حول تقنية المدخلات المتعددة والمخرجات المتعددة (MIMO)

يتم اختصار MIMO على أنه متعدد المدخلات ومخرجات متعددة. هذه تقنية اتصال لاسلكي لاسلكي وتقنية متعددة المسارات يتم ذكرها واستخدامها في العديد من التقنيات الجديدة هذه الأيام. تم تطوير هذه التقنية لتحسين نظام الاتصال اللاسلكي باستخدام هوائيات متعددة في جهاز الإرسال أو المتلقي أو كليهما. تستخدم Vo-LTE و LTE (تطور طويل الأمد) و Wi-Max و Wi-Fi والكثير من تقنيات الراديو واللاسلكي والترددات اللاسلكية تقنية MIMO اللاسلكية الجديدة لتوفير سعة ارتباط موسعة وكفاءة طيفية جنبًا إلى جنب مع موثوقية الارتباط المحسنة

MIMO - أساسيات إخراج متعددة المدخلات

يرسل الاتصال متعدد المدخلات والمخرج المتعدد (MIMO) نفس المعلومات مثل عدة إشارات في وقت واحد من خلال هوائيات متعددة ، باستخدام قناة راديو واحدة.

نظام MIMO

يستخدم هوائيات متعددة لتحسين جودة الإشارة وقوة قناة ارتباط التردد الراديوي في شكل تنوع الهوائي. يتم تقسيم البيانات إلى تدفقات بيانات متعددة عند نقطة الإرسال وإعادة ترتيبها على جانب الاستقبال بواسطة تكوين راديو MIMO آخر بنفس عدد الهوائيات.

في الأساس ، قد يتأثر وسيط الاتصال بخبو الإشارة وسيؤثر ذلك على نسبة الإشارة إلى الضوضاء. إذا كان من الممكن جعلها تتأثر بطرق مختلفة بمسار الإشارة ، فإن احتمالية تأثرها جميعًا في نفس الوقت تقل بشكل كبير. وفقًا لذلك ، يساعد التنوع على استقرار الارتباط وتحسين الأداء وتقليل معدلات الخطأ.

تُستخدم طريقتان لتعدد الإرسال المكاني والتنوع المكاني لتوفير تحسينات في نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) وتتميزان بتحسين موثوقية النظام فيما يتعلق بمختلف أشكال الخبو.

مفهوم التنوع المكاني

مبدأ التنوع هو تزويد المستقبل بإصدارات متعددة من نفس الإشارة. في معظم البيئات التي تعمل فيها أنظمة الاتصالات اللاسلكية ، تختلف قوة الإشارة المستقبلة باختلاف الوقت ، وهو ما يسمى التلاشي.

يؤدي الخبو إلى تدهور أداء الاتصالات بشكل كبير من خلال التسبب في زيادة احتمال حدوث خطأ بت مقارنة بما سيكون عليه الحال في حالة وجود ضوضاء بيضاء فقط.

يوضح الشكل أدناه احتمال الخطأ في البتات كدالة لطاقة البتات إلى الكثافة الطيفية لقدرة الضوضاء ، Eb / N0. الملاحظة الثانية هي أنه بالنسبة لخبو رايلي ، وهو نوع الخبو المفترض في هذا الشكل والذي يحدث غالبًا في الممارسة العملية ، يتناقص احتمال الخطأ خطيًا عند رسمه على مقياس لوغاريتمي مقابل Eb / N0 المرسوم بالديسيبل.

مقياس لوغاريتمي مقابل Eb / N0 مرسوم بالديسيبل

مفهوم التعدد المكاني

يشير تعدد الإرسال المكاني إلى إرسال تدفقات بيانات متعددة عبر قناة متعددة المسارات عن طريق استغلال تعدد المسيرات. من خلال القيام بذلك ، يمكن إرسال قنوات بيانات متعددة في وقت واحد عبر نفس نطاق التردد ، مما يتيح إمكانية إرسال عدد كبير من البتات في الثانية لكل هرتز من الطيف.

