- ما هي تقنية MIMO؟
في عصر الترابط هذا ، يبدو أن الهواتف المحمولة ، كنافذة لنا للتواصل مع العالم الخارجي ، أصبحت جزءًا من أجسادنا.
لكن الهاتف المحمول لا يمكنه تصفح الإنترنت بمفرده ، فقد أصبحت شبكة اتصالات الهاتف المحمول بنفس أهمية الماء والكهرباء للبشر.عندما تتصفح الإنترنت ، لا تشعر بأهمية هؤلاء الأبطال من وراء الكواليس.بمجرد أن تغادر ، تشعر أنك لا تستطيع العيش بعد الآن.
كان هناك وقت ، تم شحن الإنترنت على الهواتف المحمولة من خلال حركة المرور ، وكان متوسط دخل الشخص بضع مئات من العملات المعدنية ، ولكن 1 ميجا هرتز تحتاج إلى إنفاق عملة معدنية.لذلك ، عندما ترى شبكة Wi-Fi ، ستشعر بالأمان.
دعونا نرى كيف يبدو جهاز التوجيه اللاسلكي.
8 هوائيات تشبه العناكب.
هل يمكن أن تمر الإشارة عبر جدارين أو أكثر؟أم أن سرعة الإنترنت ستتضاعف؟
يمكن تحقيق هذه التأثيرات بواسطة جهاز التوجيه ، ويتم تحقيقها باستخدام العديد من الهوائيات ، وهي تقنية MIMO الشهيرة.
MIMO ، وهو مخرج متعدد المدخلات.
من الصعب تخيل ذلك ، أليس كذلك؟ما هو Multi-input Multi-output ، كيف يمكن للهوائيات تحقيق جميع التأثيرات؟عندما تتصفح الإنترنت عبر كبل شبكة ، من الواضح أن الاتصال بين الكمبيوتر والإنترنت هو كبل مادي.الآن دعونا نتخيل عندما نستخدم الهوائيات لإرسال إشارات عبر الهواء باستخدام الموجات الكهرومغناطيسية.يعمل الهواء كسلك ولكنه افتراضي ، وهي قناة لنقل الإشارات تسمى قناة لاسلكية.
لذا ، كيف يمكنك جعل الإنترنت أسرع؟
نعم كلامك صحيح!يمكن حلها عن طريق عدد قليل من الهوائيات ، وعدد قليل من الأسلاك الافتراضية معًا لإرسال واستقبال البيانات.تم تصميم MIMO للقناة اللاسلكية.
تمامًا مثل أجهزة التوجيه اللاسلكية ، تقوم محطة 4G الأساسية وهاتفك المحمول بعمل نفس الشيء.
بفضل تقنية MIMO المدمجة بإحكام مع 4G ، يمكننا تجربة سرعة الإنترنت الأسرع.في الوقت نفسه ، انخفضت تكلفة مشغلي الهاتف المحمول بشكل كبير ؛يمكننا أن ننفق أقل لتجربة سرعة إنترنت أسرع وغير محدودة.الآن يمكننا التخلص أخيرًا من اعتمادنا على شبكة Wi-Fi وتصفح الإنترنت طوال الوقت.
الآن ، اسمحوا لي أن أقدم ما هو MIMO؟
2.تصنيف MIMO
بادئ ذي بدء ، يشير MIMO الذي ذكرناه سابقًا إلى الزيادة الكبيرة في سرعة الشبكة في التنزيل.هذا لأنه ، في الوقت الحالي ، لدينا طلب أقوى بكثير على التنزيلات.فكر في الأمر ، يمكنك تنزيل العشرات من مقاطع الفيديو جيجاهرتز ولكن تحميل معظمها فقط بضعة ميجاهرتز.
نظرًا لأن MIMO يسمى مدخلات متعددة ومخرجات متعددة ، يتم إنشاء مسارات إرسال متعددة بواسطة هوائيات متعددة.بالطبع ، لا تدعم المحطة الأساسية الإرسال متعدد الهوائيات فحسب ، بل يحتاج الهاتف المحمول أيضًا إلى تلبية استقبال الهوائيات المتعددة.
دعنا نتحقق من الرسم البسيط التالي: (في الواقع ، هوائي المحطة الأساسية ضخم ، وهوائي الهاتف المحمول صغير ومخفي. ولكن حتى مع وجود إمكانيات مختلفة ، فهم في نفس مواقع الاتصال.)
وفقًا لعدد هوائيات المحطة الأساسية والهواتف المحمولة ، يمكن تقسيمها إلى أربعة أنواع: SISO و SIMO و MISO و MIMO.
SISO: إدخال فردي ومخرج فردي
SIMO: إدخال فردي ومخرج متعدد
MISO: مدخلات متعددة ومخرج فردي
MIMO: مخرجات متعددة ومخرجات متعددة
لنبدأ بـ SISO:
يمكن تعريف أبسط شكل بمصطلحات MIMO مثل SISO - Single Input Single Output.يعمل هذا المرسل بهوائي واحد مثل جهاز الاستقبال.لا يوجد تنوع ولا تتطلب معالجة إضافية.
