Технология Massive MIMO или больших систем MIMO разрабатывается для использования во многих беспроводных каналах, где можно обеспечить дополнительную пропускную способность данных или усиление сигнала.
Большие системы MIMO, часто называемые массовыми системами MIMO, могут быть определены как те, которые используют десятки или сотни антенн в терминалах связи. Традиционные системы MIMO могут иметь две или четыре, а некоторые могут иметь даже восемь антенн, но это было ограничением для ранних систем, которые приняли MIMO. Концепция массивных MIMO или больших систем MIMO входит во многие области развития, поскольку она может предложить некоторые явные преимущества.
Огромные преимущества MIMO
Существует много преимуществ использования технологии MIMO. Использование большего количества антенн в системе MIMO создает больше степеней свободы в пространственной области и, следовательно, позволяет добиться большего улучшения производительности:
- Увеличение скорости передачи данных: увеличение количества антенн позволяет использовать большее количество путей и, следовательно, гораздо больший объем данных для передачи в течение заданного времени.
- Повышение отношения сигнал/шум базовой линии: Одно из основных преимуществ использования систем MIMO заключается в том, что их можно использовать для улучшения отношения сигнал/шум всей системы. Использование большого MIMO или массивного MIMO позволяет вывести это на более высокий уровень. Существует также увеличение защиты от преднамеренных помех в результате большого разнообразия.
- Укрепление каналов: значительное увеличение количества антенн для создания массивной системы MIMO означает, что система становится менее чувствительной к фактическим элементам матрицы каналов. В свою очередь, это дает дополнительные преимущества в области обработки сигналов. Для линейных детекторов необходимо выполнять инверсию матрицы, и это может быть проще сделать в процессе обработки, поскольку эта возможность увеличивается с развитием технологий.
Размещение антенны
Одной из ключевых проблем любой системы MIMO является размещение антенн. Для многих систем, использующих физически небольшие устройства, размещение антенны может вызвать некоторые проблемы. Чтобы система MIMO могла работать удовлетворительно, корреляция между антеннами должна быть небольшой. Как правило, интервал s, равный λ/2 (где λ — длина волны сигнала), считается необходимым, чтобы обеспечить почти полное отсутствие корреляции между антеннами.
Для достижения этого можно использовать различные подходы.
- Используйте высокие частоты: чтобы иметь возможность разместить большее количество антенн, необходимых для больших систем MIMO, использование более высоких частот сокращает длину волны сигналов, тем самым позволяя разместить антенны с точки зрения длин волн в заданном физическом пространстве. . Многие системы рассматривают возможность использования частот выше 10 ГГц, вплоть до 60 ГГц и выше.
- Используйте объемный, а не линейный интервал: можно использовать три измерения внутри элемента, чтобы обеспечить интервал в трех измерениях, а не только в двух измерениях, как в линейном способе. Хотя многие предметы, в том числе мобильные телефоны, часто тонкие, и поэтому этот подход может быть неприменим, в некоторых случаях куб может вместить больше антенн за счет использования интервалов в трех измерениях.
- Использование пространственной модуляции: количество радиочастотных цепей, необходимых для массивной системы MIMO, можно уменьшить без ущерба для спектральной эффективности за счет использования пространственной модуляции. Пространственная модуляция — это форма модуляции, которая требует использования только одной транзитной цепи для нескольких антенн. Фактически он использует для передачи одну антенну из массива за раз. Пространственная модуляция использует простой, но эффективный механизм кодирования, который устанавливает взаимно однозначное соответствие между блоками передаваемых информационных битов и пространственным положением антенны передатчика во всей антенной решетке.
Массивные пути MIMO
Одним из ключевых требований к большой системе MIMO является наличие большого разнообразия путей прохождения сигнала между передатчиком и приемником. Это обычно присутствует в типичном помещении и в большинстве городских условий. Другие среды с меньшим количеством путей не смогут обеспечить те же преимущества с MIMO, не говоря уже о большой системе MIMO, поскольку будет доступно меньше путей. Недостаточное расстояние между антеннами будет означать, что они имеют тенденцию к большей корреляции, и преимущества систем MIMO не могут быть реализованы. Другая ситуация, которая может возникнуть даже в среде с богатым рассеянием, — это когда все пути проходят через точку защемления. Это может привести к уменьшению количества независимых пространственных измерений и, соответственно, снижению производительности.