في البث الراديوي, المدخلات المتعددة والمخرجات المتعددة multiple-input and multiple-output, أوMIMO //), هي طريقة لمضاعفة سعة الوصلة الراديوية باستخدام هوائيات الإرسال والاستقبال المتعدد لاستغلال انتشار متعدد المسارات. أصبحت MIMO عنصراً أساسيًا في معايير الاتصالات اللاسلكية بما في ذلك IEEE 802.11n (Wi-Fi) ، IEEE 802.11ac (Wi-Fi) ، HSPA + (3G) ، WiMAX (4G) و التطور طويل الأمد (4G LTE). في الآونة الأخيرة ، تم تطبيق MIMO على اتصالات خط الكهرباء للهجريبات ذات الثلاثة أسلاك كجزء من معيار الاتحاد G.hn ومواصفات HomePlug AV2.

في وقت ما ، يشير مصطلح "MIMO" في اللاسلكية إلى استخدام هوائيات متعددة عند المرسل والمستقبل. في الاستخدام الحديث ، تشير "MIMO" بشكل خاص إلى تقنية عملية لإرسال واستقبال أكثر من إشارة بيانات واحدة في نفس الوقت عبر نفس القناة الراديوية من خلال استغلال الانتشار متعدد المسارات. يختلف MIMO بشكل أساسي عن تقنيات الهوائيات الذكية التي تم تطويرها لتحسين أداء إشارة بيانات واحدة ، مثل تشكيل الحزم و الاختلاف.

التاريخ

الأبحاث المبكرة

غالبًا ما يتم تتبع MIMO إلى السبعينيات من القرن الماضي ، وأوراق بحثية تتعلق بأنظمة الإرسال الرقمي متعدد القنوات والتداخل (الحديث الاعتراضي) بين أزواج الأسلاك في حزمة كبل: AR كاي وDA جورج (1970), براندنبورگ وونر (1974), وW. ڤان إتن(1975, 1976). على الرغم من حتى هذه ليست أمثلة على استغلال الانتشار متعدد المسارات لإرسال تيارات معلومات متعددة ، فقد أثبتت بعض التقنيات الرياضية للتعامل مع التداخل المتبادل أنها مفيدة لتطوير MIMO. في منتصف الثمانينيات ، قام جاك سالز في مختبرات Bell بخطوة أخرى ، حيث قام بدراسة في أنظمة متعددة المستخدمين تعمل عبر "شبكات خطية متداخلة مع مصادر ضوضاء إضافية" مثل تعدد الإرسال بتقسيم الزمن وأنظمة راديوثنائية الاستقطاب.

تم تطوير طرق لتحسين أداء الشبكات الراديوية الخلوية وتمكين إعادة استخدام التردد بقوة أكبر في أوائل التسعينات. الوصول المتعدد بتقسيم المساحة (SDMA) يستخدم هوائيات اتجاهية أوذكية للتواصل على نفس التردد مع المستخدمين في مواقع مختلفة داخل نطاق نفس المحطة الأساسية. تم اقتراح نظام SDMA بواسطة ريتشارد روي وبيورن أوترستن ، الباحثين في ArrayComm ، في عام 1991. وهي براءة اختراعهم الأمريكية (رقم 5515378 الصادرة في عام 1996) يصف طريقة لزيادة السعة باستخدام "مصفوفة من هوائيات الاستقبال في المحطة الأساسية" مع "تعدد المستخدمين عن بعد".

