미모

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시리즈의 일부
안테나
공통형 쌍극자 프랙탈 고리 모노폴 위성 안테나 텔레비전 채찍.
구성 요소들 바룬 업컨버터 블록 동축 케이블 카운터포이즈(접지 시스템) 먹이다 공급 라인 저소음 블록 다운 컨버터 패시브 라디에이터 리시버 회전 장치 스텁 송신기 튜너 트윈 리드
시스템들 안테나 팜 아마추어 라디오 셀룰러 네트워크 핫스팟 시영 무선 네트워크 라디오 무선 돛대 및 타워 와이파이 무선
안전 및 규제 무선 디바이스의 방사선 및 건강 무선 전자 장치와 건강 국제 전기 통신 연합 (무선규정) 세계 무선 통신 회의
방사선원/영역 보어사이트 포커스 클라우드 그라운드 플레인 주엽 근거리 및 원거리 필드 사이드 로브 수직면
특성. 어레이 게인 지향성 효율성. 전기 길이 등가 반지름 요인 프리이스 전달 방정식 얻다 높이 방사선 패턴 내방사선성 무선 전파 무선 스펙트럼 신호 대 잡음비 스플리어스 배출
기술 빔 스티어링 빔 틸트 빔포밍 소형 셀 Bell Laboraties 레이어드 시공간(BLAST) MIMO(Massive Multiple Input Multiple Output) 재구성 스펙트럼 확산 광대역 우주 사업부 다중접속(WSDMA)
v t

무선에서는 MIMO(/'ma'mo', 'mi'mo'/)는 멀티패스 ^[1]전파를 이용하기 위해 복수의 송신 안테나를 사용하여 무선 링크의 캐퍼시티를 곱하는 방법입니다.MIMO는 IEEE 802.11n(Wi-Fi 4), IEEE 802.11ac(Wi-Fi 5), HSPA+(3G), WiMAX 및 Long Term Evolution(LTE) 등의 무선 통신 표준에서 필수적인 요소가 되었습니다.최근에는 ITU G.hn 표준 및 HomePlug AV2 ^[2][3]사양의 일부로서 3선 설치용 전원 라인 통신에 MIMO가 적용되고 있습니다.

한때 무선에서 "MIMO"라는 용어는 송신기와 수신기에 여러 안테나를 사용하는 것을 의미했습니다.현대의 용법에서 "MIMO"는 멀티패스 전파를 이용하여 같은 무선 채널을 통해 여러 데이터 신호를 동시에 송수신하는 실용적인 기술을 말합니다.「멀티패스」현상은 흥미롭지만, 직교 주파수 분할 다중(OFDM)을 사용해 데이터 캐퍼시티의 증가를 일으키는 채널을 부호화합니다.MIMO는 빔 형성 및 다양성과 같은 단일 데이터 신호의 성능을 향상시키기 위해 개발된 스마트 안테나 기술과는 근본적으로 다릅니다.

역사

초기 연구

MIMO는 종종 케이블 번들 내의 멀티 채널 디지털 전송 시스템과 와이어 쌍 간의 간섭(크로스톡)에 관한 1970년대 연구 논문으로 거슬러 올라갑니다. AR Kaye와 DA George(1970),^[4] Branderburg와 Wyner(1974),^[5] W. van Eten(1975, 1976)^[6]입니다.이들은 다중 경로 전파를 이용하여 여러 정보 스트림을 전송하는 예는 아니지만, 상호 간섭을 처리하기 위한 수학적 기법 중 일부는 MIMO 개발에 유용한 것으로 판명되었습니다.1980년대 중반 벨 연구소의 Jack Salz는 시분할 다중화 및 이중 편파 무선 ^[7]시스템과 같은 "첨가 노이즈 소스를 가진 상호 교차 결합 선형 네트워크"를 통해 작동하는 다중 사용자 시스템을 조사하면서 이 연구를 한 걸음 더 나아갔습니다.

1990년대 초에 셀룰러 무선 네트워크의 성능을 개선하고 보다 공격적인 주파수 재사용을 가능하게 하는 방법이 개발되었습니다.Space-Division Multiple Access(SDMA; 공간분할다중접속)는 방향성 또는 스마트안테나를 사용하여 같은 기지국 범위 내의 다른 장소에 있는 사용자와 같은 주파수로 통신합니다.SDMA 시스템은 ArrayComm의 연구원 Richard Roy와 Björn Otttersten에 의해 1991년에 제안되었습니다.미국 특허(1996년 발행된^[8] 제5515378호)에는 '원격 사용자의 복수성'을 가진 '기지국의 수신 안테나 배열'을 이용한 용량 증대 방법이 기술되어 있다.

