Vad är MIMO?

1.   Vad är MIMO?

I denna tid av sammanlänkning verkar mobiltelefoner, som fönstret för oss att kommunicera med omvärlden, ha blivit en del av våra kroppar.

Men mobiltelefonen kan inte surfa på internet på egen hand, mobiltelefonens kommunikationsnät har blivit lika viktigt som vatten och el för människor.När du surfar på internet känner du inte vikten av dessa hjältar bakom kulisserna.När du väl lämnat känner du att du inte kan leva längre.

Det fanns en tid, mobiltelefoners internet laddades av trafik, den genomsnittliga personens inkomst är några hundra mynt, men 1MHz behöver spendera ett mynt.Så när du ser Wi-Fi kommer du att känna dig trygg.

Låt oss se hur en trådlös router ser ut.

8 antenner, det ser ut som spindlar.

Kan signalen gå genom två eller flera väggar?Eller kommer internethastigheten att fördubblas?

Dessa effekter kan uppnås med en router, och det uppnås med många antenner, den berömda MIMO-tekniken.

MIMO, som är Multi-input Multi output.

Det är svårt att föreställa sig det, eller hur?Vad är Multi-input Multi-output, hur kan antenner uppnå alla effekter?När du surfar på internet via en nätverkskabel är uppkopplingen mellan datorn och internet en fysisk kabel, så klart.Låt oss nu föreställa oss när vi använder antenner för att skicka signaler genom luften med hjälp av elektromagnetiska vågor.Luften fungerar som en tråd men är virtuell, en kanal för att överföra signaler som kallas en trådlös kanal.

Så, hur kan du göra internet snabbare?

Ja du har rätt!Det kan lösas med några fler antenner, några fler virtuella ledningar tillsammans för att skicka och ta emot data.MIMO är designad för den trådlösa kanalen.

Samma sak som trådlösa routrar, 4G-basstation och din mobiltelefon gör samma sak.

Tack vare MIMO Technology, som är tätt integrerad med 4G, kan vi uppleva den snabbare hastigheten på internet.Samtidigt har mobiltelefonoperatörernas kostnader minskat avsevärt;vi kan spendera mindre för att uppleva snabbare och obegränsad internethastighet.Nu kan vi äntligen bli av med vårt beroende av Wi-Fi och surfa på internet hela tiden.

Låt mig nu presentera vad MIMO är?

2.MIMO-klassificering

Först och främst hänvisar MIMO som vi nämnde tidigare till den betydande ökningen av nätverkshastigheten i nedladdningen.Det beror på att vi för närvarande har en mycket starkare efterfrågan på nedladdningar.Tänk på det, du kan ladda ner dussintals GHz-videor men ladda upp mest bara några få MHz.

Eftersom MIMO kallas flera ingångar och flera utgångar, skapas flera överföringsvägar av flera antenner.Naturligtvis stöder basstationen inte bara sändning av flera antenn, utan mobiltelefonen måste också möta mottagning av flera antenn.

Låt oss kontrollera följande enkla ritning: (Faktum är att basstationens antenn är enorm, och mobiltelefonantennen är liten och dold. Men även med olika möjligheter är de i samma kommunikationspositioner.)

Beroende på antalet antenner för basstationer och mobiltelefoner kan den delas in i fyra typer: SISO, SIMO, MISO och MIMO.

SISO: Single Input och Single Output

SIMO: Single Input och Multiple Output

MISO: Multiple Input och Single Output

MIMO: Multiple Output och Multiple Output

Låt oss börja med SISO:

Den enklaste formen kan definieras i MIMO-termer som SISO – Single Input Single Output.Denna sändare fungerar med en antenn som mottagaren.Det finns ingen mångfald och ingen ytterligare bearbetning krävs.

Det finns en antenn för basstationen och en för mobiltelefonen;de stör inte varandra – överföringsvägen mellan dem är den enda anslutningen.

Det råder ingen tvekan om att ett sådant system är mycket bräckligt, är en liten väg.Alla oväntade situationer kommer direkt att utgöra ett hot mot kommunikationen.

SIMO är bättre eftersom mottagningen av telefonen är förbättrad.

Som du kan se kan mobiltelefonen inte ändra den trådlösa miljön, så den ändrar sig själv – mobiltelefonen lägger till en antenn till sig själv.

På så sätt kan meddelandet som skickas från basstationen nå mobiltelefonen på två sätt!Det är bara det att de båda kommer från samma antenn på basstationen och kan bara skicka samma data.

Som ett resultat spelar det ingen roll om du förlorar en del data på varje rutt.Så länge som telefonen kan ta emot en kopia från vilken väg som helst, även om den maximala kapaciteten förblir densamma på varje rutt, fördubblas sannolikheten att ta emot data framgångsrikt.Detta kallas också för att ta emot mångfald.

Vad är MISO?

Mobiltelefonen har med andra ord fortfarande en antenn, och antalet antenner i basstationen utökas till två.I detta fall sänds samma data från de två sändarantennerna.Och mottagarantenn kan då ta emot den optimala signalen och exakta data.

Fördelen med att använda MISO är att de flera antennerna och data flyttas från mottagaren till sändaren.Basstationen kan fortfarande skicka samma data på två sätt;det spelar ingen roll om du förlorar vissa data;kommunikationen kan fortgå normalt.

Även om den maximala kapaciteten förblir densamma, har framgångsfrekvensen för kommunikation fördubblats.Denna metod kallas även sänddiversitet.

Slutligen, låt oss prata om MIMO.