الاختراع

اقترح جميع من آروگيسوامي پولراج وتوماس كيلث تقنية تعدد الإرسال العكسي القائمة على SDMA في عام 1993. وهي براءة اختراعهم الأمريكية (رقم 5345599 الصادرة في 1994) حيث وصفا طريقة للبث بمعدلات بيانات عالية عن طريق تقسيم إشارة ذات معدل مرتفع "إلى عدة إشارات ذات معدل منخفض" ليتم إرسالها من "أجهزة إرسال منفصلة مكانيًا" واستعادتها بواسطة مصفوفة هوائية الاستقبال بناءً على الاختلافات في "اتجاهات الوصول" ". حصل پولراج على جائزة ماركوني المرموقة في عام 2014 عن "مساهماته الرائدة في تطوير نظرية وتطبيقات هوائيات MIMO. ... عن فكرته في استخدام هوائيات متعددة في جميع من محطات الإرسال والاستقبال - التي هي في صميم القلب أحدث أنظمة WiFi المحمولة عالية السرعة و4G - أالتي حدثت ثورة في الاتصالات اللاسلكية عالية السرعة."

في ورقة أبريل 1996 وبراءة الاختراع اللاحقة ، اقترح كريگ رالي أنه يمكن استغلال الانتشار متعدد المسارات الطبيعي لإرسال تيارات معلومات متعددة ومستقلة باستخدام هوائيات مشهجرة في المسقط ومعالجة إشارات متعددة الأبعاد. كما حددت الورقة الحلول العملية للتشكيل (MIMO-OFDM) والتشفير والتزامن وتخمين القناة. في وقت لاحق من ذلك العام (سبتمبر 1996) ، قدم جيرارد ج. فوشيني ورقة اقترحت أيضًا أنه من الممكن مضاعفة سعة الارتباط اللاسلكي باستخدام ما وصفه المؤلف بأنه "بنية الزمكان ذات الطبقات".

أسس كريگ رالي ، في. ك. جونز ، ومايكل پولاك كلاريتي اللاسلكية في عام 1996 ، وقاموا ببناء واختبار ميداني لنظام MIMO النموذجي. استحوذت أنظمة سيسكوعلى كلاريتي اللاسلكية في عام 1998. قامت مختبرات بل ببناء نموذج أولي للمختبر يوضح تقنية V-BLAST (مختبرات بل العمودية ذات طبقات الزمكان) في عام 1998. أسس آروگيسوامي پولراج شركة إيوسپان اللاسلكية في أواخر عام 1998 لتطوير منتجات MIMO-OFDM. واستحوذت إنتل على إيوسپان في عام 2003. لم يتم ترويج V-BLAST مطلقًا ، ولم تقم كلاريتي اللاسلكية ولا إيوسپان اللاسلكية بشحن منتجات MIMO-OFDM قبل الحصول عليها.

المعايير والترويج التجاري

تم توحيد تقنية MIMO لشبكات LAN اللاسلكية ولشبكات الهاتف المحمول 3G ولشبكات الهاتف المحمول 4G وهي الآن قيد الاستخدام التجاري على نطاق واسع. أسس جريج رالي وڤي. كي. جونز شبكات إيرگوفي عام 2001 لتطوير شرائح MIMO-OFDM لشبكات LAN اللاسلكية. أنشأ معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) مجموعة مهام في أواخر عام 2003 لتطوير معيار شبكة LAN اللاسلكية الذي يوفر ما لا يقل عن 100 Mbit/s من إنتاجية بيانات المستخدم. كان هناك اقتراحان رئيسيان متنافسان: تم دعم TGn Sync من قبل شركات بما في ذلك إنتل وفلپس ، وتم دعم WWiSE من قبل الشركات بما في ذلك شبكات إيرگوويرودكوم وتكساس أنسترمنتس. اتفقت المجموعتان على حتى معيار 802.11n سيعتمد على MIMO-OFDM بخيارات قناة 20 MHz و40 MHz . TGn Sync, WWiSE, وتم دمج اقتراح ثالث (MITMOT ، مدعوم من موتورلا ومتسوبيشي) لإنشاء ما كان يسمى الاقتراح المشهجر. في عام 2004 ، أصبحت شركة إيرگوأول شركة تقوم بشحن منتجات MIMO-OFDM. استحوذت شركة كوالكوم على شركة شبكات إيرگوفي أواخر عام 2006. دعم معيار 802.11n النهائي بسرعة تصل إلى 600 Mbit/s (باستخدام أربعة تدفقات بيانات متزامنة) وتم نشره في أواخر عام 2009.