발명.

Arogyaswami Paulraj와 Thomas Kailath는 1993년에 SDMA 기반의 역다중화 기술을 제안했다.그들의 미국 특허를(아니 5,345,599 1994[9]에서 발행한)"여러 저율의 신호로""공간적으로 송신기 분리"에서 수신 안테나 어레이"directions-of-arrival."Paulraj의 차이를 prestigi을 받았습니다에 따라 복구 전송되는 고속 신호 분할에서 높은 데이터 속도에서 방송의 메서드를 묘사했다.ou2014년 Marconi Prize는 "MIMO 안테나의 이론과 응용 분야를 개발하는 데 있어 선구적인 공헌"을 인정받아 수상했습니다.현재의 고속 WiFi 및 4G 모바일 시스템의 핵심인 송수신 스테이션에서 여러 개의 안테나를 사용한다는 그의 아이디어는 ^[10]고속 무선에 혁명을 가져왔습니다.

1996년 4월 논문과 후속 특허에서 Greg Raleigh는 자연 다중 경로 전파를 이용하여 공존하는 안테나 및 다차원 신호 ^[11]처리를 사용하여 여러 독립적인 정보 스트림을 전송할 수 있다고 제안했다.이 백서는 변조(MIMO-OFDM), 코딩, 동기화 및 채널 추정을 위한 실용적인 솔루션도 확인했습니다.그 해 말(1996년 9월) 제라드 J. Foschini는 또한 저자가 "레이어드 시공간 아키텍처"^[12]라고 묘사한 것을 사용하여 무선 링크의 용량을 늘릴 수 있다는 논문을 제출했다.

Greg Raleigh, V. K. Jones 및 Michael Polock은 1996년에 Clarity Wireless를 설립하고 MIMO 프로토타입 시스템을 ^[13]구축 및 테스트했습니다.시스코 시스템즈는 ^[14]1998년에 Clarity Wireless를 인수했습니다.Bell Labs는 1998년에 ^[15]V-BLAST(Vertical-Bell Laboraties Layered Space-Time) 기술을 시연하는 실험실 프로토타입을 제작했습니다.Arogyaswami Paulraj는 MIMO-OFDM 제품을 개발하기 위해 1998년 말 Iospan Wireless를 설립했습니다.Iospan은 ^[16]2003년에 인텔에 인수되었습니다.V-BLAST는 상용화된 적이 없으며 Clarity Wireless와 Iospan Wireless 모두 인수 ^[17]전 MIMO-OFDM 제품을 출하하지 않았다.

표준 및 상용화

MIMO 기술은 무선랜, 3G 이동전화망, 4G 이동전화망용으로 표준화돼 현재 널리 상용화되고 있다.Greg Raleigh와 V. K. Jones는 무선 LAN용 MIMO-OFDM 칩셋을 개발하기 위해 2001년에 Airgo Networks를 설립했습니다.전기전자공학협회(IEEE)는 2003년 말 태스크 그룹을 만들어 최소 100 Mbit/s의 사용자 데이터 throughput을 제공하는 무선 LAN 표준을 개발했습니다.TGn Sync는 Intel과 Philips를 포함한 회사의 지원을 받았고 WWiSE는 Airgo Networks, Broadcom 및 Texas Instruments를 포함한 회사의 지원을 받았다.양 그룹은 802.11n 규격이 20MHz 및 40MHz 채널옵션을 ^[18]갖춘 MIMO-OFDM에 기반한다는 데 동의했습니다.TGn Sync, WWiSE 및 세 번째 제안서(MITMOT, Motorola와 Mitsubishi가 지원)가 통합되어 공동 ^[19]제안서라고 불리는 것이 만들어졌다.2004년에 Airgo는 MIMO-OFDM ^[20]제품을 출하한 최초의 회사가 되었습니다.퀄컴은 2006년 ^[21]말 에어고네트웍스를 인수했다.최종 802.11n 규격은 최대 600 Mbit/s(4개의 데이터 스트림을 동시에 사용)의 속도를 지원하며 2009년 ^[22]말에 공개되었습니다.

