- MIMO là gì?
Trong thời đại kết nối này, điện thoại di động, cửa sổ để chúng ta giao tiếp với thế giới bên ngoài, dường như đã trở thành một phần cơ thể của chúng ta.
Nhưng điện thoại di động không thể tự mình lướt internet, mạng liên lạc điện thoại di động đã trở nên quan trọng như nước và điện đối với con người.Khi bạn lướt internet, bạn không cảm thấy tầm quan trọng của những anh hùng hậu trường này.Một khi bạn rời đi, bạn cảm thấy như mình không thể sống được nữa.
Đã có một thời, Internet của điện thoại di động được tính theo lưu lượng truy cập, thu nhập của một người bình thường là vài trăm xu, nhưng 1 MHz cần tiêu một xu.Vì vậy, khi bạn nhìn thấy Wi-Fi, bạn sẽ cảm thấy an toàn.
Hãy xem bộ định tuyến không dây trông như thế nào.
8 ăng-ten, trông giống như những con nhện.
Tín hiệu có thể đi qua hai hoặc nhiều bức tường không?Hay tốc độ internet sẽ tăng gấp đôi?
Những hiệu ứng này có thể đạt được bằng bộ định tuyến và nó đạt được bằng nhiều ăng-ten, công nghệ MIMO nổi tiếng.
MIMO, đó là Đa đầu vào Đa đầu ra.
Thật khó để tưởng tượng điều đó, phải không?Multi-input Multi-output là gì, làm thế nào để ăng-ten có thể đạt được tất cả các hiệu ứng?Khi bạn lướt internet qua cáp mạng, rõ ràng kết nối giữa máy tính và internet là cáp vật lý.Bây giờ hãy tưởng tượng khi chúng ta sử dụng ăng-ten để gửi tín hiệu trong không khí bằng sóng điện từ.Không khí hoạt động giống như một sợi dây nhưng là ảo, một kênh truyền tín hiệu được gọi là kênh không dây.
Vì vậy, làm thế nào bạn có thể làm cho internet nhanh hơn?
Vâng, bạn nói đúng!Nó có thể được giải quyết bằng cách thêm một vài ăng-ten, thêm một vài dây ảo để gửi và nhận dữ liệu.MIMO được thiết kế cho kênh không dây.
Tương tự như bộ định tuyến không dây, trạm gốc 4G và điện thoại di động của bạn cũng đang làm điều tương tự.
Nhờ Công nghệ MIMO được tích hợp chặt chẽ với 4G, chúng ta có thể trải nghiệm tốc độ internet nhanh hơn.Đồng thời, chi phí khai thác di động đã giảm đáng kể;chúng ta có thể chi tiêu ít hơn để trải nghiệm tốc độ internet nhanh hơn và không giới hạn.Giờ đây, cuối cùng chúng ta cũng có thể thoát khỏi sự phụ thuộc vào Wi-Fi và lướt internet mọi lúc.
Bây giờ, hãy để tôi giới thiệu MIMO là gì?
2.Phân loại MIMO
Trước hết, MIMO mà chúng tôi đã đề cập trước đó đề cập đến sự gia tăng đáng kể tốc độ mạng khi tải xuống.Đó là bởi vì, hiện tại, chúng tôi có nhu cầu tải xuống mạnh mẽ hơn nhiều.Hãy nghĩ về nó, bạn có thể tải xuống hàng chục video GHz nhưng tải lên chủ yếu chỉ vài MHz.
Vì MIMO được gọi là nhiều đầu vào và nhiều đầu ra, nên nhiều đường truyền được tạo bởi nhiều ăng-ten.Tất nhiên, không chỉ trạm gốc hỗ trợ truyền nhiều ăng-ten mà điện thoại di động cũng cần đáp ứng khả năng thu nhiều ăng-ten.
Hãy kiểm tra bản vẽ đơn giản sau: (Trên thực tế, ăng-ten của trạm gốc rất lớn và ăng-ten của điện thoại di động thì nhỏ và ẩn. Nhưng ngay cả khi có các khả năng khác nhau, chúng vẫn ở cùng một vị trí liên lạc.)
Theo số lượng ăng-ten của trạm gốc và điện thoại di động, có thể chia thành bốn loại: SISO, SIMO, MISO và MIMO.
SISO: Đầu vào đơn và Đầu ra đơn
SIMO: Một đầu vào và Nhiều đầu ra
MISO: Nhiều đầu vào và một đầu ra
MIMO: Nhiều đầu ra và Nhiều đầu ra
Hãy bắt đầu với SISO:
Dạng đơn giản nhất có thể được định nghĩa theo thuật ngữ MIMO là SISO – Đầu vào đơn Đầu ra đơn.Máy phát này hoạt động với một ăng-ten làm máy thu.Không có sự đa dạng và không cần xử lý bổ sung.