يوجد هوائي واحد للمحطة الأساسية والآخر للهاتف المحمول ؛لا تتداخل مع بعضها البعض - مسار الإرسال بينهما هو الاتصال الوحيد.
ليس هناك شك في أن مثل هذا النظام هش للغاية ، فهو طريق صغير.ستشكل أي مواقف غير متوقعة تهديدًا مباشرًا للاتصالات.
SIMO أفضل لأنه تم تحسين استقبال الهاتف.
كما ترى ، لا يمكن للهاتف المحمول تغيير البيئة اللاسلكية ، لذا فهو يغير نفسه - يضيف الهاتف المحمول هوائيًا لنفسه.
بهذه الطريقة ، يمكن أن تصل الرسالة المرسلة من المحطة الأساسية إلى الهاتف المحمول بطريقتين!كل ما في الأمر أن كلاهما يأتي من نفس الهوائي في المحطة الأساسية ويمكنهما فقط إرسال نفس البيانات.
نتيجة لذلك ، لا يهم إذا فقدت بعض البيانات في كل مسار.طالما أن الهاتف يمكنه تلقي نسخة من أي مسار ، على الرغم من أن السعة القصوى تظل كما هي في كل مسار ، فإن احتمال تلقي البيانات يتضاعف بنجاح.وهذا ما يسمى أيضًا بتنوع الاستلام.
ما هو MISO؟
بمعنى آخر ، لا يزال للهاتف المحمول هوائي واحد ، ويزداد عدد الهوائيات في المحطة الأساسية إلى اثنين.في هذه الحالة ، يتم إرسال نفس البيانات من هوائيي الإرسال.ثم يصبح هوائي الاستقبال قادرًا على استقبال الإشارة المثلى والبيانات الدقيقة.
ميزة استخدام MISO هي أن الهوائيات المتعددة والبيانات يتم نقلها من جهاز الاستقبال إلى جهاز الإرسال.لا يزال بإمكان المحطة الأساسية إرسال نفس البيانات بطريقتين ؛لا يهم إذا فقدت بعض البيانات ؛يمكن أن يستمر الاتصال بشكل طبيعي.
على الرغم من أن السعة القصوى لا تزال كما هي ، فقد تضاعف معدل نجاح الاتصال.تسمى هذه الطريقة أيضًا تنوع الإرسال.
أخيرًا ، لنتحدث عن MIMO.
يوجد أكثر من هوائي واحد في أي من طرفي وصلة الراديو ، وهذا ما يسمى MIMO –Multiple Input Multiple Output.يمكن استخدام MIMO لتوفير تحسينات في كل من متانة القناة وكذلك إنتاجية القناة.يمكن لكل من المحطة الأساسية والجانب المتنقل استخدام هوائيين للإرسال والاستقبال بشكل مستقل ، وهذا يعني أن السرعة تتضاعف؟
بهذه الطريقة ، هناك أربعة مسارات نقل بين المحطة الأساسية والهاتف المحمول ، والتي تبدو أكثر تعقيدًا.ولكن للتأكد ، نظرًا لأن كلا من المحطة الأساسية وجانب الهاتف المحمول بهما هوائيان ، فيمكنهما إرسال واستقبال بياناتين في وقت واحد.إذن ما مقدار زيادة السعة القصوى لـ MIMO مقارنة بمسار واحد؟من التحليل السابق لـ SIMO و MISO ، يبدو أن السعة القصوى تعتمد على عدد الهوائيات على كلا الجانبين.
تكون أنظمة MIMO بشكل عام مثل A * B MIMO ؛أ يعني عدد هوائيات المحطة الأساسية ، ب يعني عدد هوائيات الهاتف المحمول.فكر في 4 * 4 MIMO و 4 * 2 MIMO.ما رأيك أي سعة أكبر؟
يمكن لـ 4 * 4 MIMO إرسال واستقبال 4 قنوات في وقت واحد ، ويمكن أن تصل سعتها القصوى إلى 4 أضعاف سعة نظام SISO.يمكن أن تصل تقنية MIMO 4 * 2 إلى ضعف نظام SISO.
هذا باستخدام هوائيات متعددة ومسارات إرسال مختلفة في مساحة تعدد الإرسال لإرسال نسخ متعددة من بيانات مختلفة بالتوازي لزيادة السعة يسمى تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء.
لذا ، هل يمكن لسعة الإرسال القصوى في نظام MIMO؟دعنا نأتي للاختبار.