تعدد الإرسال المكاني مشابه لأنواع أخرى أكثر شيوعًا من مخططات تعدد الإرسال مثل تعدد الإرسال بتقسيم التردد (FDM) وتعدد الإرسال بتقسيم الوقت (TDM).

مستخدم واحد ومتعدد المستخدمين MIMO

يشير المستخدم الفردي MIMO إلى MIMO التقليدي حيث يوجد فقط عقدة إرسال واحدة وعقدة استقبال واحدة ، وعقدة الإرسال بها هوائيات متعددة. في MIMO متعدد المستخدمين ، يرسل المستخدمون الخلويون المتنقلون ، ولكل منهم هوائي واحد ، إلى محطة أساسية ، وتعالج المحطة الأساسية الإشارات من كل من الهواتف المحمولة الفردية كما لو كانت قادمة من هوائيات إرسال متعددة على عقدة واحدة.

في هذه الحالة ، تقوم المحطة الأساسية بنفس العملية التي يقوم بها جهاز الاستقبال. لذلك يمكن للعديد من المستخدمين المتنقلين إرسال البيانات عبر نفس النطاق الترددي ، والمحطة الأساسية قادرة على فصل تدفقات البيانات الفردية باستخدام تقنيات التشفير المكاني.

تتيح تقنية MIMO متعددة المستخدمين إرسال المزيد من مستخدمي الهواتف الخلوية في وقت واحد على مسار الوصلة الصاعدة عبر نفس النطاق الترددي مما قد يكون ممكنًا بخلاف ذلك.

مخطط الكتلة الأساسي لنظام MIMO

يوضح الشكل أدناه مخطط الكتلة الأساسي لأنظمة MIMO. يتم ترميز بتات المعلومات المراد إرسالها باستخدام مشفر تقليدي. وهذا ليتم تشذيره. تُقابل كلمة الشفرة المشذرة مع رموز البيانات (رموز تشكيل اتساع رباعي) باستخدام مخطط رمز.

مخطط الكتلة الأساسي لنظام MIMO

يتم إدخال رموز البيانات هذه إلى جهاز تشفير الزمكان الذي يخرج ، واحدًا أو أكثر من تدفقات البيانات المكانية. يتم تعيين تدفقات البيانات المكانية إلى هوائيات الإرسال بواسطة فدرة التشفير المسبق للزمكان.

تنتشر الإشارات التي يتم إطلاقها من هوائيات الإرسال عبر القناة وتصل إلى صفيف هوائي الاستقبال. يجمع المستقبل الإشارات عند خرج كل عنصر من عناصر هوائي الاستقبال ويعكس عمليات المرسل من أجل فك تشفير البيانات: استقبال معالجة الزمكان ، متبوعًا بفك تشفير الزمكان ، ورسم الخرائط ، وإزالة التداخل ، وفك التشفير.

مزايا MIMO

• يستفيد متعدد المدخلات المتعددة من تعدد الإرسال المكاني لزيادة عرض النطاق الترددي اللاسلكي والمدى.
• ترسل خوارزميات MIMO المعلومات عبر هوائيين أو أكثر ويتم تلقي المعلومات عبر هوائيات متعددة أيضًا.
• توفر أنظمة MIMO زيادة دقيقة في السعة مقارنة بأنظمة التردد اللاسلكي للهوائي الفردي التقليدية ، إلى جانب اتصالات أكثر موثوقية.

سلبيات

العيب الرئيسي هو فقط تعقيده. بصرف النظر عن هذا ، فإنه سيوفر مخرجات دقيقة.

علاوة على ذلك ، لأية معلومات بخصوص هذه المادة أو لتنفيذ أي المشاريع الهندسية القائمة على التكنولوجيا اللاسلكية يرجى التعليق في قسم التعليقات أدناه.