أسس سوريندرا بابومانداڤا وأروگيسوامي پولراج بكيم للاتصالات في عام 2004 لإنتاج شرائح MIMO-OFDM لـ WiMAX. استحوذت شركة برودكوم على الشركة في عام 2010. تم تطوير WiMAX كبديل للمعايير الخلوية ، وهويعتمد على معيار 802.16e ، ويستخدم MIMO-OFDM لتقديم سرعات تصل إلى 138 Mbit/s. يتيح معيار 802.16m الأكثر تقدمًا سرعات تنزيل تصل إلى 1 Gbit/s.تم بناء شبكة WiMAX على الصعيد الوطني في الولايات المتحدة بواسطة كليرواير ، وهي شركة تابعة لـ Sprint-Nextel ، تغطي 130 مليون نقاط حضور (PoP) بحلول منتصف عام 2012. أعرب Sprint بعد ذلك عن خطط لنشر LTE (معيار 4G الخلوي) الذي يغطي 31 مدينة بحلول منتصف 2013 وإغلاق شبكة WiMAX بنهاية 2015.

تم اقتراح المعيار الخلوي 4G الأول بواسطة NTT DoCoMo في عام 2004. يعتمد التطور طويل الأمد (LTE) على MIMO-OFDM ويستمر تطويره بواسطة مشروع شراكة الجيل الثالث (3GPP). تحدد LTE معدلات الوصلة الهابطة حتى 300 Mbit/s ، ومعدلات الاتصال حتى 75 Mbit/s ، وجودة مفهمات الخدمة مثل الكمون المنخفض.يضيف LTE المتقدمة دعمًا لخلايا پيكو، وفيمتو، والقنوات متعددة الأمواج بعرض يصل إلى 100 MHz تم تبني LTE من قبل مشغلي GSM / UMTS وCDMA.

تم إطلاق خدمات LTE الأولى في أوسلووستوكهولم بواسطة تليا سونيرا في عام 2009.يوجد حاليًا أكثر من 360 شبكة LTE في 123 دولة تعمل مع ما يقرب من 373 مليون (جهاز) اتصال.

الوظائف

يمكن تقسيم MIMO فرعيًا إلى ثلاث فئات رئيسية: التشفير المسبق ، تعدد الإرسال المكاني (SM) ، و تشفير الاختلاف.

الترميز تعبير عن دفق متعدد تشكيل الشعاع ، في أضيق تعريف. بعبارات أكثر عمومية ، تعتبر جميع معالجة مكانية تحدث عند المرسل. في تشكيل الحزمة (دفق واحد) ، تنبعث نفس الإشارة من جميع هوائي للإرسال مع طور مناسب وترجيح الكسب بحيث يتم زيادة قدرة الإشارة إلى أقصى حد عند ولج المستقبل. تتمثل فوائد تشكيل الحزمة في زيادة كسب الإشارة المستقبلة - عن طريق جعل الإشارات المنبعثة من هوائيات مختلفة تتجمع بشكل بناء - وتقليل تأثير الخبومتعدد المسارات. في انتشار خط البصر ، ينتج عن تشكيل الحزمة نمط اتجاهي محدد جيدًا. ومع ذلك ، فإن الحزم التقليدية ليست تشابهًا جيدًا في الشبكات الخلوية ، والتي تتميز بشكل رئيسي بـ الانتشار متعدد المسارات. عندماقد يكون للمستقبل هوائيات متعددة ، لا يمكن لتشكيل حزمة الإرسال زيادة مستوى الإشارة في وقت واحد إلى أقصى حد في جميع هوائيات الاستقبال ، ويكون التشفير المسبق مع تدفقات متعددة مفيدًا في كثير من الأحيان. لاحظ حتى التشفير المسبق يحتاج فهم معلومات حالة القناة (CSI) عند المرسل والمستقبل .

