מעניין

ריבוב מרחב MIMO

ריבוב מרחב MIMO

אחד היתרונות המרכזיים של ריבוב MIMO מרחבי הוא העובדה שהוא מסוגל לספק קיבולת נתונים נוספת. ריבוב מרחבי של MIMO משיג זאת על ידי שימוש בנתיבים המרובים ושימוש יעיל בהם כ"ערוצים "נוספים להעברת נתונים.

כמות הנתונים המרבית שניתן להעביר בערוץ רדיו מוגבלת על ידי הגבולות הפיזיים המוגדרים בחוק שאנון.

חוק שאנון וריבוב מרחבי של MIMO

כמו בתחומי מדע רבים, יש גבולות תיאורטיים, שמעבר להם אי אפשר להתקדם. זה נכון לגבי כמות הנתונים שניתן להעביר בערוץ ספציפי בנוכחות רעש. החוק השולט בכך נקרא חוק שאנון, על שם האיש שניסח אותו. זה חשוב במיוחד מכיוון שטכנולוגיית MIMO האלחוטית מספקת שיטה שלא עוברת על החוק, אלא מגדילה את שיעורי הנתונים מעבר לאפשרים בערוץ יחיד ללא השימוש בה.

החוק של שאנון מגדיר את הקצב המרבי שבו ניתן להעביר נתונים ללא שגיאות ברוחב פס נתון בנוכחות רעש. זה מתבטא בדרך כלל בצורה:

C = W יומן2(1 + S / N)

כאשר C הוא קיבולת הערוץ בסיביות לשנייה, W הוא רוחב הפס בהרץ, ו- S / N הוא SNR (יחס אות לרעש).

מכאן ניתן לראות שיש מגבלה אולטימטיבית לקיבולת של ערוץ עם רוחב פס נתון. אולם לפני שמגיעים לנקודה זו, הקיבולת מוגבלת גם על ידי יחס האות לרעש של האות שהתקבל.

לנוכח גבולות אלה יש לקבל החלטות רבות לגבי דרך ביצוע השידור. תכנית האפנון יכולה להיות חלק מרכזי בכך. ניתן להגדיל את קיבולת הערוץ על ידי שימוש בתכניות אפנון מסדר גבוה יותר, אך אלה דורשים יחס אות ורעש טוב יותר מאשר תוכניות אפנון מסדר נמוך יותר. כך קיים איזון בין קצב הנתונים לבין קצב השגיאה המותר, יחס אות לרעש והספק שניתן להעביר.

אמנם ניתן לבצע שיפורים מסוימים מבחינת אופטימיזציה של ערכת האפנון ושיפור יחס האות לרעש, אך שיפורים אלה אינם תמיד קלים או זולים והם תמיד פשרה, המאזנים בין הגורמים השונים המעורבים. לכן יש לבחון דרכים אחרות לשיפור תפוקת הנתונים בערוצים בודדים. MIMO היא דרך בה ניתן לשפר את התקשורת האלחוטית וכתוצאה מכך היא זוכה למידה ניכרת של עניין.

ריבוב מרחבי של MIMO

כדי לנצל את יכולת התפוקה הנוספת, MIMO משתמש במספר סטים של אנטנות. במערכות MIMO רבות משתמשים בשתיים בלבד, אך אין שום סיבה שלא ניתן יהיה להשתמש באנטנות נוספות וזה מגדיל את התפוקה. בכל מקרה עבור ריבוב MIMO מרחבי מספר האנטנות המקבלות חייב להיות שווה למספר האנטנות המשודרות או גדול ממנו.

כדי לנצל את התפוקה הנוספת המוצעת, מערכות אלחוטיות MIMO משתמשות בגישה מתמטית של מטריצה. זרמי נתונים t1, t2,. ניתן להעביר את tn מהאנטנות 1, 2,. נ. לאחר מכן ישנם מגוון מסלולים בהם ניתן להשתמש בכל נתיב בעל מאפייני ערוץ שונים. כדי לאפשר למקלט להיות מסוגל להבדיל בין זרמי הנתונים השונים יש צורך להשתמש בו. אלה יכולים להיות מיוצגים על ידי המאפיינים h12, הנוסעים מאנטנת שידור אחת לקבלת אנטנה 2 וכן הלאה. בדרך זו עבור שלוש שידור, שלוש מערכת אנטנות מקבלות ניתן להגדיר מטריצה:

r1 = h11 t1 + h21 t2 + h31 t3
r2 = h12 t1 + h22 t2 + h32 t3
r3 = h13 t1 + h23 t2 + h33 t3

כאשר r1 = האות המתקבל באנטנה 1, r2 הוא האות המתקבל באנטנה 2 וכן הלאה.

בפורמט מטריצה ​​ניתן לייצג זאת כ:

[R] = [H] x [T]

כדי לשחזר את זרם הנתונים המשודר במקלט יש צורך לבצע כמות ניכרת של עיבוד אותות. ראשית, על מפענח מערכת ה- MIMO לאמוד את מאפיין ההעברה של ערוץ בודד, כדי לקבוע את מטריצת העברת הערוץ. לאחר שהעריכו את כל זה, הופקה המטריצה ​​[H] וניתן לשחזר את זרמי הנתונים המשודרים על ידי הכפלת הווקטור שהתקבל עם ההופכי של מטריצת ההעברה.

[T] = [H]-1 x [R]

ניתן לדמות תהליך זה לפתרון קבוצה של N משוואות בו זמניות ליניאריות כדי לחשוף את הערכים של משתני N.

במציאות המצב קצת יותר קשה מכיוון שהריבוי אף פעם לא ממש פשוט, ובנוסף לכך כל משתנה מורכב מזרם נתונים מתמשך, אך בכל זאת זה מדגים את העיקרון הבסיסי שמאחורי מערכות MIMO אלחוטיות.


צפו בסרטון: Top 5 David Attenborough Moments. BBC Earth (יָנוּאָר 2022).