¡Urgente! ! ! Al escribir mi tesis de graduación, necesito con urgencia el libro electrónico o PDF de "Principios y aplicaciones de la tecnología MIMO" (Autor: Lin Yun. Se ofrece una recompensa de 50 puntos).
MIMO mejora la capacidad y la utilización del espectro de los sistemas de comunicación y es una tecnología clave adoptada por la nueva generación de sistemas de comunicación móviles.
La tecnología de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) o antena de recepción múltiple y transmisión múltiple (MTMRA) es un gran avance en la tecnología de antenas inteligentes en el campo de las comunicaciones móviles inalámbricas. Esta tecnología puede aumentar exponencialmente la capacidad y la utilización del espectro del sistema de comunicación sin aumentar el ancho de banda. Es una tecnología clave que debe adoptarse en la nueva generación de sistemas de comunicación móvil.
Entonces, ¿qué es exactamente la tecnología MIMO?
De hecho, la tecnología de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO) tiene una larga historia. Ya en 1908, Marconi propuso utilizarla para resistir la decoloración. En la década de 1970, alguien propuso utilizar la tecnología MIMO para los sistemas de comunicación, pero los académicos del Laboratorio Bell de AT&T completaron el trabajo fundamental que promovió en gran medida la tecnología MIMO en los sistemas de comunicación móviles inalámbricos en la década de 1990. En 1995, Teladar proporcionó capacidad MIMO en condiciones de desvanecimiento; en 1996, Foshinia proporcionó un algoritmo de procesamiento de múltiples entradas y múltiples salidas: el algoritmo de espacio-tiempo en capas del Laboratorio Diagonal-Bell (D-BLAST); en 1998, Tarokh discutió el espacio-tiempo; códigos para entrada y salida múltiple; en 1998, Wolniansky et al. utilizaron el algoritmo Espacio-Tiempo en capas del Laboratorio Vertical-Bell (V-BLAST) para establecer un sistema experimental MIMO, alcanzando una tasa de utilización del espectro de 20 bits. por encima de /s/Hz, esta tasa de utilización del espectro es extremadamente difícil de lograr en sistemas ordinarios. Estos trabajos han atraído gran atención por parte de académicos de varios países y han llevado al rápido desarrollo de trabajos de investigación con múltiples entradas y múltiples resultados.
En una palabra, el sistema MIMO (Multiple-Input Multiple-Out-put) utiliza múltiples antenas para suprimir el desvanecimiento del canal. Dependiendo del número de antenas en los extremos transmisor y receptor, en comparación con el sistema SISO (entrada única y salida única) ordinario, MIMO también puede incluir un sistema SIMO (entrada única y salida múltiple) y un sistema MISO (múltiple -Sistema de entrada única-salida).
El concepto de MIMO
Generalmente, el multipath provoca desvanecimiento y, por tanto, se considera un factor perjudicial. Sin embargo, los resultados de la investigación muestran que para los sistemas MIMO, el multipath puede aprovecharse como un factor ventajoso. Los sistemas MIMO utilizan múltiples antenas (o conjunto de antenas) y múltiples canales tanto en el extremo del transmisor como en el del receptor. La entrada y salida múltiple de MIMO son para canales inalámbricos de múltiples rutas. La Figura 1 muestra el diagrama esquemático de un sistema MIMO. El flujo de información de transmisión s(k) se somete a codificación espacio-temporal para formar N subflujos de información ci(k), I=1,...,N. Estos N subflujos son transmitidos por N antenas y recibidos por M antenas receptoras después de pasar por el canal espacial. Los receptores de antenas múltiples utilizan un procesamiento avanzado de codificación espacio-temporal para separar y decodificar estos subflujos de datos para un procesamiento óptimo.
En particular, estos N subflujos se envían al canal al mismo tiempo y cada señal transmitida ocupa la misma banda de frecuencia, por lo que el ancho de banda no aumenta. Si las respuestas de los canales entre cada antena transmisora y receptora son independientes, el sistema MIMO puede crear múltiples canales espaciales paralelos. Al transmitir información de forma independiente a través de estos canales espaciales paralelos, ciertamente se pueden aumentar las velocidades de datos.
MIMO optimiza los canales inalámbricos multitrayecto, la transmisión y la recepción en su conjunto, logrando así una alta capacidad de comunicación y utilización del espectro. Se trata de un proceso conjunto casi óptimo de cancelación de interferencias y diversidad espacial y temporal.