Surendra Babu Mandava와 Arogyaswami Paulraj는 WiMAX용 MIMO-OFDM 칩셋을 생산하기 위해 2004년에 Beceem Communications를 설립했습니다.이 회사는 ^[23]2010년에 Broadcom에 인수되었다.WiMAX는 802.16e 표준을 기반으로 개발되었으며 MIMO-OFDM을 사용하여 최대 138 Mbit/s의 속도를 제공합니다.보다 고도의 802.16m 규격으로 최대 1기가비트/^[24]초의 다운로드 속도를 실현합니다.미국에서는 Sprint-Nextel의 자회사인 Clearwire에 의해 전국적인 WiMAX 네트워크가 구축되어 2012년 ^[25]중반까지 1억3000만 포인트(PoP)를 커버하고 있습니다.이후 스프린트는 2013년 중반까지^[26] 31개 도시에 LTE(휴대전화 4G 표준)를 배치하고 ^[27]2015년 말까지 와이맥스 네트워크를 폐쇄할 계획이라고 밝혔다.

최초의 4G 세포 표준은 2004년에 ^[28]NTT DoCoMo에 의해 제안되었습니다.롱텀에볼루션(LTE)은 MIMO-OFDM을 기반으로 하며 3세대 파트너십 프로젝트(3GPP)에 의해 계속 개발되고 있습니다.LTE는 최대 300 Mbit/s의 다운링크 속도, 최대 75 Mbit/s의 업링크 속도, 낮은 ^[29]지연과 같은 서비스 품질 매개변수를 지정합니다.LTE Advanced는 최대 100MHz 폭의 피코셀, 펨토셀, 멀티캐리어 채널 지원을 추가했다.LTE는 GSM/UMTS와 CDMA ^[30]사업자들 모두에 의해 채택되었습니다.

최초의 LTE 서비스는 2009년 ^[31]TeliaSonera에 의해 오슬로와 스톡홀름에서 시작되었습니다.현재 약 3억 7천 3백만 개의 연결 (장치)^[32]과 함께 123개국에서 360개 이상의 LTE 네트워크가 운영되고 있습니다.

기능들

MIMO는 프리코딩, 공간다중화(SM) 및 다이버시티 코딩의 3가지 주요 범주로 나눌 수 있습니다.

프리코딩은 가장 좁은 정의에서 다중 스트림 빔 형성입니다.보다 일반적인 용어로 말하면, 송신기에서 발생하는 모든 공간 처리로 간주됩니다.(단류) 빔포밍에서는 수신측 입력에서 신호전력이 최대가 되도록 적절한 위상 및 게인 가중치로 각 송신안테나로부터 동일한 신호가 방출된다.빔 포밍의 이점은 서로 다른 안테나에서 방출되는 신호를 건설적으로 합산하여 수신 신호 게인을 증가시키고 멀티패스 페이딩 효과를 감소시키는 것입니다.가시선 전파에서 빔 포밍은 방향 패턴을 명확하게 정의합니다.단, 기존의 빔은 멀티패스 전파를 주로 특징으로 하는 셀룰러 네트워크에서 좋은 유추는 아닙니다.리시버에 여러 개의 안테나가 있는 경우, 송신 빔 형성은 모든 수신 안테나에서 신호 레벨을 동시에 최대화할 수 없습니다.또, 복수의 스트림을 사용해 프리코딩 하는 것이 많은 경우 편리합니다.프리코딩에서는 송신기와 수신기의 Channel State Information(CSI; 채널스테이트 정보)에 대한 지식이 필요합니다.

공간 다중화에는 MIMO 안테나 구성이 필요합니다.공간다중화에서는 ^[33]고환율 신호가 복수의 저환율 스트림으로 분할되어 각 스트림은 동일한 주파수 채널 내의 다른 송신 안테나로부터 송신된다.이들 신호가 충분히 다른 공간 시그니처를 가진 수신기 안테나 어레이에 도달하여 수신기가 정확한 CSI를 갖는 경우 이들 스트림을 (거의) 병렬채널로 분리할 수 있습니다.공간 다중화는 높은 Signal-to-Noise Ratio(SNR; 신호 대 잡음 비)로 채널 용량을 증가시키기 위한 매우 강력한 기술입니다.공간 스트림의 최대 수는 송신기 또는 수신기의 안테나 수 중 적은 수로 제한됩니다.공간 다중화는 트랜스미터에서 CSI 없이 사용할 수 있지만 CSI를 사용할 수 있는 경우 프리코딩과 조합할 수 있습니다.공간 멀티플렉싱은, 복수의 리시버에 동시에 송신하기 위해서도 사용할 수 있습니다.이 경우, 복수의 리시버에 CSI 가저 MIMO 로 알려져 있습니다.이 경우,^[34] 송신기에 CSI 가 필요합니다.공간 시그니처가 다른 리시버의 스케줄링을 통해 뛰어난 분리성을 실현할 수 있습니다.