يتطلب تعدد الإرسال المكاني تكوين هوائي MIMO. في تعدد الإرسال المكاني, تنقسم الإشارة ذات المعدل العالي إلى تيارات متعددة بمعدل منخفض ويتم إرسال جميع تيار من هوائي إرسال مختلف في نفس قناة التردد. إذا وصلت هذه الإشارات إلى مصفوفة هوائي جهاز الاستقبال بتوقيعات مكانية مختلفة بما فيه الكفاية وكان جهاز الاستقبال يحتوي على CSI دقيقة ، فيمكنه فصل هذه التيارات إلى قنوات متوازية (تقريبًا). يعد تعدد الإرسال المكاني تقنية قوية للغاية لزيادة سعة القناة عند نسب إشارة إلى ضجيج أعلى (SNR). الحد الأقصى لعدد التدفقات المكانية محدود بواسطة عدد أقل من الهوائيات عند المرسل أوالمستقبل. يمكن استعمال تعدد الإرسال المكاني بدون CSI في جهاز الإرسال ، ولكن يمكن دمجه مع التشفير المسبق إذا كان CSI متوفراً. يمكن أيضًا استخدام تعدد الإرسال المكاني للإرسال المتزامن إلى أجهزة استقبال متعددة ، تُعهد باسم الوصول المتعدد بتقسيم المساحة أوMIMO متعدد المستخدمين ، وفي هذه الحالة تكون CSI مطلوبة عند جهاز الإرسال. إذا جدولة المستقبلات ذات التوقيعات المكانية المتنوعة تسمح بفصل جيد.

يتم استخدام تقنيات ترميز الاختلاف عند عدم وجود معلومات عن القناة في جهاز الإرسال. في أساليب الاختلاف ، يتم إرسال قطار واحد (على عكس تيارات متعددة في تعدد الإرسال المكاني) ، ولكن يتم ترميز الإشارة باستخدام تقنيات تسمى تشفير الزمكان. تنبعث الإشارة من جميع هوائي للإرسال مع تشفير متعامد تام أوشبه. يستغل تشفير الاختلاف التلاشي المستقل في روابط الهوائي المتعددة لتعزيز تنوع الإشارة. نظرًا لعدم وجود فهم بالقناة ، لا يوجد تشكيل الحزمة أوكسب مصفوفي من تشفير الاختلاف. يمكن دمج تشفير الاختلاف مع تعدد الإرسال المكاني عندما تتوفر بعض المعلومات عن القناة في المستقبل.

الانواع

الأنواع متعددة الهوائيات

تم تطوير تقنية MIMO (أوMIMO مستخدم واحد) متعدد الهوائي وتطبيقها في بعض المعايير ، على سبيل المثال ، منتجات 802.11n.

• SISO / SIMO / MISO حالات خاصة لـ MIMO
  • تعد المدخلات المتعددة والمخرجات الأحادية (MISO) حالة خاصة عندماقد يكون لجهاز الاستقبال هوائي واحد.
  • يعد الإدخال الفردي والإخراج المتعدد (SIMO) حالة خاصة عندماقد يكون لجهاز الإرسال هوائي واحد.
  • إخراج أحادي المدخلات (SISO) هونظام راديوتقليدي حيث لا يوجد جهاز إرسال أواستقبال لهوائي متعدد.
• تقنيات MIMO الرئيسية للمستخدم الواحد
  • مختبرات بل الطبقات الزمكانية (BLAST) ، جيرارد. جيه فوشيني (1996)
  • التحكم في معدل الهوائي (PARC) ، ڤاراناسي ، گيس (1998) ، تشنگ ، وانگ ، لوزانو(2001)
  • التحكم في معدل الانتقاء لكل هوائي (SPARC) ، إركسون (2004)
• بعض القيود
  • تم تحديد تباعد الهوائي المادي ليكون ؛ الطول الموجي المتعدد في المحطة الأساسية كبيراً. إذا فصل الهوائي عند جهاز الاستقبال مقيّد بشدة في الأجهزة المحمولة ، على الرغم من حتى تصميم الهوائي وتقنيات الخوارزمية المتقدمة قيد المناقشة. راجع: MIMO متعدد المستخدمين

