Qu'est-ce que MIMO ?

1.   Qu'est-ce que MIMO ?

En cette ère d'interconnexion, les téléphones portables, en tant que fenêtre nous permettant de communiquer avec le monde extérieur, semblent être devenus une partie de notre corps.

Mais le téléphone mobile ne peut pas surfer sur Internet tout seul, le réseau de communication du téléphone mobile est devenu aussi important que l'eau et l'électricité pour les êtres humains.Lorsque vous surfez sur Internet, vous ne ressentez pas l'importance de ces héros des coulisses.Une fois parti, on a l'impression de ne plus pouvoir vivre.

Il fut un temps, l'Internet des téléphones portables était facturé par le trafic, le revenu moyen d'une personne est de quelques centaines de pièces, mais 1 MHz nécessite de dépenser une pièce.Ainsi, lorsque vous voyez le Wi-Fi, vous vous sentirez en sécurité.

Voyons à quoi ressemble un routeur sans fil.

8 antennes, on dirait des araignées.

Le signal peut-il traverser deux murs ou plus ?Ou la vitesse d'Internet doublera-t-elle ?

Ces effets peuvent être obtenus par un routeur, et cela est obtenu avec de nombreuses antennes, la fameuse technologie MIMO.

MIMO, qui est multi-entrée multi-sortie.

C'est difficile à imaginer, n'est-ce pas ?Qu'est-ce que Multi-input Multi-output, comment les antennes peuvent-elles obtenir tous les effets ?Lorsque vous surfez sur Internet via un câble réseau, la connexion entre l'ordinateur et Internet est évidemment un câble physique.Imaginons maintenant que nous utilisions des antennes pour envoyer des signaux dans l'air à l'aide d'ondes électromagnétiques.L'air agit comme un fil mais est virtuel, un canal de transmission de signaux appelé canal sans fil.

Alors, comment rendre Internet plus rapide ?

Oui, tu as raison!Il peut être résolu par quelques antennes supplémentaires, quelques fils virtuels supplémentaires pour envoyer et recevoir des données.MIMO est conçu pour le canal sans fil.

Comme les routeurs sans fil, la station de base 4G et votre téléphone portable font la même chose.

Grâce à la technologie MIMO, qui est étroitement intégrée à la 4G, nous pouvons profiter de la vitesse plus rapide d'Internet.Simultanément, le coût des opérateurs de téléphonie mobile a considérablement diminué ;nous pouvons dépenser moins pour profiter d'une vitesse Internet plus rapide et illimitée.Maintenant, nous pouvons enfin nous débarrasser de notre dépendance au Wi-Fi et surfer sur Internet tout le temps.

Maintenant, permettez-moi de vous présenter ce qu'est MIMO ?

2.Classement MIMO

Tout d'abord, le MIMO que nous avons mentionné précédemment fait référence à l'augmentation significative de la vitesse du réseau lors du téléchargement.C'est parce que, pour l'instant, nous avons une demande beaucoup plus forte pour les téléchargements.Pensez-y, vous pouvez télécharger des dizaines de vidéos GHz mais ne télécharger que quelques MHz.

Étant donné que MIMO est appelé entrées multiples et sorties multiples, plusieurs voies de transmission sont créées par plusieurs antennes.Bien sûr, non seulement la station de base prend en charge la transmission à plusieurs antennes, mais le téléphone mobile doit également répondre à la réception à plusieurs antennes.

Vérifions le dessin simple suivant : (En fait, l'antenne de la station de base est énorme et l'antenne du téléphone portable est minuscule et cachée. Mais même avec des capacités différentes, elles se trouvent dans les mêmes positions de communication.)

Selon le nombre d'antennes de la station de base et des téléphones mobiles, il peut être divisé en quatre types : SISO, SIMO, MISO et MIMO.