Det finns mer än en antenn i vardera änden av radiolänken, och detta kallas MIMO – Multiple Input Multiple Output.MIMO kan användas för att ge förbättringar i både kanal robusthet och kanal genomströmning.Basstationen och mobilsidan kan båda använda två antenner för att skicka och ta emot oberoende, och det betyder att hastigheten fördubblas?

På så sätt finns det fyra överföringsvägar mellan basstationen och mobiltelefonen, vilket verkar vara mycket mer komplicerat.Men för att vara säker, eftersom basstationen och mobiltelefonsidan båda har 2 antenner, kan den skicka och ta emot två data samtidigt.Så hur mycket ökar MIMOs maximala kapacitet jämfört med en väg?Från den tidigare analysen av SIMO och MISO verkar det som om den maximala kapaciteten beror på antalet antenner på båda sidor.

MIMO-systemen är i allmänhet som A*B MIMO;A betyder antalet basstationers antenner, B betyder antalet mobiltelefonantenner.Tänk på 4*4 MIMO och 4*2 MIMO.Vad tror du vilken kapacitet är större?

4*4 MIMO kan skicka och ta emot 4 kanaler samtidigt, och dess maximala kapacitet kan nå 4 gånger SISO-systemets.4*2 MIMO kan bara nå 2 gånger SISO-systemet.

Detta med att använda flera antenner och olika överföringsvägar i multiplexeringsutrymmet för att skicka flera kopior av olika data parallellt för att öka kapaciteten kallas rymddelningsmultiplex.

Så, kan den maximala överföringskapaciteten i MIMO-systemet?Låt oss komma till provet.

Vi tar fortfarande basstationen och mobiltelefonen med 2 antenner som exempel.Vad skulle överföringsvägen vara mellan dem?

Som du kan se passerar de fyra vägarna genom samma blekning och störningar, och när data når mobiltelefonen kan de inte längre särskilja varandra.Är inte detta detsamma som en väg?För närvarande är 2*2 MIMO-systemet inte detsamma som SISO-systemet?

På samma sätt kan 2*2 MIMO-system urarta till SIMO, MISO och andra system, vilket innebär att rymddelningsmultiplex reduceras till överföringsdiversitet eller mottagningsdiversiteten, förväntningarna på basstationen har också degenererats från att sträva efter hög hastighet till säkerställa en framgångsfrekvens för mottagande.

Och hur studeras MIMO-system med hjälp av matematiska symboler?

3.Hemligheten med MIMO-kanalen

Ingenjörer älskar att använda matematiska symboler.

Ingenjörer markerade data från de två antennerna på basstationen som X1 och X2, data från mobiltelefonantennerna som Y1 och Y2, de fyra överföringsvägarna var markerade som H11, H12, H21, H22.

Det är lätt att beräkna Y1 och Y2 på detta sätt.Men ibland kan kapaciteten på 2*2 MIMO nå det dubbla av SISO, ibland inte, ibland till och med bli densamma som SISO.Hur förklarar du det?

Detta problem kan förklaras av kanalkorrelationen som vi just nämnde - ju högre korrelation desto svårare är det att särskilja varje överföringsväg på mobilsidan.Om kanalen är densamma blir de två ekvationerna en, så det finns bara ett sätt att överföra det.

Uppenbarligen ligger hemligheten med MIMO-kanalen i bedömningen av överföringsvägens oberoende.Det vill säga, hemligheten ligger i H11, H12, H21 och H22.Ingenjörer förenklar ekvationen enligt följande:

Ingenjörer försökte förenkla H1, H12, H21 och H22, genom några komplexa förändringar, ekvationen och så småningom omvandlas till formeln.

Två ingångar X'1 och X'2, multiplicera λ1 och λ2, du kan få Y'1 och Y'2.Vad betyder värdena för λ1 och λ2?

Det finns en ny matris.En matris med data på endast en diagonal kallas en diagonalmatris.Antalet data som inte är noll på diagonalen kallas matrisens rangordning.I 2*2 MIMO hänvisar det till icke-nollvärdena för λ1 och λ2.

Om rangen är 1 betyder det att 2*2 MIMO-systemet är starkt korrelerat i överföringsutrymme, vilket betyder att MIMO urartar till SISO eller SIMO och kan bara ta emot och sända all data samtidigt.

Om rangordningen är 2, har systemet två relativt oberoende rumsliga kanaler.Den kan skicka och ta emot data samtidigt.

Så, om rangen är 2, är kapaciteten för dessa två överföringskanaler dubbelt så stor som en?Svaret ligger i förhållandet λ1 och λ2, som också kallas det villkorliga talet.

Om det villkorliga talet är 1 betyder det att λ1 och λ2 är samma;de har hög självständighet.Kapaciteten hos 2*2 MIMO-systemet kan nå max.

Om det villkorliga talet är högre än 1 betyder det att λ1 och λ2 är olika.Det finns dock två rumsliga kanaler, och kvaliteten är olika, då kommer systemet att lägga huvudresurserna på kanalen med bättre kvalitet.På detta sätt är 2*2 MIMO-systemkapacitet 1 eller 2 gånger SISO-systemet.

Informationen genereras emellertid under rymdöverföring efter att basstationen sänt data.Hur vet basstationen när den ska skicka en eller två kanaler?

Glöm inte, och det finns inga hemligheter mellan dem.Mobiltelefonen kommer att skicka sitt uppmätta kanaltillstånd, överföringsmatrisens rangordning och förslag på förkodning till basstationen för referens.

Vid det här laget tror jag att vi kan se att MIMO visar sig vara en sådan sak.