الأنواع متعددة المستخدم

في الآونة الأخيرة ، ظهرت نتائج الأبحاث حول تكنولوجيا MIMO متعددة المستخدمين. في حين حتى MIMO الكامل متعدد المستخدمين (أوشبكة MIMO) يمكن حتىقد يكون له إمكانات أعلى ، عمليًا ، فإن البحث في تقنية MIMO (الجزئية) متعددة المستخدمين (أوMIMO متعدد المستخدمين ومتعدد الهوائي) أكثر نشاطًا.

• MIMO متعدد المستخدمين (MU-MIMO)
  • في المعايير الحديثة 3GPP وWiMAX ، يتم التعامل مع MU-MIMO كواحدة من التقنيات المرشحة التي يمكن اعتمادها في المواصفات من قبل عدد من الشركات ، بما في ذلك سامسونگ وإنتل وكوالكوم وإركسون وTI ، هواوِيْ وفلپس ونوكيا وفري سكيل. بالنسبة لهذه الشركات وغيرها من الشركات النشطة في سوق الأجهزة المحمولة ، تعد MU-MIMO أكثر جدوى بالنسبة للهواتف الخلوية منخفضة التعقيد التي تحتوي على عدد صغير من هوائيات الاستقبال ، في حين حتى معدل النقل العالي لكل مستخدم SU-MIMO للاستخدام الفردي أكثر ملاءمة بشكل أكثر تعقيدًا أجهزة المستخدم مع المزيد من الهوائيات.
  • MIMO المحسن متعدد المستخدمين: 1) يستخدم تقنيات فك التشفير المتقدمة ، 2) يستخدم تقنيات تشفير متقدمة
  • تمثل SDMA إما الوصول المتعدد بتقسيم المساحة أوالوصول المتعدد الفائق حيث تؤكد "فائقة" على عدم استخدام التقسيم المتعامد مثل التردد وتقسيم الوقت ولكن يتم استخدام المناهج غير المتعامدة مثل تشفير التراكب .
• تعاونية MIMO (CO-MIMO)
  • يستخدم الكثير من محطات القاعدة المجاورة لنقل / استقبال البيانات بشكل مشهجر من / إلى المستخدمين. ونتيجة لذلك ، لا تتسبب محطات القاعدة المجاورة في حدوث تداخل بين الأنظمة كما هوالحال في أنظمة MIMO التقليدية.
• التنوع الكلي MIMO
  • شكل من أشكال مخطط التنوع المكاني الذي يستخدم محطات إرسال أواستقبال متعددة للتواصل بشكل متماسك مع مستخدمين فرديين أومتعددين يمكن توزيعهم في منطقة التغطية ، وفي نفس الوقت ومورد التردد.