다이버시티 코딩 기술은 송신기에 채널 지식이 없을 때 사용됩니다.다양성 방법에서는 (공간 다중화의 여러 스트림과 달리) 단일 스트림이 전송되지만 신호는 시공간 부호화라고 불리는 기술을 사용하여 부호화됩니다.신호는 완전 직교 부호화 또는 거의 직교 부호화로 각 송신 안테나에서 방출됩니다.다이버시티 코딩은 복수의 안테나 링크에서 독립된 페이딩을 이용하여 신호의 다이버시티를 강화합니다.채널에 대한 지식이 없기 때문에 빔 형성이나 다이버시티 코딩에 의한 어레이 이득이 없습니다.다이버시티 코딩은 수신기에서 일부 채널 지식을 사용할 수 있는 경우 공간 다중화와 결합할 수 있습니다.

폼

멀티 안테나 타입

멀티 안테나 MIMO(또는 싱글 유저 MIMO) 테크놀로지는, 802.11n 제품등의 일부의 표준으로 개발되어 실장되고 있습니다.

• SISO/SIMO/MISO는 MIMO의 특수한 경우입니다.
  • Multiple-Input Single-Output(MISO; 다중 입력 싱글 출력)은 수신기에 1개의 ^[35]안테나가 있는 특수한 경우입니다.
  • Single Input Multiple Output(SIMO; 싱글 입력 다중 출력)은 송신기에 1개의 ^[35]안테나가 탑재되어 있는 특수한 경우입니다.
  • Single-Input Single-Output(SISO; 싱글 입력 싱글 출력)은 송신기와 수신기가 모두 여러 개의 안테나를 가지고 있지 않은 기존의 무선 시스템입니다.
• 주요 단일 사용자 MIMO 기술
  • Bell Laboraties 레이어드 시공간(BLAST), Gerard.J. 포스키니(1996년)
  • PARC(Per Antenna Rate Control), Varanasi, Guess(1998), Chung, Huang, Lozano(2001)
  • Selective Per Antenna Rate Control(SPARC), Ericsson(2004)
• 몇 가지 제한 사항
  • 물리적 안테나 간격은 기지국에서 여러 파장으로 크게 선택됩니다.수신기의 안테나 분리는 고도의 안테나 설계와 알고리즘 기술이 논의되고 있지만 핸드셋에서는 공간 제약이 심합니다.참조: 멀티 유저 MIMO

다중 사용자 유형

최근 다중 사용자 MIMO 기술에 대한 연구 결과가 나오고 있다.풀 멀티 유저 MIMO(또는 네트워크 MIMO)는, 보다 높은 가능성을 가지는 한편, 실제로는, 멀티 유저 MIMO(또는 멀티 유저와 멀티 안테나 MIMO) 테크놀로지에 관한 연구가 보다 ^[36]활발합니다.

