Multiple-input multiple-output: Porovnání verzí

Smazaný obsah Přidaný obsah

V textu

Aktuální verze z 7. 12. 2023, 09:48

Multiple-input multiple-output (MIMO, česky více vstupů více výstupů) je metoda zvýšení kapacity rádiového přenosu dat pomocí více vysílacích a přijímajících antén pomocí využití vícecestného šíření rádiového signálu^[1] na stejném kanálu (frekvenci). Technologie MIMO zvyšuje datovou propustnost při zachování šířky pásma a celkového výdeje vyzařované energie a zefektivňuje tak využití rádiového spektra u systémů jako je Wi-Fi (IEEE 802.11n od roku 2009) nebo mobilní sítě (3G od roku 2000).

Charakteristika

Rádiová komunikace s využitím MIMO se stalo základním prvkem více nezávislých technologií: Wi-Fi standardu IEEE 802.11n (Wi-Fi 4 z roku 2009) a novějších, HSPA+ (3G), WiMAX a LTE. U předchozí technologie SISO (Single-Input Single-Output, tedy jeden vstup jeden výstup) bylo největším problémem rušení, které bylo způsobeno odrazy rádiem vyslaných signálů od překážek a okolního prostředí, které způsobovaly zvýšení chybovosti, snížení přenosové rychlosti nebo až nemožnost vlastní komunikace (tj. nečitelnost příchozích signálů). U nové technologie MIMO byla vlastnost vícecestného šíření rádiového signálu naopak využita nejen ke zvýšení datové propustnosti, ale i zlepšení dosahu a kvality přijímaného signálu a tím i snížení počtu chyb při přenosu dat.

MIMO využívá více antén na straně vysílače i přijímače pro využití OFDM modulace a to nikoliv k paralelnímu vysílaní dat na odlišných kanálech, ale k formování přenášeného signálu (vysíláním na stejné nebo jen málo odlišné frekvenci). ODFM modulace umožňuje kódovat do zvoleného signálu více informací najednou a následně tak zvýšit nejen datovou propustnost, ale i zachování kvality (resp. čitelnosti) signálu na straně příjemce přes vlivy odrazů i rušení.

Lepších výsledků je u MIMO dosaženo, pokud jsou antény navzájem natočeny o 45° až 90° (kvůli odlišné polarizaci),^[2] ale není to podmínkou. Počet antén a jejich orientaci doporučuje výrobce s ohledem na dosažení požadovaných výsledků. Například kvůli úspoře místa jsou v malých USB zařízeních nebo mobilních telefonech antény orientovány shodně, ale jsou alespoň kousek od sebe vzdáleny, přestože jsou uloženy ve stejném pouzdře.

MIMO je odlišné od technik jako je beamforming nebo použití více antén pro zvýšení kvality a spolehlivosti rádiového přenosu (potlačením vícecestného šíření), tzv. antenna diversity.

Historie

Počátky MIMO spadají až do roku 1970. V roce 1984 vytvořil Jack Winters z Bellových laboratoří první dokumenty, týkající se rádiové komunikace za použití více antén. Jack Salz, také z Bellových laboratoří, zveřejnil článek týkající se MIMO technologie v roce 1985. Článek byl založen Wintersově výzkumu.

V roce 2007 bylo MIMO implementováno v konfiguraci 3×3 (propustnost až 450 Mbps), standard IEEE 802.11n (Wi-Fi 4) byl vydán v roce 2009.

