WiMAX MIMO - WiMAX MIMO

Obrázek desky WiMAX MIMO s WiMAX MIMO RFIC

WiMAX MIMO odkazuje na použití Komunikace s více vstupy a více výstupy (MIMO) technologie zapnuta WiMAX, což je technologická značka pro implementaci standardu IEEE 802.16.

Pozadí

WiMAX

WiMAX je technologická značka pro implementaci standardu IEEE 802.16, který specifikuje vzduchové rozhraní na PHY (fyzická vrstva) a na MAC (vrstva středního řízení přístupu). Kromě specifikování podpory různých šířek pásma kanálu a adaptivní modulace a kódování specifikuje také podporu pro MIMO antény pro zajištění dobrého Non-line-of-dohled (NLOS) charakteristiky.

Viz také: Fórum WiMax

MIMO

MIMO znamená Více vstupů a více výstupů „a odkazuje na technologii, kde je na anténě více antén základna a více antén na mobilním zařízení. Typické použití technologie s více anténami zahrnuje mobilní telefony se dvěma anténami, notebooky se dvěma anténami (např. Zabudované v levé a pravé straně obrazovky) a také CPE zařízení s více klíčícími anténami.

Převládající mobilní síť implementací je mít více antén na základnové stanici a jednu anténu na mobilní zařízení. Tím se minimalizují náklady na mobilní rádio. Jako náklady na rádiová frekvence (RF) komponenty v mobilních zařízeních klesají, druhé antény v mobilním zařízení se mohou stát běžnějšími. V současné době se používá více antén mobilních zařízení Wi-Fi technologie (např. IEEE 802.11n), kde mobilní telefony, notebooky a další zařízení podporující WiFi mají často dvě nebo více antén.

Technologie MIMO ve WiMAX

Implementace WiMAX využívající technologii MIMO se staly důležitými. Použití technologie MIMO zlepšuje příjem a umožňuje lepší dosah a rychlost přenosu. Implementace MIMO také WiMAX významně zvyšuje spektrální účinnost.^[1]

Automatické vyjednávání MIMO

Konfigurace MIMO definovaná standardem 802.16 je dynamicky sjednávána mezi každou jednotlivou základnovou stanicí a mobilní stanicí. Specifikace 802.16 podporuje schopnost podporovat kombinaci mobilních stanic s různými funkcemi MIMO. To pomáhá maximalizovat propustnost sektoru využitím různých schopností rozmanité sady mobilních stanic prodejců.

Časoprostorový kód

Časoprostorový kódový diagram

Specifikace 802.16 podporuje Více vstupů a jeden výstup (MISO) technika Přenášejte rozmanitost, na který se běžně odkazuje Časoprostorový kód (STC). U této metody jsou použity dvě nebo více antén na vysílači a jedna anténa na přijímači. Použití více přijímacích antén (tedy MIMO) může dále zlepšit příjem signálů přenášených STC.

S rychlostí přenosu diverzity = 1 (neboli „Matrix A“ ve standardu 802.16) se během stejného symbolu přenášejí různá datová bitová konstelace na dvě různé antény. Konjugát a / nebo inverze stejných dvou konstelací se během dalšího symbolu znovu přenášejí na stejné antény. Rychlost přenosu dat s STC zůstává stejná jako základní případ. Přijatý signál je u této metody robustnější kvůli redundanci přenosu. Tato konfigurace poskytuje podobný výkon jako dvě přijímací antény a jedna vysílací anténa.

Prostorový multiplex

Prostorový multiplex

Specifikace 802.16 také podporuje techniku MIMO Prostorový multiplex (SMX), známý také jako Přenosová diverzita = 2 (také znám jako „Matrix B“ ve standardu 802.16). Místo přenosu stejného bitu přes dvě antény tato metoda vysílá jeden datový bit z první antény a další bit z druhé antény současně na jeden symbol. Pokud má přijímač více než jednu anténu a signál je dostatečně kvalitní, může přijímač signály oddělit. Tato metoda zahrnuje větší složitost a náklady jak na vysílači, tak na přijímači. Se dvěma vysílacími anténami a dvěma přijímacími anténami však lze data přenášet dvakrát rychleji než srovnávací systémy s využitím časoprostorových kódů pouze s jednou přijímací anténou.

2xSMX nebo STC + 2xMRC

Síť WiMAX využívá prostorový multiplex

Jedním konkrétním využitím prostorového multiplexování je jeho použití u uživatelů, kteří mají nejlepší kvalitu signálu, takže jejich přenosu je věnováno méně času. Uživatelé, jejichž kvalita signálu je příliš nízká na to, aby bylo možné vyřešit prostorově multiplexované signály, zůstávají u konvenčního přenosu. To umožňuje operátorovi nabídnout vyšší rychlost přenosu dat některým uživatelům a / nebo obsluhovat více uživatelů. Mechanismus dynamického vyjednávání specifikace WiMAX pomáhá toto použití povolit.

WiMAX MISO / MIMO se čtyřmi anténami

Specifikace 802.16 také podporuje použití čtyř antén. Jsou podporovány tři konfigurace.

Režim čtyř antén WiMAX 1

S rychlostí = 1 pomocí čtyř antén se data přenášejí čtyřikrát na symbol, přičemž pokaždé, když jsou data konjugována a / nebo invertována. To nemění datovou rychlost, ale dává signálu větší robustnost a zabrání náhlému zvýšení chybovosti.

Režim čtyř antén WiMAX 2

Při rychlosti = 2 při použití čtyř antén se datová rychlost pouze zdvojnásobí, ale zvyšuje se robustnost, protože stejná data se přenášejí dvakrát ve srovnání s pouze jednou při použití dvou antén.