• 멀티 유저 MIMO(MU-MIMO)
  • 최근 3GPP와 WiMAX 규격에서 MU-MIMO는 삼성, 인텔, 퀄컴, 에릭슨, TI, 화웨이, 필립스, 노키아, 프리스케일 등 여러 기업에서 채택 가능한 기술 후보 중 하나로 취급되고 있습니다.모바일 하드웨어 시장에서 활동하고 있는 이들 기업 및 기타 기업에게 MU-MIMO는 수신 안테나의 수가 적은 복잡도가 낮은 휴대 전화에 더 적합하지만, 단일 사용자당 SU-MIMO의 높은 throughput은 안테나가 더 많은 복잡한 사용자 디바이스에 더 적합합니다.
  • 확장 멀티 사용자 MIMO: 1) 고급 디코딩 기술, 2) 고급 프리코딩 기술 채택
  • SDMA는 공간분할다중접속 또는 초분할다중접속 중 하나를 나타내며, 초분할다중접속은 주파수분할과 시분할과 같은 직교분할이 사용되지 않지만 중첩 부호화와 같은 비직교적 접근방식이 사용된다.
• 공동 MIMO(CO-MIMO)
  • 여러 인접 기지국을 사용하여 사용자와 데이터를 공동으로 송수신합니다.그 결과 인접한 기지국은 기존의 MIMO 시스템과 같이 셀 간 간섭을 일으키지 않습니다.
• 매크로다양성 MIMO
  • 복수의 송신 기지국 또는 수신 기지국을 사용하여 커버리지 영역에 분산되어 있을 가능성이 있는 단일 사용자 또는 복수의 사용자와 일관성 있게 통신하는 공간 다이버시티 스킴의 한 형태 및 주파수 ^[37][38][39]자원.
  • 송신기는 싱글 유저 MIMO와 같은 종래의 마이크로 다양성 MIMO 스킴과는 크게 다릅니다.다중 유저 매크로 다양성 MIMO 시나리오에서는, 유저도 멀리 떨어져 있을 수 있습니다.따라서 가상 MIMO 링크의 모든 구성 링크에는 고유한 평균 링크 SNR이 있습니다.이 차이는 주로 다양한 링크에서 발생하는 경로 손실이나 섀도우 페이딩 등의 다양한 장기 채널 장애에 기인합니다.
  • 거시 다양성 MIMO 체제는 전례 없는 이론적이고 현실적인 문제를 제기한다.많은 이론적인 과제 중 가장 근본적인 과제는 아마도 다양한 평균 링크 SNR이 페이딩 ^[40]환경에서 시스템 전체 용량과 개별 사용자 성능에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 것입니다.
• MIMO 라우팅
  • 각 홉의 클러스터별로 클러스터를 라우팅합니다.각 클러스터의 노드 수는 1개 이상입니다.MIMO 라우팅은 기존의 라우팅 프로토콜이 각 ^[41]홉에서 노드별로 라우팅하기 때문에 기존의 (SISO) 라우팅과는 다릅니다.
• 대규모 MIMO
  • 단말기 수가 기지국(^[42]이동국) 안테나 수보다 훨씬 적은 기술입니다.리치 산란 환경에서는 최대 비율 전송(MRT),^[43] 최대 비율 결합(MRC)^[44] 또는 제로 포싱(ZF) 등의 간단한 빔 형성 전략을 사용하여 대규모 MIMO 시스템의 모든 장점을 활용할 수 있습니다.대규모 MIMO의 이점을 얻으려면 정확한 CSI를 완벽하게 사용할 수 있어야 합니다.그러나 실제로는 송신기와 수신기 사이의 채널은 채널의 코히렌스 시간에 의해 제한되는 직교 파일럿 시퀀스로부터 추정된다.가장 중요한 것은 멀티셀 설정에서는 여러 개의 공동채널 셀의 파일럿시퀀스를 재사용하면 파일럿 오염이 발생합니다.파일럿 오염이 발생하면 대규모 MIMO의 성능이 상당히 저하됩니다.조종사 오염의 영향을 완화하기 위해 타딜로 E.Bogale과 Long B.제한된^[45] 교육 시퀀스에서 간단한 파일럿 할당 및 채널 추정 방법을 제안합니다.그러나 2018년에는 Emil Björnson, Jakob Hoydis, Luca Sanguinetti의^[46] 연구가 발표되었는데, 이는 파일럿 오염이 해결 가능하며 이론적으로나 실제로 안테나의 수를 늘림으로써 채널의 용량을 항상 증가시킬 수 있다는 것을 보여준다.

적용들

제3세대(3G)(CDMA 및 UMTS)를 사용하면 기지국에서의 송신 빔 형성과 조합하여 시공간 송신 다이버시티 스킴을 구현할 수 있습니다.4세대(4G) LTE 및 LTE Advanced는 MIMO 기술에 광범위하게 의존하는 매우 고급 무선 인터페이스를 정의합니다.LTE는 주로 Spatial Multiplexing 및 시공간 코딩에 의존하는 단일 링크 MIMO에 중점을 두고 있으며, LTE Advanced는 설계를 다중 사용자 MIMO로 더욱 확장합니다. 무선 LAN(Local Area Network)에서는 IEEE 802.11n(Wi-Fi)이 표준으로 구현되어 있습니다: 안테나 선택, 시공간 코딩.빔 ^[47]형성일 수 있습니다.

공간 다중화 기술은 수신기를 매우 복잡하게 만들기 때문에 일반적으로 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 또는 직교 주파수 분할 다중화(OFDMA) 변조와 결합되어 멀티패스 채널에 의해 발생하는 문제가 효율적으로 처리됩니다.IEEE 802.16e 규격에는 MIMO-OFDMA가 포함되어 있습니다.2009년 10월에 출시된 IEEE 802.11n 규격에서는 MIMO-OFDM을 권장합니다.