SISO : entrée unique et sortie unique

SIMO : entrée unique et sorties multiples

MISO : entrée multiple et sortie unique

MIMO : sorties multiples et sorties multiples

Commençons par le SISO :

La forme la plus simple peut être définie en termes MIMO comme SISO - Single Input Single Output.Cet émetteur fonctionne avec une antenne comme récepteur.Il n'y a pas de diversité et aucun traitement supplémentaire n'est requis.

Il y a une antenne pour la station de base et une pour le téléphone mobile ;ils n'interfèrent pas les uns avec les autres - le chemin de transmission entre eux est la seule connexion.

Il ne fait aucun doute qu'un tel système est très fragile, est une petite route.Toute situation inattendue constituera une menace directe pour les communications.

SIMO est meilleur car la réception du téléphone est améliorée.

Comme vous pouvez le voir, le téléphone portable ne peut pas modifier l'environnement sans fil, il se modifie donc lui-même - le téléphone portable s'ajoute une antenne.

De cette façon, le message envoyé depuis la station de base peut atteindre le téléphone portable de deux manières !C'est juste qu'ils proviennent tous les deux de la même antenne à la station de base et ne peuvent envoyer que les mêmes données.

Par conséquent, peu importe si vous perdez des données sur chaque itinéraire.Tant que le téléphone peut recevoir une copie de n'importe quel chemin, même si la capacité maximale reste la même sur chaque route, la probabilité de recevoir des données avec succès double.Ceci est également appelé diversité de réception.

Qu'est-ce que MISO ?

En d'autres termes, le téléphone mobile a toujours une antenne et le nombre d'antennes dans la station de base est porté à deux.Dans ce cas, les mêmes données sont transmises depuis les deux antennes émettrices.Et l'antenne réceptrice est alors capable de recevoir le signal optimal et les données exactes.

L'avantage d'utiliser MISO est que les multiples antennes et les données sont déplacées du récepteur vers l'émetteur.La station de base peut toujours envoyer les mêmes données de deux manières ;peu importe si vous perdez des données ;la communication peut se dérouler normalement.

Bien que la capacité maximale reste la même, le taux de réussite de la communication a doublé.Cette méthode est également appelée diversité de transmission.

Enfin, parlons du MIMO.

Il y a plus d'une antenne à chaque extrémité de la liaison radio, et cela s'appelle MIMO - Multiple Input Multiple Output.MIMO peut être utilisé pour améliorer à la fois la robustesse du canal et le débit du canal.La station de base et le côté mobile peuvent tous deux utiliser deux antennes pour envoyer et recevoir indépendamment, et cela signifie que la vitesse est doublée ?

De cette manière, il existe quatre voies de transmission entre la station de base et le téléphone mobile, ce qui semble être beaucoup plus compliqué.Mais pour être sûr, parce que la station de base et le côté téléphone mobile ont tous deux 2 antennes, il peut envoyer et recevoir deux données simultanément.Alors, de combien la capacité maximale MIMO augmente-t-elle par rapport à un chemin ?D'après l'analyse précédente de SIMO et MISO, il semble que la capacité maximale dépende du nombre d'antennes des deux côtés.

Les systèmes MIMO sont généralement comme A*B MIMO ;A signifie le nombre d'antennes de la station de base, B signifie le nombre d'antennes de téléphonie mobile.Pensez à 4*4 MIMO et 4*2 MIMO.Que pensez-vous quelle capacité est plus grande?

4*4 MIMO peut envoyer et recevoir 4 canaux simultanément, et sa capacité maximale peut atteindre 4 fois celle du système SISO.4*2 MIMO ne peut atteindre que 2 fois le système SISO.

Cette utilisation de plusieurs antennes et de différents chemins de transmission dans l'espace de multiplexage pour envoyer plusieurs copies de différentes données en parallèle afin d'augmenter la capacité est appelée multiplexage spatial.

Alors, peut la capacité de transmission maximale dans le système MIMO ?Venons-en au test.

Nous prenons toujours comme exemple la station de base et le téléphone portable avec 2 antennes.Quel serait le chemin de transmission entre eux ?