Có một ăng-ten cho trạm gốc và một cho điện thoại di động;chúng không can thiệp lẫn nhau—đường truyền giữa chúng là kết nối duy nhất.
Không có nghi ngờ rằng một hệ thống như vậy là rất mong manh, là một con đường nhỏ.Mọi tình huống bất ngờ sẽ trực tiếp đe dọa đến thông tin liên lạc.
SIMO tốt hơn vì khả năng bắt sóng của điện thoại được nâng cao.
Như bạn có thể thấy, điện thoại di động không thể thay đổi môi trường không dây, vì vậy nó tự thay đổi – điện thoại di động tự thêm ăng-ten vào chính nó.
Bằng cách này, tin nhắn được gửi từ trạm gốc có thể đến điện thoại di động theo hai cách!Chỉ là cả hai đều đến từ cùng một ăng-ten tại trạm gốc và chỉ có thể gửi cùng một dữ liệu.
Do đó, sẽ không thành vấn đề nếu bạn mất một số dữ liệu trên mỗi tuyến đường.Miễn là điện thoại có thể nhận một bản sao từ bất kỳ đường dẫn nào, mặc dù dung lượng tối đa không đổi trên mỗi đường dẫn, xác suất nhận dữ liệu thành công sẽ tăng gấp đôi.Điều này còn được gọi là nhận đa dạng.
MISO là gì?
Nói cách khác, điện thoại di động vẫn có một ăng-ten và số lượng ăng-ten trong trạm gốc được tăng lên hai.Trong trường hợp này, cùng một dữ liệu được truyền từ hai ăng-ten của máy phát.Và ăng-ten máy thu sau đó có thể nhận được tín hiệu tối ưu và dữ liệu chính xác.
Ưu điểm của việc sử dụng MISO là nhiều ăng-ten và dữ liệu được chuyển từ máy thu sang máy phát.Trạm cơ sở vẫn có thể gửi cùng một dữ liệu theo hai cách;không thành vấn đề nếu bạn mất một số dữ liệu;giao tiếp có thể tiến hành bình thường.
Mặc dù dung lượng tối đa vẫn giữ nguyên nhưng tỷ lệ liên lạc thành công đã tăng gấp đôi.Phương pháp này còn được gọi là phân tập phát.
Cuối cùng, hãy nói về MIMO.
Có nhiều hơn một ăng-ten ở hai đầu của liên kết vô tuyến và điều này được gọi là MIMO –Multiple Input Multiple Output.MIMO có thể được sử dụng để cung cấp các cải tiến về cả độ bền của kênh cũng như thông lượng của kênh.Trạm cơ sở và phía di động đều có thể sử dụng hai ăng-ten để gửi và nhận độc lập, và điều đó có nghĩa là tốc độ được tăng gấp đôi?
Bằng cách này, có bốn tuyến truyền dẫn giữa trạm cơ sở và điện thoại di động, điều này có vẻ phức tạp hơn rất nhiều.Nhưng để chắc chắn, vì trạm gốc và phía điện thoại di động đều có 2 ăng-ten, nó có thể gửi và nhận hai dữ liệu cùng một lúc.Vậy dung lượng tối đa của MIMO tăng bao nhiêu so với một đường dẫn?Từ phân tích trước đây về SIMO và MISO, có vẻ như dung lượng tối đa phụ thuộc vào số lượng ăng-ten ở cả hai bên.
Các hệ thống MIMO nói chung là A*B MIMO;A có nghĩa là số lượng ăng-ten của trạm gốc, B có nghĩa là số lượng ăng-ten của điện thoại di động.Hãy nghĩ về 4*4 MIMO và 4*2 MIMO.Bạn nghĩ công suất nào lớn hơn?
4*4 MIMO có thể gửi và nhận đồng thời 4 kênh và dung lượng tối đa của nó có thể đạt gấp 4 lần so với hệ thống SISO.4*2 MIMO chỉ có thể đạt 2 lần hệ thống SISO.
Điều này sử dụng nhiều ăng-ten và các đường truyền khác nhau trong không gian ghép kênh để gửi song song nhiều bản sao dữ liệu khác nhau để tăng dung lượng được gọi là ghép kênh phân chia không gian.
Vì vậy, khả năng truyền tải tối đa trong hệ thống MIMO?Hãy đến với thử nghiệm.
Chúng tôi vẫn lấy trạm thu phát sóng và điện thoại di động có 2 ăng-ten làm ví dụ.Đường truyền giữa chúng sẽ như thế nào?