MIMO는 최근 3GPP, 3GPP2 등 이동무선전화 표준에도 사용될 계획이다.3GPP에서는 High-Speed Packet Access Plus(HSPA+) 및 Long Term Evolution(LTE; 롱텀에볼루션) 규격이 MIMO를 고려합니다.또한 셀 환경을 완전히 지원하기 위해 IST-MASCOT를 포함한 MIMO 연구 컨소시엄은 다중 사용자 MIMO(Multi-User MIMO)와 같은 고급 MIMO 기술을 개발할 것을 제안한다.

MIMO 무선 통신 아키텍처와 처리 기술은 감지 문제에 적용할 수 있습니다.이것은 MIMO 레이더라고 불리는 하위 분야에서 연구됩니다.

MIMO 기술은 비무선 통신 시스템에서 사용할 수 있습니다.예를 들어 홈 네트워킹 표준 ITU-T G.9963은 MIMO 기술을 사용하여 여러 AC 배선(위상, 중성 및 접지)^[2]을 통해 여러 신호를 전송하는 전력선 통신 시스템을 정의합니다.

수학적 설명

MIMO 시스템에서는 송신기가 복수의 송신 안테나를 통해 복수의 스트림을 송신합니다.송신 스트림은 송신기의 ${\displaystyle N_{}}$ t$\$ $송신$ $안테나$와 수신기의 ${\displaystyle N_{}}$ r$\$ N_${r}$ 수신$$ 안테나 사이의 모든 ${\displaystyle N_{}}$ t ${\displaystyle N_{}}$r\$displaystyle N_{r}$ 패스로$$ 구성된 매트릭스 채널을 통과합니다.그 후, 수신기는 복수의 수신 안테나에 의해서 수신 신호 벡터를 취득해, 수신 신호 벡터를 원래의 정보로 복호화한다.협대역 플랫 페이딩 MIMO 시스템은 다음과 ^{[citation needed]}같이 모델링됩니다.

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

$여기$서 y$(\$와 x$(\$는 각각 수신 및 송신 $벡터$이고$H(\$displaystyle \$mathbf${H$$$})$와 n$(\${n$})$은 각각 채널 매트릭스와 노이즈 벡터입니다.

정보이론을 참조하여 송신기와 수신기가 모두 완벽한 순간 채널 상태 정보를^[49] 갖는 MIMO 시스템의 에르고드 채널 용량은 다음과 같습니다.

${\displaystyle C_{\mathbf {Q} } = E \left [ \ max _ { \ mathbf { Q } ; , \ mbox { tr } （ \ mathbf { Q } ） \ log _ { left ( \ mathbf { I } + \ rho \ mathbf { Q } }E\left [\log _{2}\det \left(\mathbf {I} +\rho \mathbf {D} \mathbf {S} \mathbf {D} \right]}$

여기서 $({\displaystyle {}^{}}$)$$ \ $displaystyle$ ($$)^{H$}}$은 에르미트 전치,$\delta {\displaystyle }$(\$displaystyle \rho)$는 송신 전력과 노이즈 전력(즉, 송신 SNR)의 비율입니다.$최적{\displaystyle {\mathbf{}}^{}}$ 신호 $공분산{\displaystyle \mathbf{}}$ Q ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle {\mathbf{V}}^{}}$ V ${\displaystyle {}^{}}${\$displaystyle$\${\displaystyle {\mathbf{mathbf}}^{}}$${Q}$= \$mathbf${$}$$$^{$H$$}$ = ${\displaystyle$ \$mathbf$ {$} =$ {H}$=\mathbf}$의 특이값 분해를 통해 달성됩니다.${\displaystyle {(}_{}}$ ${\displaystyle {N_{}}_{}}$t , ${\displaystyle {{}_{}{r}_{}}_{}}$) ,${\displaystyle 0}$ , ${\displaystyle ...}$ ,${\displaystyle 0}$) { $displaystyle \mathbf${ $S$} =$textrm${ $diag$}($s_{1},$ \$ldots, s_{\min(N_{t}, N_{r}),$ 0$,\ldots,0$최적의 전력 할당은 물 ^[50]채우기를 통해 이루어집니다. 즉,