Režim Matrix C se čtyřmi anténami WiMAX

Třetí konfigurace, která je k dispozici pouze pomocí čtyř antén, je Matrix C, kde se přenáší odlišný datový bit ze čtyř antén na symbol, což mu dává čtyřnásobek základní datové rychlosti.

**Porovnání STC a SMX**

Rychlost přenosu dat
		1x	2x	4x
	4	STC (Matice A)	STC a SMX (Matice B)	Pouze SMX (Matice C)
Počet Vysílejte antény	2	STC (Matice A)	SMX (Matice B)	nemožné
	1	Základní případ	nemožné	nemožné

**Porovnání počtu vysílacích a přijímacích antén**

Rx
		1	2	3	4
	4	STC (Matice A)	2xSMX (Matrix B) STC + 2xMRC (Matrix A)	2xSMX (Matrix B) STC + 3xMRC (Matrix A)	4xSMX (Matice C)
Tx	2	STC (Matice A)	2xSMX (Matrix B) STC + 2xMRC (Matrix A)	2xSMX (Matrix B) STC + 3xMRC (Matrix A)	STC + 4xMRC (Matice A)
	1	Základní případ	Uplink: Uplink Collaborative MIMO Downlink: MRC	MRC	MRC

Poznámka: MRC (Maximum Ratio Combining) je podle uvážení dodavatele a zlepšuje rychlost a rozsah. Ve WiMAX se MRC na základní stanici někdy označuje také jako příjem paprsků.

Viz také: Kódování časoprostoru a Prostorový multiplex

Další pokročilé techniky MIMO aplikované na WiMAX

Uplink Collaborative MIMO

MS prostorově nekorelované
/ Bez trestu za výkon 3 dB

Příbuzná technika se nazývá Uplink Collaborative MIMO, kde uživatelé vysílají současně na stejné frekvenci. Tento typ prostorového multiplexování zlepšuje propustnost sektoru, aniž by bylo zapotřebí více vysílacích antén v mobilním zařízení. Běžnou metodou, která není MIMO pro toto v OFDMA, je plánování různých mobilních stanic v různých bodech v časové a frekvenční mapě OFDMA. Collaborative Spatial Multiplexing (Collaborative MIMO) je srovnatelný s běžným prostorovým multiplexováním, kdy se více datových toků přenáší z více antén na stejném zařízení.

WiMAX Uplink Collaborative MIMO

V případě WiMAX „Uplink Collaborative MIMO je prostorové multiplexování se dvěma různými zařízeními, každé s jednou anténou. Tato vysílací zařízení spolupracují v tom smyslu, že obě zařízení musí být synchronizována v čase a frekvenci, aby k záměrnému překrytí došlo za kontrolovaných okolností. Tyto dva datové proudy se pak budou navzájem rušit. Pokud je kvalita signálu dostatečně dobrá a přijímač v základnové stanici má alespoň dvě antény, lze oba datové toky znovu oddělit. Tato technika se někdy také nazývá Virtual Spatial Multiplexing.

Další rádiové techniky související s MIMO aplikované na WiMAX

Adaptivní anténní řízení (AAS), aka Beamforming

Technika související s MIMO, kterou lze použít s WiMAX, se nazývá AAS nebo Tvarování paprsku. Je použito více antén a více signálů, které pak tvarují paprsek se záměrem zlepšit přenos do požadované stanice. Výsledkem je snížené rušení, protože je zvýšen signál směřující k požadovanému uživateli a je snížen signál směřující k dalším uživatelům.

Cyklické zpoždění rozmanitosti

Další technika související s MIMO, kterou lze použít v systémech WiMAX, ale která je mimo rozsah specifikace 802.16, je známá jako Cyklické zpoždění rozmanitosti. V této technice je jeden nebo více signálů zpožděno před přenosem. Protože signály vycházejí ze dvou antén, jejich příjem spektra se liší, protože každé spektrum je charakterizováno hrbolky a zářezy v důsledku blednutí více cest. U přijímače se signály kombinují, což zlepšuje příjem, protože společný příjem má za následek mělčí spektrální hrby a méně spektrálních zářezů. Čím blíže se signál může přiblížit k plochému kanálu při určité úrovni výkonu, tím vyšší propustnost lze dosáhnout.

Test rádiové shody WiMAX MIMO

The Fórum WiMax má soubor standardizovaných postupy zkoušky shody pro PHY a MAC soulad se specifikacemi nazývaný Radio Conformance Test (RCT). Jakýkoli technologický aspekt konkrétní implementace rádiového rozhraní musí nejprve projít RCT. Obecně lze předpokládat, že jakýkoli aspekt standardu IEEE 802.16, který nemá testovací postup v RCT, dosud nebyl široce implementován.

Silikonové implementace WiMAX MIMO

Mezi společnosti, které vyrábějí RFIC podporující WiMAX MIMO, patří Intel, Beceem [1], NXP Semiconductors a PMC-Sierra.

Viz také

Reference

Louay M.A. Jalloul a Sam. P. Alex, „Metodika hodnocení a výkon systému IEEE 802.16e“, představen Společnosti pro komunikaci a zpracování signálu IEEE, společná kapitola Orange County (ComSig), 7. prosince 2006. Dostupné na: http://chapters.comsoc.org/comsig/meet.html
Alex, S.P .; Jalloul, L.M.A .; „Performance Evaluation of MIMO in IEEE802.16e / WiMAX,“ IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing, vol.2, no.2, pp. 181–190, duben 2008

^ „2.7.1 Propustnost a spektrální účinnost“. wimax.com. Citováno 2008-03-03.

externí odkazy

[ref1-1] „2.7.1 Propustnost a spektrální účinnost“. wimax.com. Citováno 2008-03-03.

[1]