La capacidad del sistema es uno de los indicadores más importantes que caracteriza a un sistema de comunicación, y representa la velocidad máxima de transmisión del sistema de comunicación. Para un sistema de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) con N antenas transmisoras y M antenas receptoras, suponiendo que el canal es un canal independiente con desvanecimiento de Rayleigh y suponiendo que N y M son grandes, la capacidad del canal C es aproximadamente: C= [ min(M,N)]Blog2(ρ/2)
Donde B es el ancho de banda de la señal, ρ es la relación señal-ruido promedio del extremo receptor, min(M,N) es el menor de M y N. La ecuación anterior muestra que cuando la potencia y el ancho de banda son fijos, la capacidad máxima o límite superior de la capacidad del sistema MIMO aumenta linealmente con el aumento del número mínimo de antenas.
En las mismas condiciones, la capacidad de un sistema de antena inteligente ordinario que utiliza múltiples antenas o conjuntos de antenas en el extremo receptor o transmisor solo aumenta con el logaritmo del número de antenas. Relativamente hablando, MIMO tiene un gran potencial para mejorar la capacidad de los sistemas de comunicación inalámbrica.
Se puede observar que la capacidad del canal en este momento aumenta linealmente a medida que aumenta el número de antenas. En otras palabras, los canales MIMO se pueden utilizar para aumentar exponencialmente la capacidad de los canales inalámbricos y la utilización del espectro se puede mejorar exponencialmente sin aumentar el ancho de banda ni la potencia de transmisión de la antena. El uso de la tecnología MIMO puede aumentar la capacidad del canal, mejorar la confiabilidad del canal y reducir la tasa de error de bits. Otro foco de investigación actual en el campo de la tecnología MIMO es la codificación espacio-temporal. Los códigos de espacio-tiempo comunes incluyen códigos de bloque de espacio-tiempo y códigos de red de espacio-tiempo. La idea principal de la codificación espacio-temporal es utilizar la codificación espacial y temporal para lograr cierta diversidad espacial y temporal, reduciendo así la tasa de error del canal.
Estado de la investigación MIMO
Actualmente, académicos de varios países están realizando investigaciones exhaustivas sobre todos los aspectos de la teoría, el rendimiento, los algoritmos y la implementación de MIMO. Ya existen varios documentos sobre la teoría del sistema MIMO y la investigación del rendimiento, que cubren una amplia gama de contenidos. Sin embargo, dado que el canal MIMO de comunicación móvil inalámbrica es un sistema de múltiples entradas y múltiples salidas no estacionario que varía en el tiempo, todavía quedan muchas cuestiones que deben estudiarse. Por ejemplo, la mayor parte de la literatura supone que el canal es un canal segmentado de desvanecimiento constante. Esto no es suficiente para los sistemas 4G con señales de banda ancha y los sistemas móviles rápidos al aire libre, por lo que se deben utilizar modelos complejos para la investigación. Se ha publicado mucha literatura en esta área, es decir, el canal tiene desvanecimiento selectivo en frecuencia y la estación móvil se mueve rápidamente. Además, en la literatura básica, se supone que el receptor conoce con precisión los parámetros del canal multitrayecto. Por esta razón, se debe enviar una secuencia de entrenamiento para entrenar al receptor. Sin embargo, si la estación móvil se mueve demasiado rápido, el tiempo de entrenamiento será demasiado corto, por lo que la estimación rápida del canal o el procesamiento ciego se convierte en un contenido de investigación importante.
Además, el sistema experimental es un paso importante en la investigación de la tecnología MIMO. Una cuestión importante en la investigación de sistemas actuales es la realización de múltiples antenas y recepción multicanal en terminales móviles, y los académicos están realizando intensas investigaciones en esta área. Dado que los dispositivos terminales móviles requieren un tamaño pequeño, peso ligero y bajo consumo de energía, todavía queda mucho trabajo por hacer. Actualmente, todas las grandes empresas están desarrollando sistemas experimentales.
El sistema BLAST [4] de Bell Laboratory es el primer sistema experimental MIMO desarrollado. El sistema opera a 1,9 GHz, transmite con 8 antenas, recibe 12 antenas y utiliza el algoritmo D-BLAST. La tasa de utilización del espectro alcanza los 25,9 bits/(Hz?s). Sin embargo, este sistema sólo ha estudiado señales de banda estrecha y entornos interiores, y aún queda un largo camino por recorrer para las aplicaciones 3G y 4G. Se instalan múltiples antenas en el extremo transmisor y en el extremo receptor para proporcionar un efecto de diversidad espacial y superar los efectos adversos del desvanecimiento de las ondas de radio. Esto se debe a que múltiples antenas correctamente dispuestas proporcionan múltiples canales espaciales que no estarán todos sujetos a desvanecimiento al mismo tiempo. En el sistema experimental específico mencionado anteriormente, cada estación base está equipada con 2 antenas transmisoras y 3 antenas receptoras, y cada terminal de usuario está equipado con 1 antena transmisora y 3 antenas receptoras, es decir, se instalan 2×3 antenas en el enlace descendente. El canal y las antenas 2x3 están instaladas en el canal de enlace ascendente. El canal está equipado con una antena 1×3. De esta manera, en comparación con la "antena de entrada única/salida única" SISO, el beneficio de transmisión es de 10 a 20 dB, lo que aumenta la capacidad del sistema en consecuencia. Además, las dos antenas transmisoras de la estación base pueden usarse para transmitir diferentes señales de datos cuando sea necesario, y la velocidad de datos transmitida por el usuario puede duplicarse.