Comme vous pouvez le voir, les quatre chemins traversent les mêmes évanouissements et interférences, et lorsque les données atteignent le téléphone mobile, ils ne peuvent plus se distinguer.N'est-ce pas la même chose qu'un chemin ?A l'heure actuelle, le système 2*2 MIMO n'est pas le même que le système SISO ?

De la même manière, le système MIMO 2 * 2 peut dégénérer en SIMO, MISO et d'autres systèmes, ce qui signifie que le multiplexage par répartition spatiale est réduit à la diversité de transmission ou à la diversité de réception, l'attente de la station de base a également dégénéré de la poursuite de la haute vitesse à assurer le taux de réussite de la réception.

Et comment les systèmes MIMO sont-ils étudiés à l'aide de symboles mathématiques ?

3.Le secret du canal MIMO

Les ingénieurs adorent utiliser des symboles mathématiques.

Les ingénieurs ont marqué les données des deux antennes de la station de base comme X1 et X2, les données des antennes de téléphonie mobile comme Y1 et Y2, les quatre voies de transmission ont été marquées comme H11, H12, H21, H22.

Il est facile de calculer Y1 et Y2 de cette manière.Mais parfois, la capacité de 2*2 MIMO peut atteindre le double de SISO, parfois ne peut pas, parfois même devenir la même que SISO.Comment l'expliquez-vous ?

Ce problème peut s'expliquer par la corrélation de canaux que nous venons d'évoquer : plus la corrélation est élevée, plus il est difficile de distinguer chaque chemin de transmission côté mobile.Si le canal est le même, alors les deux équations deviennent une, donc il n'y a qu'une seule façon de le transmettre.

Évidemment, le secret du canal MIMO réside dans le jugement de l'indépendance du chemin de transmission.Autrement dit, le secret réside dans H11, H12, H21 et H22.Les ingénieurs simplifient l'équation comme suit :

Les ingénieurs ont essayé de simplifier les H1, H12, H21 et H22, à travers quelques changements complexes, l'équation et finalement convertis en formule.

Deux entrées X'1 et X'2, multipliez les λ1 et λ2, vous obtenez Y'1 et Y'2.Que signifient les valeurs de λ1 et λ2 ?

Il y a une nouvelle matrice.Une matrice avec des données sur une seule diagonale est appelée une matrice diagonale.Le nombre de données non nulles sur la diagonale est appelé le rang de la matrice.En 2*2 MIMO, il fait référence aux valeurs non nulles de λ1 et λ2.

Si le rang est 1, cela signifie que le système MIMO 2*2 est fortement corrélé dans l'espace de transmission, ce qui signifie que MIMO dégénère en SISO ou SIMO et ne peut recevoir et transmettre toutes les données qu'en même temps.

Si le rang est 2, alors le système a deux canaux spatiaux relativement indépendants.Il peut envoyer et recevoir des données en même temps.

Donc, si le rang est 2, la capacité de ces deux canaux de transmission est-elle le double de celle d'un seul ?La réponse réside dans le rapport de λ1 et λ2, également appelé nombre conditionnel.

Si le nombre conditionnel est 1, cela signifie que λ1 et λ2 sont identiques ;ils ont une grande indépendance.La capacité du système 2*2 MIMO peut atteindre le maximum.

Si le nombre conditionnel est supérieur à 1, cela signifie que λ1 et λ2 sont différents.Cependant, il existe deux canaux spatiaux et la qualité est différente, alors le système mettra les principales ressources sur le canal avec une meilleure qualité.De cette façon, la capacité du système 2*2 MIMO est 1 ou 2 fois celle du système SISO.

Cependant, les informations sont générées pendant la transmission spatiale après que la station de base a envoyé les données.Comment la station de base sait-elle quand envoyer un canal ou deux canaux ?

N'oubliez pas, et il n'y a pas de secrets entre eux.Le téléphone mobile enverra son état de canal mesuré, le rang de la matrice de transmission et des suggestions de précodage à la station de base pour référence.

À ce stade, je pense que nous pouvons voir que MIMO s'avère être une telle chose.