Kódování

Vstupně-výstupní vztah v MIMO systémech s $N_{v}$ vysílacími anténami a $N_{p}$ přijímajícími lze popsat následovně: $\mathbf {y} =\mathbf {HWx} +\mathbf {n}$ , kde $\mathbf {x}$ je $N_{s}\times 1$ vektor vysílaných znaků, $\mathbf {y}$ je $N_{p}\times 1$ vektor přijímaných znaků a $\mathbf {n}$ je $N_{p}\times 1$ vektor přijímaného šumu; $\mathbf {H}$ je $N_{p}\times N_{v}$ matice koeficientů kanálu a $\mathbf {W}$ je $N_{v}\times N_{s}$ lineární předkódová matice. Vysílací symboly jsou tedy $N_{s}$ -násobně prostorově vynásobené nad MIMO kanálem, jinými slovy, $N_{s}$ proudů je vysíláno paralelně, což teoreticky vede k $N_{s}$ -násobnému zvýšení prostorové efektivity. Lineární předkódování implikuje, že předkódová matice $W$ je použita k předkódování vektorů symbolů ke zvýšení výkonu. Sloupcová dimenze $N_{s}$ matice $W$ může být zvolena menší než $N_{v}$ , což je užitečné, pokud kanál nemůže přenášet $N_{s}$ proudů.

Odkazy

Reference

↑ LIPFERT, Hermann. MIMO OFDM Space Time Coding – Spatial Multiplexing, Increasing Performance and Spectral Efficiency in Wireless Systems, Part I Technical Basis [online]. Institut für Rundfunktechnik, August 2007. Dostupné online.
↑ KRUMBEIN, Adam. Understanding the Basics of MIMO Communication Technology [online]. Southwest Antennas, en [cit. 2022-09-19]. Dostupné online.

Související články

Wi-Fi (IEEE 802.11)
WiMAX

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu Multiple-input multiple-output na Wikimedia Commons

[1] LIPFERT, Hermann. MIMO OFDM Space Time Coding – Spatial Multiplexing, Increasing Performance and Spectral Efficiency in Wireless Systems, Part I Technical Basis [online]. Institut für Rundfunktechnik, August 2007. Dostupné online.

[2] KRUMBEIN, Adam. Understanding the Basics of MIMO Communication Technology [online]. Southwest Antennas, en [cit. 2022-09-19]. Dostupné online.

[1]

[2]