  • تعد أجهزة الإرسال بعيدة جميع البعد على النقيض من مخططات MIMO للتنوع الدقيق التقليدي مثل MIMO المستخدم الفردي. في سيناريوMIMO للتنوع الكلي متعدد المستخدمين ، قد يحدث المستخدمون أيضًا متباعدين. لذلك ، جميع رابط مكون في ارتباط MIMO الظاهري له ارتباط متوسط مميز SNR. ويرجع هذا الاختلاف بشكل أساسي إلى اختلالات القناة الطويلة الأمد المتنوعة مثل ضياع المسار وتلاشي الظل التي تتعرض لها الروابط المتنوعة.
  • تطرح مخططات MIMO للتنوع الكلي تحديات نظرية وعملية غير مسبوقة. من بين الكثير من التحديات النظرية ، من الممكنقد يكون التحدي الأساسي هوفهم كيفية تأثير متوسط نسبة الإشارة إلى الضجيج (SNR) للوصلة على سعة النظام الإجمالية وأداء المستخدم الفردي في بيئات التلاشي.
• توجيه MIMO
  • توجيه مجموعة بواسطة مجموعة في جميع قفزة ، حيثقد يكون عدد العقد في جميع مجموعة أكبر أويساوي واحدًا. يختلف توجيه MIMO عن التوجيه التقليدي (SISO) لأن بروتوكولات التوجيه التقليدية توجه العقدة تلوالعقدة في جميع قفزة.
• MIMO الضخمة
  • تقنيةقد يكون فيها عدد الطرفيات أقل بكثير من عدد هوائيات المحطة الأساسية (المحطة المتنقلة). في بيئة التبدد الواسعة ، يمكن الاستفادة من المزايا الكاملة لنظام MIMO الضخم باستخدام استراتيجيات بسيطة لتشكيل الحزمة مثل الحد الأقصى لنسبة الإرسال (MRT), الحد الأقصى لجمع النسبة(MRC) أوالتأثير صفر (ZF). لتحقيق هذه الفوائد من MIMO الهائلة ، يجب حتى تكون CSI الدقيقة متاحة بشكل مثالي. ومع ذلك ،عملياً ، يتم تقدير القناة بين المرسل والمستقبل من التتابعات التجريبية المتعامدة التي تكون محدودة بوقت تماسك القناة. الأهم من ذلك ، في إعداد متعدد الخلايا ، فإن إعادة استخدام تسلسل تجريبي للعديد من الخلايا ذات القناة المشهجرة سيؤدي إلى تشويش تجريبي. عندماقد يكون هناك تشويش تجريبي ، فإن أداء MIMO الضخم يتدهور بشكل كبير. للتخفيف من تأثير التلوث التجريبي ، يقترح عمل طريقة بسيطة للتعيين التجريبي وتقدير القناة من تسلسلات تدريب محدودة. ومع ذلك ، في عام 2018 ، نشر جميع من إيميل بيورنسن وجيكوب هويدس ولوكا سانگوينتي والذي أظهر حتى التشويش التجريبي قابل للذوبان ووجد حتى سعة القناة يمكن دائمًا زيادتها ، من الناحية النظرية والعملية من خلال زيادة عدد الهوائيات.

