Многопользовательский MIMO или MU-MIMO — это форма усовершенствованной технологии множественного входа и множественного выхода, используемой для предоставления множеству пользователей доступа к базовой станции. Он включает MIMO-BC и MIMO-MAC.
Многопользовательский MIMO или MU-MIMO — это усовершенствованная форма технологии MIMO, которая получает все большее распространение. MU-MIMO, многопользовательский MIMO позволяет нескольким независимым радиотерминалам получать доступ к системе, расширяя коммуникационные возможности каждого отдельного терминала. Соответственно, его часто рассматривают как расширение множественного доступа с пространственным разделением каналов, SDMA. MU-MIMO использует максимальную пропускную способность системы, планируя несколько пользователей иметь возможность одновременного доступа к одному и тому же каналу, используя пространственные степени свободы, предлагаемые MIMO. Для использования MU-MIMO существует несколько подходов, которые можно принять, и ряд доступных приложений/версий.
MU-MIMO против SU-MIMO
Как Single User-MIMO, так и Multi-User MIMO могут использоваться в системах беспроводной и сотовой связи. Каждая форма MIMO имеет свои преимущества и недостатки.
СРАВНЕНИЕ MU-MIMO И SU-MIMO
| ОСОБЕННОСТЬ | MU-MIMO | SU-MIMO |
|---|---|---|
| Главная особенность | Для Mu-MIMO базовая станция может отдельно общаться с несколькими пользователями. | Базовая станция связывается с одним пользователем. |
| Ключевой аспект | Использование MU-MIMO обеспечивает прирост пропускной способности. | Обеспечивает повышенную скорость передачи данных для одного пользователя. |
| Ключевое преимущество | Усиление мультиплексирования. | Снижение помех |
| Скорость передачи данных | MU-MIMO обеспечивает более высокую пропускную способность при высоком отношении сигнал/шум. | Обеспечивает более высокую пропускную способность при низком отношении сигнал/шум. |
| Информация о состоянии канала | Требуется идеальный CSI. | CSI не нужен. |
Основы MU-MIMO
MU-MIMO обеспечивает методологию, посредством которой может быть достигнуто пространственное совместное использование каналов. Это может быть достигнуто за счет дополнительного оборудования — фильтров и антенн, — но включение не происходит за счет дополнительной полосы пропускания, как в случае использования таких технологий, как FDMA, TDMA или CDMA. При использовании пространственного мультиплексирования MU-MIMO помехи между разными пользователями на одном и том же канале компенсируются за счет использования дополнительных антенн и дополнительной обработки при включении пространственного разделения разных пользователей.
Существует два сценария, связанных с MU-MIMO, многопользовательским MIMO:
- Восходящая линия — канал множественного доступа, MAC: Разработка MIMO-MAC основана на известных концепциях MIMO для одного пользователя, расширенных для учета нескольких пользователей.
- Нисходящий канал — широковещательный канал, BC: MIMO-BC — более сложный сценарий. Оптимальная стратегия включает в себя методы подавления предварительного вмешательства, известные как «кодирование на грязной бумаге», DPC — см. ниже. Это дополняется неявным планированием пользователей и алгоритмом загрузки мощности.
Преимущества многопользовательского MIMO MU-MIMO
MU-MIMO, многопользовательский MIMO предлагает некоторые существенные преимущества по сравнению с другими методами:
- Системы MU-MIMO позволяют получить уровень прямого выигрыша в пропускной способности множественного доступа, являющегося результатом многопользовательских схем мультиплексирования. Это пропорционально количеству используемых антенн базовых станций.
- MU-MIMO, по-видимому, меньше подвержен влиянию некоторых проблем распространения, которые затрагивают однопользовательские системы MIMO. К ним относятся потеря ранга канала и корреляция антенн — хотя корреляция каналов по-прежнему влияет на разнесение для каждого пользователя, это не является серьезной проблемой для многопользовательского разнесения.
- MU-MIMO позволяет достичь усиления пространственного мультиплексирования на базовой станции без необходимости использования множества антенн на UE. Это позволяет производить дешевые удаленные терминалы — интеллект и стоимость включены в базовую станцию.
Преимущества использования многопользовательского MIMO, MU-MIMO достигаются за счет дополнительных аппаратных средств — антенн и обработки — а также получения информации о состоянии канала, что требует использования доступной полосы пропускания.
MIMO-MAC
Эта форма MU-MIMO используется для канала множественного доступа, поэтому MIMO используется в сценариях восходящей линии связи. Для MIMO-MAC приемник выполняет большую часть обработки — здесь приемник должен знать состояние канала и использовать информацию о состоянии канала в приемнике, CSIR. Определить CSIR, как правило, проще, чем определить CSIT, но для этого требуются значительные уровни пропускной способности восходящей линии связи для передачи выделенных пилот-сигналов от каждого пользователя. Однако системы MIMO MAC превосходят MIMO «точка-точка», особенно если количество приемных антенн больше, чем количество передающих антенн у каждого пользователя.
МИМО-БК
Эта форма MU-MIMO используется для широковещательных каналов MIMO, т. е. нисходящей линии связи. Из двух каналов, BC и MAC, наиболее сложным в MU-MIMO является широковещательный канал. Для этого требуется обработка передачи, и она обычно осуществляется в форме предварительного кодирования и SDMA, планирования пользователей нисходящей линии связи на основе множественного доступа с пространственным разделением каналов. Для этого передатчик должен знать информацию о состоянии канала на передатчике, CSIT. Это позволяет значительно повысить пропускную способность по сравнению с обычными системами MIMO «точка-точка», особенно когда количество передающих антенн превышает количество антенн на каждом приемнике.
Грязное бумажное кодирование, DPC
Dirty Paper Coding, DPC — это метод, используемый в телекоммуникационных сценариях, особенно в беспроводной связи, для обеспечения эффективной передачи цифровых данных по каналу, подверженному помехам, природа которых известна передатчику. Метод Dirty Paper Coding, DPC, состоит в предварительном кодировании данных, чтобы данные о помехах могли быть прочитаны в присутствии помех. Предварительное кодирование обычно использует информацию о состоянии канала. Чтобы объяснить кодирование на грязной бумаге, DPC, можно использовать аналогию письма на грязной бумаге. Обычно используются черные чернила, но если бумага грязная, т.е. черная, то надпись не может быть прочитана. Однако, если бы письмо было белым, хотя его нельзя было прочитать на белой бумаге, оно было бы совершенно разборчиво на черной или грязной бумаге. Тот же метод используется при передаче данных, хотя природа помех должна быть известна, чтобы можно было включить предварительное кодирование для противодействия влиянию помех.
Многопользовательский MIMO все еще находится в зачаточном состоянии, и ведется множество разработок для определения оптимальных форматов для его использования. Определяются типы кодирования, а также уровни индикации состояния канала, поскольку они потребляют ценные ресурсы и могут снижать общую доступную пропускную способность данных. Однако значительные преимущества, которые можно получить с помощью MU-MIMO, многопользовательского MIMO, означают, что он будет представлен в обозримом будущем.