Multiple input multiple output (MIMO) adalah sistem antena yang menggunakan banyak antena di ujung transmisi dan penerima untuk membentuk beberapa saluran antara ujung transmisi dan penerima untuk meningkatkan kapasitas saluran secara signifikan.
Multiple-input multiple-output adalah teknik keragaman antena yang agak rumit. Efek multipath akan mempengaruhi kualitas sinyal, sehingga sistem antena tradisional harus menggunakan otaknya untuk menghilangkan efek multipath. Sistem MIMO, di sisi lain, menggunakan efek multipath untuk meningkatkan kualitas komunikasi. Pada sistem MIMO, pihak pengirim dan penerima menggunakan beberapa antena yang dapat bekerja secara bersamaan untuk berkomunikasi. Sistem MIMO biasanya menggunakan teknik pemrosesan sinyal yang kompleks untuk meningkatkan keandalan, jangkauan, dan throughput secara signifikan. Dengan menggunakan teknik ini, pemancar mengirimkan beberapa sinyal frekuensi radio secara bersamaan, dan penerima memulihkan data dari sinyal tersebut. Sistem komunikasi nirkabel MIMO adalah salah satu teknologi utama sistem komunikasi seluler dan nirkabel di masa depan. Fitur yang jelas dari sistem MIMO adalah efisiensi pemanfaatan spektrumnya yang sangat tinggi. Atas dasar pemanfaatan penuh sumber daya spektrum yang ada, sumber daya ruang angkasa digunakan untuk memperoleh peningkatan keandalan dan efektivitas. Akhiri kompleksitas pemrosesan.
modul kunci
1. Pemodelan model saluran sistem MIMO
Kinerja sistem MIMO sangat bergantung pada model saluran. Meskipun sudah ada model propagasi nirkabel yang terstandarisasi dan banyak model saluran MIMO yang telah disediakan berdasarkan sejumlah besar pengukuran aktual dan penelitian teoretis, model tersebut belum diakui oleh ITU. Model saluran MIMO standar yang diakui (3GPP telah merumuskan standar model saluran untuk MIMO). Oleh karena itu, memahami dan menguasai karakteristik saluran MIMO nirkabel di lingkungan dalam dan luar ruangan, menetapkan model statis dan model dinamis spesifik saluran MIMO, sangat penting untuk memilih struktur sistem yang sesuai dan merancang algoritme pemrosesan sinyal yang sangat baik untuk mewujudkan potensi saluran besar sistem MIMO Kapasitas, pencapaian kinerja yang diharapkan sangatlah penting.
2. Kapasitas sistem MIMO
Dibandingkan dengan sistem antena tunggal tradisional, sistem MIMO telah meningkat pesat baik dari segi kinerja dan kecepatan transmisi data. Pertama, Telestar dan Foschini melakukan analisis mendalam terhadap kapasitas saluran sistem MIMO. Mereka masing-masing menganalisis kebisingan Gaussian Penelitian tentang kapasitas sistem MIMO dalam kondisi berikut menunjukkan bahwa, dengan asumsi bahwa antena tidak bergantung satu sama lain, sistem multi-antena meningkat secara signifikan dibandingkan dengan sistem antena tunggal. Dalam hal mengetahui karakteristik transmisi saluran, penelitian Foschini menunjukkan bahwa: ketika M=N, kapasitas saluran yang diperoleh meningkat secara proporsional sebesar N. Dengan daya transmisi dan bandwidth transmisi yang sama, kapasitas saluran sistem sekitar 40 kali lebih tinggi dibandingkan sistem single-input single-out (SISO).
3. Desain susunan antena MIMO
Secara umum, antena stasiun pangkalan dipasang tinggi, dan hamburan medan dekat di sekitar susunan antena relatif lemah. Oleh karena itu, untuk mendapatkan sinyal yang tidak berkorelasi pada elemen array yang berbeda, seringkali diperlukan untuk mempertahankan setidaknya 10 kali jarak panjang gelombang antar elemen array. Jika jumlah antena banyak, mungkin terdapat hambatan dalam pembuatan line array stasiun pangkalan. Untuk terminal seluler, karena banyaknya hamburan medan dekat, secara umum diyakini bahwa jarak antara elemen antena lebih dari 1/2 panjang gelombang membuat korelasi sinyal cukup lemah. Susunan antena terpolarisasi dapat menggunakan keadaan polarisasi yang saling ortogonal pada posisi spasial yang sama untuk menyadari ketidakrelevanan elemen susunan, sehingga ukuran susunan antena dapat dikurangi secara relatif.