التطبيقات

تجعل تقنيات تعدد الإرسال المكاني أجهزة الاستقبال معقدة للغاية ، وبالتالي يتم دمجها عادةً مع تعدد الإرسال المتعامد لتقسيم التردد (OFDM) أومع تعديل وصول متعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد (OFDMA) ، حيث تنشأ المشكلات عن طريق التعامل مع القناة متعددة المسارات بكفاءة. يشتمل معيار IEEE 802.16e على MIMO-OFDMA. يوصي معيار IEEE 802.11n ، الذي تم إصداره في أكتوبر 2009 ، باستخدام MIMO-OFDM.

من المخطط أيضًا استخدام MIMO في معايير الهاتف للاتصالات اللاسلكية مثل 3GPP الحديثة و3GPP2. في 3GPP ، تأخذ معايير الوصول عالي السرعة للحزمة بالإضافة إلى (HSPA +) ومعايير تقدم طويل الامد (LTE) MIMO في الاعتبار. علاوة على ذلك ، من أجل دعم البيئات الخلوية بالكامل ، تقترح اتحادات درس MIMO بما في ذلك IST-MASCOT تطوير تقنيات MIMO المتقدمة ، على سبيل المثال ، MIMO متعدد المستخدمين (MU-MIMO).

يمكن استعمال تقنية MIMO في أنظمة الاتصالات غير اللاسلكية. ومن الأمثلة على ذلك معيار الشبكات المنزلية ITU-T G.9963 ، الذي يحدد نظام اتصالات خط الكهرباء الذي يستخدم تقنيات MIMO لإرسال إشارات متعددة عبر أسلاك AC متعددة (طور ، محايد وأرضي).

الوصف الرياضياتي

في أنظمة MIMO ، يرسل جهاز الإرسال تدفقات متعددة بواسطة هوائيات إرسال متعددة. تمر تدفقات الإرسال عبر مصفوفة قناة التي تتكون من جميع المسارات ${\displaystyle N_t{N}_r}$

${\displaystyle \mathbf {y =\mathbf {H \mathbf {x +\mathbf {n$

حيث ${\displaystyle \mathbf {y$ و${\displaystyle \mathbf {x$ هي متجهات الإرسال والاستقبال على التوالي و${\displaystyle \mathbf {H$ و${\displaystyle \mathbf {n$ هي مصفوفة القناة ومتجه الضجيج ، على التوالي.

الحلقة المغلقة إرگودك (القناة معروفة ، CSI مثالية) وسعات الحلقة المفتوحة (القناة غير معروفة ، لا يوجد CSI). عدد هوائيات الإرسال والاستقبال أربعة (${\displaystyle N_{r =N_{t =4$).

بالإشارة إلى نظرية المعلومات ، فإن سعة القناة إرگودك لأنظمة MIMO حيثقد يكون لكل من جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال لحظة فورية مثالية معلومات حالة القناة

${\displaystyle C_{\mathrm {perfect-CSI =E\left[\max _{\mathbf {Q ;\,{\mbox{tr (\mathbf {Q )\leq 1 \log _{2 \det \left(\mathbf {I +\rho \mathbf {H \mathbf {Q \mathbf {H ^{H \right)\right]=E\left[\log _{2 \det \left(\mathbf {I +\rho \mathbf {D \mathbf {S \mathbf {D \right)\right]$

حيث ${\displaystyle ({)}^H}$${\displaystyle \mathrm{\rho <!--\; \rho \; -->}}$${\displaystyle \mathbf{Q}={\mathbf{V}\mathbf{S}\mathbf{V}}^H}$${\displaystyle {\mathbf{U}\mathbf{D}\mathbf{V}}^H=\mathbf{H}}$

${\displaystyle s_{i =\left(\mu -{\frac {1 {\rho d_{i ^{2 \right)^{+ ,\quad {\textrm {for \,\,i=1,\ldots ,\min(N_{t ,N_{r ),$

where ${\displaystyle d_{1 ,\ldots ,d_{\min(N_{t ,N_{r )$ هي العناصر القطرية ${\displaystyle \mathbf {D$, ${\displaystyle (\cdot )^{+$ هوصفر إذا كان برهانه سلبياً ، و${\displaystyle \mu$ يتم اختيار مثل ذلك ${\displaystyle s_{1 +\ldots +s_{\min(N_{t ,N_{r ) =N_{t$.

إذا كان جهاز الإرسال يحتوي فقط على معلومات حالة القناة الإحصائي ، فسوف ينخفض سعة القناة إرگودك مع تباين الإشارة ${\displaystyle \mathbf{Q}}$

${\displaystyle C_{\mathrm {statistical-CSI =\max _{\mathbf {Q E\left[\log _{2 \det \left(\mathbf {I +\rho \mathbf {H \mathbf {Q \mathbf {H ^{H \right)\right].$

للارتباط المكاني للقناة تأثير قوي على سعة القناة إرگودك مع المعلومات الإحصائية.