@@ Řádek 1: / Řádek 1: @@
+'''Multiple-input multiple-output''' (MIMO, česky ''více vstupů více výstupů)'' je metoda zvýšení kapacity [[Rádiové vlny|rádiového]] přenosu [[Data|dat]] pomocí více [[Rádiový vysílač|vysílacích]] a [[Rádiový přijímač|přijímajících]] [[Anténa|antén]] pomocí využití vícecestného šíření [[Rádiové vlny|rádiového signálu]]<ref>{{cite web |first=Hermann |last= Lipfert | title= MIMO OFDM Space Time Coding – Spatial Multiplexing, Increasing Performance and Spectral Efficiency in Wireless Systems, Part I Technical Basis |institution= Institut für Rundfunktechnik | url= http://www.irt.de/webarchiv/showdoc.php?z=OTAyIzEwMDYwMTMxMCNwZGY= |year=August 2007 }}</ref> na stejném [[Kanál (telekomunikace)|kanálu]] ([[Frekvence|frekvenci]]). Technologie MIMO zvyšuje [[Přenosová rychlost|datovou propustnost]] při zachování šířky pásma a celkového výdeje vyzařované energie a zefektivňuje tak využití [[Rádiové spektrum|rádiového spektra]] u systémů jako je [[Wi-Fi]] ([[IEEE 802.11|IEEE 802.11n]] od roku 2009) nebo [[Mobilní síť|mobilní sítě]] ([[3G]] od roku 2000).
-'''Multiple-input multiple-output''' (MIMO), česky ''více vstupů více výstupů'', je abstraktní matematický model pro multi-anténní komunikační systémy. Během posledních let se výrazněji používá MIMO technologie v oblasti [[rádiové komunikace]] pro významný nárůst datové propustnosti a dosahu při zachování šířky pásma a celkového výdeje vyzařovací energie. Obecně MIMO technologie zefektivňuje spektrální využití rádiových systémů.
+== Charakteristika ==
-MIMO rádiová komunikace využívá fenoménu [[vícecestného šíření|vícecestné šíření]] k zvýšení propustnosti a dosahu nebo k snížení počtu přenosových bitových chyb, místo snahy o eliminaci efektu vícecestné propagace o kterou se snaží tradiční ''Single-Input Single-Output'' (SISO), česky ''jeden vstup jeden výstup'', komunikační systémy.
+Rádiová komunikace s využitím MIMO se stalo základním prvkem více nezávislých technologií: [[Wi-Fi]] standardu [[IEEE 802.11|IEEE 802.11n]] (Wi-Fi 4 z roku 2009) a novějších, [[Evolved High Speed Packet Access|HSPA+]] (3G), [[WiMAX]] a [[Long Term Evolution|LTE]]. U předchozí technologie SISO (''Single-Input Single-Output'', tedy jeden vstup jeden výstup) bylo největším problémem rušení, které bylo způsobeno odrazy rádiem vyslaných signálů od překážek a okolního prostředí, které způsobovaly zvýšení chybovosti, snížení přenosové rychlosti nebo až nemožnost vlastní komunikace (tj. nečitelnost příchozích signálů). U nové technologie MIMO byla vlastnost [[Vícecestné šíření|vícecestného šíření]] rádiového signálu naopak využita nejen ke zvýšení datové propustnosti, ale i zlepšení dosahu a kvality přijímaného signálu a tím i snížení počtu chyb při přenosu dat.
+MIMO využívá více antén na straně vysílače i přijímače pro využití [[OFDM|OFDM modulace]] a to nikoliv k paralelnímu vysílaní dat na odlišných kanálech, ale k formování přenášeného signálu (vysíláním na stejné nebo jen málo odlišné frekvenci). ODFM modulace umožňuje kódovat do zvoleného signálu více informací najednou a následně tak zvýšit nejen datovou propustnost, ale i zachování kvality (resp. čitelnosti) signálu na straně příjemce přes vlivy odrazů i rušení.
-MIMO technologie může být také využita ve spojení s [[OFDM]] jakožto části [[WiMAX]] standardu a bude součástí [[IEEE 802.11n]] standardu vysoké propustnosti, jehož dokončení se očekává v roce [[2009]]. Již v [[2007]] byl implementován v konfiguraci 3X3 (propustnost až 450Mbit). Standardizace MIMO technologie bude použita v 3G standardech jako je [[HSDPA]].
+Lepších výsledků je u MIMO dosaženo, pokud jsou antény navzájem natočeny o 45° až 90° (kvůli odlišné polarizaci),<ref>{{Citace elektronické monografie
-==Historie MIMO komunikace==
+| příjmení = Krumbein
-Počátky MIMO spadají až do roku [[1970]]. V roce [[1984]] vytvořil Jack Winters z Bellových laboratoří první dokumenty, týkající se rádiové komunikace za použití více antén. Jack Salz, také z Bellových laboratoří, zveřejnil článek týkající se MIMO technologie v roce [[1985]]. Článek byl založen Wintersově výzkumu.