4. Pemrosesan sinyal sistem MIMO
Sistem komunikasi antena array dalam lingkungan yang memudar menghadapi interferensi saluran bersama dan interferensi antar simbol. Untuk mendekati kapasitas sistem multi antena diperlukan teknik pemrosesan sinyal yang baik. Metode deteksi sinyal atau metode deteksi sambungan berperforma tinggi dan kompleksitas rendah selalu menjadi topik hangat bagi para peneliti.
5. Masalah kompleksitas sistem MIMO
Karena sinyal dalam sistem MIMO diperluas ke ruang-waktu dua dimensi, dibandingkan dengan sistem antena tunggal, kompleksitas estimasi saluran, pemerataan saluran, decoding, dan tautan deteksi akan meningkat seiring dengan jumlah antena atau jumlah antena. peningkatan urutan modulasi sinyal. Besarnya perhitungan algoritma akan secara langsung mempengaruhi penundaan pemrosesan, konsumsi daya perangkat, dan waktu siaga. Pada saat yang sama, dalam penerapan praktis, faktor utama yang membatasi sistem MIMO adalah tingginya biaya yang ditimbulkan oleh beberapa jalur frekuensi radio. Untuk mengurangi kompleksitas komputasi "perangkat lunak", berikan metode pemrosesan sinyal yang lebih sederhana dan efektif serta berbagai skema pengkodean dan penguraian ruang-waktu untuk sistem MIMO. Untuk mengurangi biaya "perangkat keras", pemilihan antena adalah teknologi yang sangat penting, yang dapat sangat mengurangi kompleksitas pemrosesan dan biaya perangkat keras sambil mempertahankan keunggulan teknologi MIMO, dan merupakan fokus penelitian untuk mempromosikan penerapan praktis sistem MIMO.
6. Keanekaragaman dan multiplexing sistem MIMO
Inti dari sistem MIMO adalah memberikan perolehan keragaman dan perolehan multiplexing. Yang pertama menjamin keandalan transmisi sistem, dan yang kedua meningkatkan laju transmisi sistem. Sebagian besar literatur awal berfokus pada penggunaan keragaman transmisi dan multiplexing spasial saja atau dikombinasikan dengan pengkodean. Penelitian telah menunjukkan bahwa sistem multi-antena dapat memberikan keragaman dan multipleksing spasial pada saat yang bersamaan, dan terdapat trade-off di antara keduanya. Perlu ditelusuri untuk memaksimalkan perolehan sistem dengan memanfaatkan dua mode keragaman dan multiplexing secara rasional dalam sistem MIMO.
7. (Multi-sel) Sistem MIMO multi-pengguna
Secara teoritis, domain kapasitas sistem MIMO multi-pengguna telah diselesaikan, namun bagaimana membuat domain kapasitas memenuhi persyaratan kecepatan transmisi berbagai pengguna masih belum terselesaikan dengan baik. Selanjutnya pada saluran siaran, akibat interferensi antar antena dan antar pengguna pada sistem MIMO, bagaimana merancang vektor transmisi untuk menghilangkan interferensi co-channel antar pengguna, bagaimana membuat kapasitas sistem dan kontrol daya QoS spesifik setiap pengguna ketika daya terbatas Masalah optimasi dan teknologi terkait dengan kehadiran sistem multi-pengguna multi-sel masih menjadi fokus penelitian.