ما زلنا نأخذ المحطة الأساسية والهاتف المحمول بهوائيين كمثال.ماذا سيكون مسار الانتقال بينهما؟
كما ترى ، فإن المسارات الأربعة تمر بنفس التلاشي والتداخل ، وعندما تصل البيانات إلى الهاتف المحمول ، لم يعد بإمكانها التمييز بين بعضها البعض.أليس هذا هو نفس مسار واحد؟في هذا الوقت ، نظام 2 * 2 MIMO ليس هو نفسه نظام SISO؟
بنفس الطريقة ، يمكن أن يتدهور نظام 2 * 2 MIMO إلى SIMO و MISO وأنظمة أخرى ، مما يعني تقليل تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء إلى تنوع الإرسال أو تنوع الاستقبال ، كما أن توقعات المحطة الأساسية قد تدهورت أيضًا من متابعة السرعة العالية إلى ضمان معدل نجاح الاستلام.
وكيف يتم دراسة أنظمة MIMO باستخدام الرموز الرياضية؟
3.سر قناة MIMO
يحب المهندسون استخدام رموز الرياضيات.
حدد المهندسون البيانات من الهوائيين على المحطة الأساسية كـ X1 و X2 ، والبيانات من هوائيات الهاتف المحمول كـ Y1 و Y2 ، وتم تحديد مسارات الإرسال الأربعة كـ H11 ، H12 ، H21 ، H22.
من السهل حساب Y1 و Y2 بهذه الطريقة.لكن في بعض الأحيان ، يمكن أن تصل سعة 2 * 2 MIMO إلى ضعف SISO ، وأحيانًا لا يمكن ذلك ، وأحيانًا تصبح مثل SISO.كيف تفسرون ذلك؟
يمكن تفسير هذه المشكلة من خلال ارتباط القناة الذي ذكرناه للتو - فكلما زاد الارتباط ، زاد صعوبة التمييز بين كل مسار إرسال في الجانب المتنقل.إذا كانت القناة هي نفسها ، فإن المعادلتين تصبح واحدة ، لذلك هناك طريقة واحدة فقط لنقلها.
من الواضح أن سر قناة MIMO يكمن في الحكم على استقلالية مسار الإرسال.أي أن السر يكمن في H11 و H12 و H21 و H22.يبسط المهندسون المعادلة على النحو التالي:
حاول المهندسون تبسيط H1 و H12 و H21 و H22 ، من خلال بعض التغييرات المعقدة والمعادلة وتحويلها في النهاية إلى الصيغة.
اثنين من المدخلات X'1 و X'2 ، اضرب 1 و 2 ، يمكنك الحصول على Y'1 و Y'2.ماذا تعني قيم 1 و 2؟
هناك مصفوفة جديدة.تسمى المصفوفة التي تحتوي على بيانات على قطري واحد فقط المصفوفة القطرية.يُطلق على عدد البيانات غير الصفرية الموجودة على القطر اسم رتبة المصفوفة.في 2 * 2 MIMO ، يشير إلى القيم غير الصفرية لـ 1 و 2.
إذا كانت المرتبة 1 ، فهذا يعني أن نظام 2 * 2 MIMO مرتبط بشكل كبير في مساحة الإرسال ، مما يعني أن MIMO يتدهور إلى SISO أو SIMO ويمكنه فقط استقبال ونقل جميع البيانات في نفس الوقت.
إذا كانت المرتبة 2 ، فإن النظام لديه قناتان مكانيتان مستقلتان نسبيًا.يمكنه إرسال واستقبال البيانات في نفس الوقت.
لذا ، إذا كانت الرتبة 2 ، فهل سعة قناتي الإرسال ضعف سعة قناة واحدة؟تكمن الإجابة في نسبة 1 و 2 ، والتي تسمى أيضًا الرقم الشرطي.
إذا كان الرقم الشرطي 1 ، فهذا يعني أن 1 و 2 متماثلان ؛لديهم استقلالية عالية.يمكن أن تصل سعة نظام 2 * 2 MIMO إلى الحد الأقصى.
إذا كان الرقم الشرطي أعلى من 1 ، فهذا يعني أن λ1 و 2 مختلفان.ومع ذلك ، هناك قناتان مكانيتان ، والجودة مختلفة ، ثم سيضع النظام الموارد الرئيسية على القناة بجودة أفضل.بهذه الطريقة ، تكون سعة نظام 2 * 2 MIMO مرة أو مرتين من نظام SISO.
ومع ذلك ، يتم إنشاء المعلومات أثناء الإرسال الفضائي بعد أن ترسل المحطة الأساسية البيانات.كيف تعرف المحطة الأساسية متى يجب إرسال قناة واحدة أو قناتين؟
لا تنسوا ولا أسرار بينهم.سيرسل الهاتف المحمول حالة القناة المقاسة ورتبة مصفوفة الإرسال واقتراحات للتشفير المسبق إلى المحطة الأساسية للرجوع إليها.
في هذه المرحلة ، أعتقد أنه يمكننا أن نرى أن MIMO هو شيء من هذا القبيل.
الوقت ما بعد: 20 أبريل - 2021