La tecnología Bell Labs Layered Space-Time (BLAST) de Lucent Technologies es la tecnología de aplicación MIMO líder en comunicaciones móviles y es un desarrollo adicional de sus antenas inteligentes. En términos de su principio, la tecnología BLAST utiliza la "identidad espacial" única de la señal en cada par de antenas transmisoras y receptoras para "recuperarla" en el extremo receptor. El uso de la tecnología BLAST es como establecer múltiples subcanales paralelos que no interfieran en la banda de frecuencia original y utilizar tecnología avanzada de detección multiusuario para transmitir datos del usuario de manera precisa y eficiente. El resultado es mejorar enormemente el enlace directo e inverso. capacidad. La tecnología BLAST demuestra que el uso de múltiples conjuntos de antenas en los extremos de transmisión y recepción de la antena puede aprovechar al máximo la propagación por trayectos múltiples, lograr el efecto de "convertir los desechos en tesoros" y aumentar la capacidad del sistema. La investigación teórica ha demostrado que al utilizar la tecnología BLAST, la eficiencia del espectro del sistema puede aumentar linealmente con la cantidad de antenas. En otras palabras, siempre que se permita que la cantidad de antenas aumente, la capacidad del sistema se puede mejorar continuamente.
Esto también demuestra plenamente que la tecnología BLAST tiene un gran potencial. En vista de su destacada contribución a la teoría de la comunicación inalámbrica, la tecnología BLAST ganó en 2002 el premio a la invención estadounidense Thomas Edison. En octubre de 2002, el primer chip BLAST del mundo apareció en los Bell Labs de Lucent. El equipo de diseño del grupo de investigación de Bell Labs anunció el lanzamiento del primer chip de la industria que incorpora la tecnología MIMO de tiempo espacial en capas (BLAST) de Bell Labs. Este chip admite diseños de antena de hasta. 4×4 y puede manejar una velocidad de datos máxima de 19,2Mbps. Esta tecnología se utiliza en comunicaciones móviles. El chip BLAST permite a los terminales recibir 19,2 megabits de datos por segundo en redes móviles 3G. Ahora, Lucent Technology ha comenzado a aplicar este chip BLAST a su familia de estaciones base Flexent OneBTS, y también planea hacerlo. Los fabricantes de terminales están autorizados a utilizar el chip BLAST para mejorar la capacidad de los terminales de datos inalámbricos 3G para admitir el acceso a datos de alta velocidad.
En agosto de 2003, Airgo Networks lanzó el chipset Wi-Fi AGN100, denominándolo el primer producto de mercado masivo del mundo que integra tecnología de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO). El AGN100 utiliza la tecnología de transmisión y recepción de múltiples antenas de la compañía para aumentar las tarifas Wi-Fi actuales a 108 Mbps por canal mientras mantiene la compatibilidad con todos los estándares Wi-Fi comunes. Este producto integra dos chips, incluido un chip de banda base/MAC (AGN100BB) y un chip RF (AGN100RF). Adopta una estructura escalable, lo que permite a los fabricantes utilizar solo un chip RF para implementar un único sistema de antena o agregar otros chips RF para mejorar. actuación. El chip admite todos los modos 802.11 a, b y g, incluidos los últimos estándares lanzados por el grupo de trabajo IEEE 802.11 (incluidas las funciones de seguridad TGi y calidad de servicio TGe). El chipset de Airgo es compatible con los estándares Wi-Fi actuales y admite los modos 802.11a, "b" y "g" utilizando tres antenas de 5 GHz y tres de 2,4 GHz. Los dispositivos inalámbricos que utilizan el chipset Airgo pueden incluso comunicarse con dispositivos 802.11 anteriores. comunicarse con dispositivos 802.11a a 54 Mbps y también puede comunicarse con dispositivos Airgo a 108 Mbps.