Prinsip Dasar Teknologi MIMO
Teknologi MIMO mengacu pada penggunaan beberapa antena pemancar dan antena penerima masing-masing di ujung pemancar dan penerima, sehingga sinyal dikirim dan diterima melalui beberapa antena di ujung pemancar dan penerima, sehingga meningkatkan kualitas komunikasi. Ini dapat memanfaatkan sepenuhnya sumber daya ruang, mewujudkan banyak transmisi dan banyak penerimaan melalui banyak antena, dan dapat menggandakan kapasitas saluran sistem tanpa meningkatkan sumber daya spektrum dan daya transmisi antena, menunjukkan keunggulan yang jelas, dan dianggap sebagai generasi seluler berikutnya. teknologi komunikasi. Inti dari teknologi MIMO adalah memberikan perolehan keragaman ruang dan perolehan multiplexing ruang untuk sistem.
Ujung transmisi memetakan sinyal data yang akan dikirim ke beberapa antena melalui pemetaan ruang-waktu, dan ujung penerima melakukan decoding ruang-waktu pada sinyal yang diterima oleh masing-masing antena untuk memulihkan sinyal data yang dikirim oleh ujung transmisi. Menurut metode pemetaan ruang-waktu yang berbeda, teknologi MIMO secara kasar dapat dibagi menjadi dua kategori: keragaman ruang dan multiplexing ruang. Keanekaragaman ruang mengacu pada penggunaan beberapa antena pemancar untuk mengirim sinyal dengan informasi yang sama melalui jalur yang berbeda, dan pada saat yang sama memperoleh beberapa sinyal yang memudar secara independen dari simbol data yang sama pada penerima, sehingga memperoleh keandalan penerimaan yang ditingkatkan sebesar keberagaman. Misalnya, dalam saluran pemudaran Rayleigh lambat, menggunakan satu antena pemancar dan n antena penerima, sinyal yang ditransmisikan melewati n jalur yang berbeda. Jika fading antar antena bersifat independen, perolehan keragaman maksimum dapat diperoleh sebagai n. Untuk teknologi keragaman transmisi, juga menggunakan perolehan beberapa jalur untuk meningkatkan keandalan sistem. Dalam sistem dengan m antena pemancar dan n antena penerima, jika penguatan jalur antar pasangan antena independen dan pemudaran Rayleigh terdistribusi merata, maka perolehan keragaman maksimum yang dapat diperoleh adalah mn. Saat ini, teknologi keanekaragaman ruang yang umum digunakan dalam sistem MIMO terutama mencakup Space Time Block Code (Space Time Block Code, STBC) dan teknologi beamforming. STBC adalah bentuk pengkodean penting berdasarkan keragaman transmisi, yang paling mendasar adalah skema Alamouti yang dirancang untuk dua antena.
Bagian terpenting dari metode STBC adalah membuat vektor sinyal yang akan ditransmisikan pada beberapa antena menjadi ortogonal satu sama lain. Penggunaan teknologi STBC dapat mencapai efek keragaman penuh, yaitu bila teknologi STBC digunakan pada sistem dengan antena pemancar M dan antena penerima N, maka perolehan keragaman maksimumnya adalah MN. Teknologi beamforming adalah mengirimkan data yang sama melalui antena pemancar yang berbeda untuk membentuk sinar berbentuk yang diarahkan ke pengguna tertentu, sehingga secara efektif meningkatkan penguatan antena. Untuk memaksimalkan kekuatan sinyal pancaran yang diarahkan ke pengguna, teknologi beamforming biasanya perlu menghitung fasa dan daya data yang dikirim pada setiap antena pemancar, yang disebut juga dengan vektor beamforming. Metode penghitungan vektor beamforming yang umum mencakup vektor nilai eigen maksimum, algoritma MUSIC, dll. Penguatan keragaman transmisi maksimum yang dapat diperoleh dengan menggunakan teknologi beamforming untuk antena pemancar M adalah M. Teknologi multiplexing spasial adalah membagi data yang akan dikirim menjadi beberapa data aliran, dan kemudian mengirimkannya pada antena yang berbeda, sehingga meningkatkan kecepatan transmisi sistem. Metode multiplexing spasial yang umum digunakan adalah kode ruang-waktu berlapis vertikal yang diusulkan oleh Bell Laboratories, yaitu teknologi V-BLAST.
