพื้นที่จะลดลงเหลือความหลากหลายในการส่งหรือความหลากหลายในการรับ ความคาดหวังของสถานีฐานก็ลดลงเช่นกันจากการไล่ตามความเร็วสูงเป็น รับประกันอัตราความสำเร็จในการรับ

และระบบ MIMO ศึกษาโดยใช้สัญลักษณ์ทางคณิตศาสตร์อย่างไร?

3.ความลับของช่อง MIMO

วิศวกรชอบใช้สัญลักษณ์ทางคณิตศาสตร์

วิศวกรทำเครื่องหมายข้อมูลจากเสาอากาศสองเสาบนสถานีฐานเป็น X1 และ X2 ข้อมูลจากเสาอากาศโทรศัพท์มือถือเป็น Y1 และ Y2 เส้นทางการส่งสัญญาณทั้งสี่ถูกทำเครื่องหมายเป็น H11, H12, H21, H22

การคำนวณ Y1 และ Y2 ด้วยวิธีนี้ทำได้ง่ายแต่บางครั้ง ความจุของ 2*2 MIMO อาจเพิ่มเป็นสองเท่าของ SISO บางครั้งก็ทำไม่ได้ บางครั้งก็เท่ากับ SISOคุณจะอธิบายได้อย่างไร?

ปัญหานี้สามารถอธิบายได้ด้วยความสัมพันธ์ของช่องสัญญาณที่เราเพิ่งกล่าวถึง ยิ่งความสัมพันธ์สูงเท่าใด การแยกแยะเส้นทางการส่งสัญญาณแต่ละเส้นทางกับฝั่งอุปกรณ์เคลื่อนที่ก็ยิ่งยากขึ้นเท่านั้นถ้าแชนเนลเหมือนกัน สมการทั้งสองจะกลายเป็นหนึ่ง ดังนั้นจึงมีทางเดียวที่จะส่งสัญญาณได้

เห็นได้ชัดว่าความลับของช่องสัญญาณ MIMO อยู่ที่การพิจารณาความเป็นอิสระของเส้นทางการส่งสัญญาณนั่นคือความลับอยู่ใน H11, H12, H21 และ H22วิศวกรทำให้สมการง่ายขึ้นดังนี้:

วิศวกรพยายามลดความซับซ้อนของ H1, H12, H21 และ H22 ผ่านการเปลี่ยนแปลงที่ซับซ้อน สมการ และแปลงเป็นสูตรในที่สุด

อินพุต X'1 และ X'2 สองอินพุต คูณ λ1 และ λ2 คุณจะได้ Y'1 และ Y'2ค่าของ λ1 และ λ2 หมายถึงอะไร

มีเมทริกซ์ใหม่เมทริกซ์ที่มีข้อมูลอยู่ในเส้นทแยงมุมเพียงเส้นเดียว เรียกว่า เมทริกซ์เส้นทแยงมุมจำนวนข้อมูลที่ไม่เป็นศูนย์ในแนวทแยงเรียกว่าอันดับของเมทริกซ์ใน 2*2 MIMO หมายถึงค่าที่ไม่ใช่ศูนย์ของ λ1 และ λ2

หากอันดับเป็น 1 แสดงว่าระบบ MIMO 2*2 มีความสัมพันธ์สูงในพื้นที่การส่งข้อมูล ซึ่งหมายความว่า MIMO จะเสื่อมเป็น SISO หรือ SIMO และสามารถรับและส่งข้อมูลทั้งหมดในเวลาเดียวกันเท่านั้น

หากอันดับคือ 2 ระบบจะมีช่องสัญญาณเชิงพื้นที่ที่ค่อนข้างอิสระสองช่องสามารถรับส่งข้อมูลได้พร้อมกัน

ถ้าอันดับเป็น 2 ความจุของช่องส่งสัญญาณทั้งสองนี้จะเพิ่มเป็นสองเท่าของช่องเดียวหรือไม่?คำตอบอยู่ในอัตราส่วนของ λ1 และ λ2 ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าจำนวนเงื่อนไข

ถ้าจำนวนเงื่อนไขคือ 1 แสดงว่า λ1 และ λ2 เท่ากันมีความเป็นอิสระสูงความจุของระบบ 2*2 MIMO สามารถเข้าถึงได้สูงสุด

ถ้าจำนวนเงื่อนไขมากกว่า 1 แสดงว่า λ1 และ λ2 ต่างกันอย่างไรก็ตาม มีช่องเชิงพื้นที่สองช่องและคุณภาพแตกต่างกัน ระบบจะใส่ทรัพยากรหลักลงในช่องที่มีคุณภาพดีกว่าด้วยวิธีนี้ ความจุของระบบ 2*2 MIMO คือ 1 หรือ 2 เท่าของระบบ SISO

อย่างไรก็ตาม ข้อมูลจะถูกสร้างขึ้นระหว่างการส่งอวกาศหลังจากที่สถานีฐานส่งข้อมูลสถานีฐานรู้ได้อย่างไรว่าเมื่อใดควรส่งหนึ่งช่องหรือสองช่อง

อย่าลืมและไม่มีความลับระหว่างพวกเขาโทรศัพท์มือถือจะส่งสถานะช่องสัญญาณที่วัดได้ อันดับเมทริกซ์การส่งสัญญาณ และคำแนะนำสำหรับการเข้ารหัสล่วงหน้าไปยังสถานีฐานเพื่อใช้อ้างอิง

ณ จุดนี้ ฉันคิดว่าเราคงเห็นแล้วว่า MIMO กลายเป็นเรื่องแบบนี้