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

${\displaystyle {여기}_{}}$서 d${\displaystyle {}_{}}$1, ${\displaystyle ...,}$ ${\displaystyle {dmin}_{}}$( ${\displaystyle {{}_{}{t}_{}}_{}}$ , ${\displaystyle {{}_{}{r}_{}}_{}}$) { $displaystyle d_{1}$ , \$ldots$,$d_{\min$ ( $N_{t$ , $N_{r}}}$ 은$$$$D {\$displaystyle \mathbf {D$${\displaystyle }$의 대각선 요소이며, ( ${\displaystyle {}^{}}$) +$$( \$displaystyle$ ( \$cdot )^{}$ + $}$ 가$$ $음수$인 경우, \mustyle μ 입니다.${\displaystyle n_{}}$( ${\displaystyle {N_{}}_{}}$t , ${\displaystyle {N_{}}_{}}$r ) ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ { $displaystyle s$_ {1$}$ + \$ldots$+$$s _ { \$min$ ( $N$_ {$t$ , $N$_ { r } } =$N$_ { $t$} 。

송신기에 통계 채널 상태 정보만 있는 경우 신호 $공분산{\displaystyle \mathbf{}}$Q(\$displaystyle \mathbf {Q})$는 다음과 같은 평균 상호 정보에서만^[49] 최적화될 수 있으므로 에르고드 채널 용량이 감소합니다.

$\displaystyle C_{\mathbf {statistical-CSI} =\max _{\mathbf {Q} }E\left [\log _{2}\det \left (\mathbf {I} +\rho \mathbf {Q} \mathbf {H} 오른쪽)}$

채널의 공간적 상관관계는 통계정보와 함께 에르고딕 채널 용량에 큰 영향을 미칩니다.

송신기에 채널 상태 정보가 없는 경우 신호 $공분산{\displaystyle \mathbf{}}$Q(\$displaystyle \mathbf {Q})$를 선택하여 최악의 경우 통계에서 채널 용량을 최대화할 수 있습니다. 즉, Q ${\displaystyle =1}$/${\displaystyle N_{}}$ \$mathbf {Q} = 1/N_{t}\mathbf {I} }$입니다.

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

채널의 통계 속성에 따라 에르고드 용량은 SISO${\displaystyle }$시스템보다 ${\displaystyle {}_{}{}_{}}$ ${\displaystyle t_{}}$N r ) \$displaystyle \min(N_{t,N_{r})$배 ${\displaystyle 이상}$ 크지 않습니다.

MIMO 검출

MIMO의 주요 문제 중 하나는 수신기에서 채널 $매트릭스{\displaystyle \mathbf{}}$H(\$displaystyle \mathbf {H})$를 아는 것입니다.실제로 통신 시스템에서 송신기는 파일럿 신호를 전송하고 수신기는 수신 $신호{\displaystyle }$Y(\$displaystyle$ Y$)$ 및$$ 파일럿 $신호{\displaystyle }$X(\$displaystyle$ X$)$로부터 채널 상태($,$ H(\$displaystyle \mathbf {H$를 학습합니다.$$H(\$displaystyle$X)를 추정하기 위한 알고리즘이 몇 가지 있습니다.다중 수신 $신호{\displaystyle }$Y {\$displaystyle$ Y$}$ 및$$ 파일럿 $신호{\displaystyle }$X {\$displaystyle$X$\}($예: ^[51]제로 포싱, 연속 간섭 취소 a.k.a. V-블라스트, 최대우도 추정(소음이 가우스라고 가정) 및 최근에는 뉴럴 네트워크 MIMO 검출)^[52][53]로부터 $thbf$ {$H}$을 수신합니다$$.송신기 및 수신기의 안테나 수가 증가함에 따라 MIMO 검출 문제가 더욱 어려워지고 ^[52]특히 장애가 있는 경우에는 뉴럴 네트워크접근법이 우수해집니다.

테스트

MIMO 신호 테스트는 우선 송신기/수신기 시스템에 초점을 맞춥니다.서브캐리어 신호의 랜덤 위상은 순간적인 전력 레벨을 생성하여 앰프를 압축하고 순간적인 왜곡을 유발하며 궁극적으로 심볼 오류를 발생시킬 수 있습니다.PAR(피크 대 평균 비율)가 높은 신호는 전송 중에 앰프가 예기치 않게 압축될 수 있습니다.OFDM 신호는 매우 역동적이며 노이즈와 같은 ^[54]특성 때문에 압축 문제를 감지하기가 어려울 수 있습니다.

신호 채널의 품질을 아는 것도 중요합니다.채널 에뮬레이터는 셀 엣지에서 디바이스가 어떻게 동작하는지 시뮬레이트하거나 노이즈를 추가할 수 있으며 속도에서 채널이 어떻게 보이는지 시뮬레이트할 수 있습니다.수신기의 성능을 완전히 검증하기 위해 벡터 신호 발생기(VSG) 및 채널 에뮬레이터와 같이 교정된 송신기를 사용하여 다양한 조건에서 수신기를 테스트할 수 있습니다.반대로 채널 에뮬레이터 및 벡터 신호 분석기(VSA) 등의 교정된 수신기를 사용하여 다수의 다른 조건에서의 송신기의 성능을 검증할 수 있다.