Như bạn có thể thấy, bốn con đường đi qua cùng một sự mờ dần và nhiễu, và khi dữ liệu đến điện thoại di động, chúng không còn phân biệt được với nhau.Đây không phải là giống như một con đường sao?Tại thời điểm này, hệ thống 2*2 MIMO không giống với hệ thống SISO?
Theo cách tương tự, hệ thống 2*2 MIMO có thể thoái hóa thành SIMO, MISO và các hệ thống khác, điều đó có nghĩa là ghép kênh phân chia không gian bị giảm xuống phân tập truyền hoặc phân tập nhận, kỳ vọng của trạm gốc cũng bị suy giảm từ việc theo đuổi tốc độ cao thành đảm bảo tỷ lệ nhận thành công.
Và các hệ thống MIMO được nghiên cứu bằng cách sử dụng các ký hiệu toán học như thế nào?
3.Bí mật của kênh MIMO
Các kỹ sư thích sử dụng các ký hiệu toán học.
Các kỹ sư đánh dấu dữ liệu từ 2 ăng-ten trên trạm phát là X1 và X2, dữ liệu từ ăng-ten của điện thoại di động là Y1 và Y2, 4 đường truyền được đánh dấu là H11, H12, H21, H22.
Thật dễ dàng để tính toán Y1 và Y2 theo cách này.Nhưng có lúc dung lượng của 2*2 MIMO có thể đạt gấp đôi SISO, có lúc không, thậm chí có lúc bằng SISO.bạn giải thích nó như thế nào?
Vấn đề này có thể giải thích bằng tương quan kênh mà chúng ta vừa đề cập—tương quan càng cao thì càng khó phân biệt từng đường truyền ở phía di động.Nếu kênh giống nhau, thì hai phương trình trở thành một, vì vậy chỉ có một cách để truyền nó.
Rõ ràng, bí mật của kênh MIMO nằm ở phán đoán về tính độc lập của đường truyền.Tức là bí mật nằm ở H11, H12, H21, H22.Các kỹ sư đơn giản hóa phương trình như sau:
Các kỹ sư đã cố gắng đơn giản hóa H1, H12, H21 và H22, thông qua một số thay đổi phức tạp, phương trình và cuối cùng được chuyển đổi thành công thức.
Hai đầu vào X'1 và X'2, nhân λ1 và λ2, bạn có thể nhận được Y'1 và Y'2.Giá trị của λ1 và λ2 có ý nghĩa gì?
Có một ma trận mới.Ma trận chỉ có dữ liệu trên một đường chéo được gọi là ma trận đường chéo.Số dữ liệu khác 0 trên đường chéo được gọi là hạng của ma trận.Trong 2*2 MIMO, nó đề cập đến các giá trị Khác không của λ1 và λ2.
Nếu xếp hạng là 1, điều đó có nghĩa là hệ thống 2*2 MIMO có tương quan cao trong không gian truyền dẫn, nghĩa là MIMO suy biến thành SISO hoặc SIMO và chỉ có thể nhận và truyền tất cả dữ liệu cùng một lúc.
Nếu hạng là 2, thì hệ thống có hai kênh không gian tương đối độc lập.Nó có thể gửi và nhận dữ liệu cùng một lúc.
Vậy nếu đồng hạng là 2 thì dung lượng 2 kênh truyền này có gấp đôi 1 kênh không?Câu trả lời nằm ở tỷ lệ của λ1 và λ2, còn được gọi là số điều kiện.
Nếu số điều kiện là 1, có nghĩa là λ1 và λ2 giống nhau;họ có tính độc lập cao.Dung lượng của hệ thống 2*2 MIMO có thể đạt mức tối đa.
Nếu số điều kiện cao hơn 1, điều đó có nghĩa là λ1 và λ2 khác nhau.Tuy nhiên, có hai kênh không gian và chất lượng khác nhau, khi đó hệ thống sẽ dồn tài nguyên chính vào kênh có chất lượng tốt hơn.Bằng cách này, dung lượng hệ thống 2*2 MIMO gấp 1 hoặc 2 lần dung lượng của hệ thống SISO.
Tuy nhiên, thông tin được tạo ra trong quá trình truyền không gian sau khi trạm gốc gửi dữ liệu.Làm thế nào để trạm cơ sở biết khi nào nên gửi một kênh hoặc hai kênh?
Đừng quên, và không có bí mật nào giữa họ.Điện thoại di động sẽ gửi trạng thái kênh được đo, thứ hạng của ma trận truyền và các đề xuất mã hóa trước tới trạm cơ sở để tham khảo.
Tại thời điểm này, tôi nghĩ chúng ta có thể thấy rằng MIMO hóa ra lại là một thứ như vậy.
Thời gian đăng: 20-04-2021