+| jméno = Adam
+| titul = Understanding the Basics of MIMO Communication Technology
+| url = https://www.rfmw.com/data/swa-mimo-basics.pdf
+| vydavatel = Southwest Antennas
+| datum vydání = en
+| datum přístupu = 2022-09-19
+}}</ref> ale není to podmínkou. Počet antén a jejich orientaci doporučuje výrobce s ohledem na dosažení požadovaných výsledků. Například kvůli úspoře místa jsou v malých USB zařízeních nebo mobilních telefonech antény orientovány shodně, ale jsou alespoň kousek od sebe vzdáleny, přestože jsou uloženy ve stejném pouzdře.
+MIMO je odlišné od technik jako je [[beamforming]] nebo použití více antén pro zvýšení kvality a spolehlivosti rádiového přenosu (potlačením vícecestného šíření), tzv. [[antenna diversity]].
-==Kódování==
+== Historie ==
+Počátky MIMO spadají až do roku [[1970]]. V roce [[1984]] vytvořil Jack Winters z [[Bellovy laboratoře|Bellových laboratoří]] první dokumenty, týkající se rádiové komunikace za použití více antén. Jack Salz, také z Bellových laboratoří, zveřejnil článek týkající se MIMO technologie v roce [[1985]]. Článek byl založen Wintersově výzkumu.
+V roce 2007 bylo MIMO implementováno v konfiguraci 3×3 (propustnost až 450 Mbps), standard [[IEEE 802.11|IEEE 802.11n]] (Wi-Fi 4) byl vydán v roce 2009.
+== Kódování ==
 Vstupně-výstupní vztah v MIMO systémech s <math>N_v</math> vysílacími anténami a <math>N_p</math> přijímajícími lze popsat následovně:
+<math>\mathbf{y}=\mathbf{HWx}+\mathbf{n}</math>, kde <math>\mathbf{x}</math> je <math>N_s\times 1</math> vektor vysílaných znaků, <math>\mathbf{y}</math> je <math>N_p\times 1</math> vektor přijímaných znaků a <math>\mathbf{n}</math> je <math>N_p\times 1</math> vektor přijímaného šumu; <math>\mathbf{H}</math> je <math>N_p\times N_v</math> matice koeficientů kanálu a <math>\mathbf{W}</math> je <math>N_v\times N_s</math> lineární předkódová matice. Vysílací symboly jsou tedy <math>N_s</math>-násobně prostorově vynásobené nad MIMO kanálem, jinými slovy, <math>N_s</math> proudů je vysíláno paralelně, což teoreticky vede k <math>N_s</math>-násobnému zvýšení prostorové efektivity.
-<math>\mathbf{y}=\mathbf{HWx}+\mathbf{n}</math>
-, kde <math>\mathbf{x}</math> je <math>N_s\times 1</math> vektor vysílaných znaků, <math>\mathbf{y}</math> je <math>N_p\times 1</math> vektor přijímaných znaků a <math>\mathbf{n}</math> je <math>N_p\times 1</math> vektor přijímaného šumu; <math>\mathbf{H}</math> je <math>N_p\times N_v</math> matice koeficientů kanálu a <math>\mathbf{W}</math> je <math>N_v\times N_s</math> lineární předkódová matice. Vysílací symboly jsou tedy <math>N_s</math>-násobně prostorově vynásobené nad MIMO kanálem, jinými slovy, <math>N_s</math> proudů je vysíláno paralelně, což teoreticky vede k <math>N_s</math>-násobnému zvýšení prostorové efektivity.
 Lineární předkódování implikuje, že předkódová matice <math>W</math> je použita k předkódování vektorů symbolů ke zvýšení výkonu. Sloupcová dimenze <math>N_s</math> matice <math>W</math> může být zvolena menší než <math>N_v</math>, což je užitečné, pokud kanál nemůže přenášet <math>N_s</math> proudů.
 == Odkazy ==
+=== Reference ===
+<references />
 === Související články ===
 * [[Wi-Fi]] ([[IEEE 802.11]])
 * [[WiMAX]]
+=== Externí odkazy ===
-[[Kategorie:Počítačové sítě]]
+* {{Commonscat}}
+{{Autoritní data}}
-[[de:MIMO (Nachrichtentechnik)]]
-[[en:MIMO]]
+[[Kategorie:Počítačové sítě]]
-[[es:MIMO]]
+[[Kategorie:Správa rádiových prostředků]]
-[[fa:مایمو]]
+[[Kategorie:Řídicí inženýrství]]
-[[fi:MIMO]]
+[[Kategorie:Anglická slova a fráze]]
-[[fr:MIMO (télécommunications)]]
-[[he:MIMO]]
-[[hr:MIMO]]
-[[it:Multiple-input and multiple-output]]
-[[ko:MIMO]]
-[[lt:MIMO]]
-[[nl:MIMO]]
-[[pl:Multiple Input Multiple Output]]
-[[pt:MIMO]]
-[[ru:MIMO]]
-[[sv:Multiple Input Multiple Output]]
-[[zh:MIMO]]