إذا كان جهاز الإرسال لا يحتوي على معلومات حالة القناة فيمكنه تحديد تباين الإشارة${\displaystyle \mathbf {Q$ لتعظيم سعة القناة تحت إحصائيات أسوأ حالة ، مما يعني ${\displaystyle \mathbf {Q =1/N_{t \mathbf {I$ وبالتالي

${\displaystyle C_{\mathrm {no-CSI =E\left[\log _{2 \det \left(\mathbf {I +{\frac {\rho {N_{t \mathbf {H \mathbf {H ^{H \right)\right].$

بالاعتماد على الخصائص الإحصائية للقناة ، فإن سعة إرگودك لا تزيد عن ${\displaystyle \min(N_{t ,N_{r )$ مرات أكبر من نظام SISO.

الاختبار

يركز اختبار إشارة MIMO أولاً على نظام الإرسال / الاستقبال. يمكن حتى تؤدي المراحل العشوائية لإشارات الموجة الحاملة الفرعية إلى إنتاج مستويات طاقة فورية تتسبب في ضغط مضخم الصوت ، مما يسبب تشوهًا مؤقتًا وأحيانًا أخطاء الرمز. إشارات عالية PAR (نسبة الذروة إلى المعدل المتوسط) يمكن حتى تسبب المضخمات الضغط بشكل غير متسقط أثناء الإرسال. فإشارات OFDM ديناميكية للغاية وقد يحدث من الصعب اكتشاف مشاكل الضغط بسبب طبيعتها الشبيهة بالتشويش.

من المهم أيضًا فهم جودة قناة الإشارة. يمكن لـ محاكي القناة محاكاة أداء الجهاز عند حافة الخلية ، أوإضافة ضوضاء ، أومحاكاة شكل القناة بسرعة. للتأهيل الكامل لأداء جهاز الاستقبال ، يمكن استعمال جهاز إرسال مُعاير ، مثل مولد إشارة المتجه (VSG) ومحاكي القناة لاختبار جهاز الاستقبال تحت مجموعة متنوعة من الظروف المتنوعة . على العكس من ذلك ، يمكن التحقق من أداء جهاز الإرسال في ظل عدد من الظروف المتنوعة باستخدام محاكي القناة وجهاز الاستقبال المعاير ، مثل محلل إشارة متجه (VSA).

يسمح فهم القناة بمعالجة طور واتساع جميع جهاز إرسال من أجل تكوين حزمة. لتكوين حزمة بشكل سليم ، يحتاج المرسل إلى فهم خصائص القناة. تسمى هذه العملية رنين القناة أوالقناة المقدرة. يتم إرسال إشارة معروفة إلى الجهاز المحمول تمكنه من إنشاء صورة لبيئة القناة. يعيد الجهاز المحمول خصائص القناة إلى جهاز الإرسال. يمكن للمرسل بعد ذلك تطبيق تعديلات الطور والسعة السليمة لتشكيل حزمة موجهة إلى الجهاز المحمول. وهذا ما يسمى بنظام MIMO ذوالحلقة المغلقة. بالنسبة إلى تشكيل الحزم ، يلزم ضبط أطوال واتساع جميع جهاز إرسال. في محول الشعاع المحسن للتنوع المكاني أوتعدد الإرسال المكاني ، يرسل جميع عنصر هوائي في نفس الوقت مجموعة مرجحة من رمزي بيانات.

الأدبيات

انظر أيضاً

المصادر

وصلات خارجية

• NIST UWB-MIMO Channel Propagation Measurements in the 2–8 GHz Spectrum
• Meeting The Test Challenges Of 4G LTE
• The Basics Of OFDM
• MIMO: The Future Of Wireless: Test Challenges For WiMAX, HSPA+, And LTE
• The challenges of moving to MIMO systems
• RF test system tackles أربعة × أربعة MIMO signals
• The Role Of EVM Measurements In Characterizing Amplifier Modulation Performance
• Industry Views: 4G Systems Bring New Design Testing Challenges
• Literature review of MIMO
• Antenna and Wireless Multipath Virtual Channel Interaction