채널을 이해하면 빔을 형성하기 위해 각 송신기의 위상 및 진폭을 조작할 수 있습니다.빔을 올바르게 형성하려면 송신기가 채널의 특성을 이해해야 합니다.이 프로세스를 채널 사운딩 또는 채널 추정이라고 합니다.기존의 신호가 모바일 디바이스에 송신되어 채널 환경의 그림을 구축할 수 있게 됩니다.모바일 디바이스는 채널 특성을 송신기로 반송합니다.그런 다음 송신기는 올바른 위상 및 진폭 조정을 적용하여 모바일 장치를 향한 빔을 형성할 수 있습니다.이를 폐쇄 루프 MIMO 시스템이라고 합니다.빔 형성을 위해서는 각 송신기의 위상 및 진폭을 조정해야 합니다.공간다양성 또는 공간다중화에 최적화된 빔포머에서 각 안테나 소자는 2개의 데이터 ^[55]심볼의 가중치 조합을 동시에 송신한다.

문학.

주요 연구자

제라드 J.의 논문.Foschini와 Michael J. Gans,^[56] Foschini^[57] 및 Emre^[58] Telatar는 MIMO 시스템의 채널 용량(시스템 throughput의 이론상 상한)이 송신 안테나 수와 수신 안테나 수 중 적은 수에 비례하여 증가함을 보여 주었습니다.이것은 다중화 이득으로 알려져 있으며, 정보 이론의 이 기본적인 발견이 이 분야에서 연구를 급물살을 타게 한 것입니다.앞서 언급한 주요 작업에서 사용되는 단순한 전파 모델에도 불구하고 다중화 이득은 거의 모든 물리적 채널 전파 모델 및 트랜시버 장애가 ^[59]발생하기 쉬운 실용적인 하드웨어에서 입증될 수 있는 기본적인 특성입니다.

박사님의 논문페르난도 로사스와 닥터.Christian Oberli는 MIMO SVD 링크 전체를 Nakagami-m ^[60]채널의 SER 평균으로 근사할 수 있음을 보여 주었다.이는 14보다 큰 N × N MIMO 채널의 고유 채널을 특성화하여, 가장 작은 고유 채널이 레일리 채널로 분포하고, 다음 네 개의 고유 채널이 m = 4, 9, 25 및 36인 Nakagami-m 채널로 밀접하게 분포하고, N – 5 나머지 고유 채널은 흰색 Ga와 유사한 통계를 갖는다는 것을 보여준다.ussian Noise(AWGN; ussian 노이즈) 채널이 1dB 신호 대 잡음비 이내입니다.또한 MIMO SVD 채널의 총 평균 전력 이득의 75%가 모든 고유 채널의 상위 3분의 1로 가는 것으로 나타났습니다.

A의 교과서.폴라지, R. 나바르, D.고어는 이 ^[61]분야에 대한 소개서를 출판했다.이용할 수 있는 다른 ^[62][63][64]주요 교과서들도 많이 있다.

다양성-다중화 트레이드오프

MIMO 시스템에서 송신 다양성과 공간 다중화 이득 사이에는 기본적인 트레이드오프가 존재합니다(Zheng and Tse, 2003).^[65]특히, 높은 공간 다중화 이득을 달성하는 것은 현대 무선 ^[66]시스템에서 매우 중요합니다.

기타 응용 프로그램

MIMO의 특성상 무선통신에 국한되지 않는다.유선 통신에도 사용할 수 있습니다.예를 들어, 바인더 MIMO 채널을 기반으로 한 새로운 유형의 DSL 기술(기가비트 DSL)이 제안되었습니다.

MIMO 시스템의 샘플링 이론

엔지니어와 수학자의 관심을 끄는 중요한 질문은 수신기의 멀티 출력 신호를 사용하여 송신기의 멀티 입력 신호를 복구하는 방법입니다.Shang, Sun 및 Zhou(2007)에서는 멀티 입력 ^[67]신호의 완전한 회복을 보증하기 위해 충분하고 필요한 조건이 확립되어 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

외부 링크

• 2~8GHz 스펙트럼에서의 NIST UWB-MIMO 채널 전파 측정
• MIMO의 문헌 리뷰
• 안테나와 무선 멀티패스 가상채널의 상호작용