Mehrbenutzer-MIMO - Multi-user MIMO

Multi-User-MIMO ( MU-MIMO ) ist eine Reihe von MIMO-Technologien ( Multiple Input and Multiple Output ) für die drahtlose Mehrwegekommunikation , bei denen mehrere Benutzer oder Terminals, die jeweils über eine oder mehrere Antennen funken, miteinander kommunizieren. Im Gegensatz dazu umfasst Einzelbenutzer-MIMO (SU-MIMO) einen einzelnen Benutzer oder ein Terminal mit mehreren Antennen, die mit genau einem anderen ähnlich ausgestatteten Knoten kommunizieren. Analog zu , wie OFDMA Mehrfachzugriffsfähigkeit fügt OFDM in dem zellularen Kommunikations-Bereich, fügt MU-MIMO Multiple-User - Fähigkeit in dem drahtlosen MIMO Realm.

SDMA, massives MIMO, koordiniertes Multipoint (CoMP) und Ad-hoc-MIMO sind alle mit MU-MIMO verwandt. Jede dieser Technologien nutzt häufig räumliche Freiheitsgrade, um Benutzer zu trennen.

Technologie

MU-MIMO nutzt mehrere Benutzer als räumlich verteilte Übertragungsressourcen auf Kosten einer etwas teureren Signalverarbeitung. Im Vergleich dazu umfasst herkömmliches Einzelbenutzer- MIMO (SU-MIMO) ausschließlich Mehrantennenabmessungen für lokale Geräte. MU-MIMO-Algorithmen verbessern MIMO-Systeme, bei denen Verbindungen zwischen Benutzern mehr als eins zählen. MU-MIMO kann in zwei Kategorien verallgemeinert werden: MIMO-Broadcast-Kanäle (MIMO BC) und MIMO-Mehrfachzugriffskanäle (MIMO MAC) für Downlink- bzw. Uplink-Situationen. Auch im Vergleich kann SU-MIMO als paarweises Punkt-zu-Punkt-MIMO dargestellt werden.

Um die Mehrdeutigkeit der Wörter Empfänger und Sender zu beseitigen , können wir die Begriffe Zugangspunkt (AP) oder Basisstation und Benutzer verwenden . Ein AP ist der Sender und ein Benutzer der Empfänger für Downlink-Verbindungen und umgekehrt für Uplink-Verbindungen. Homogene Netzwerke werden von dieser Unterscheidung befreit, da sie tendenziell bidirektional sind.

MIMO-Sendung (MIMO BC)

Mehrbenutzer-MIMO-System: MIMO BC-Gehäuse
Beispiel der blockdiagonalisierten Realwert-Kanalmatrix (8 Sendeantennen an der Basisstation, 3 Benutzergeräte).

MIMO BC stellt einen MIMO-Downlink-Fall dar, bei dem ein einzelner Sender an mehrere Empfänger innerhalb des drahtlosen Netzwerks sendet. Beispiele für die erweiterte Sendeverarbeitung für MIMO BC sind die störungsbewusste Vorcodierung und die SDMA-basierte Downlink-Benutzerplanung. Für die erweiterte Sendeverarbeitung muss qfz am Sender (CSIT) bekannt sein. Das heißt, die Kenntnis der CSIT ermöglicht eine Verbesserung des Durchsatzes, und Methoden zur Erlangung der CSIT werden von erheblicher Bedeutung. MIMO BC-Systeme haben einen herausragenden Vorteil gegenüber Punkt-zu-Punkt-SU-MIMO-Systemen, insbesondere wenn die Anzahl der Antennen am Sender oder AP größer ist als die Anzahl der Antennen an jedem Empfänger (Benutzer). Die Kategorien von Vorcodierungstechniken, die von MIMO BC verwendet werden können, umfassen eine, die schmutzige Papiercodierung (DPC) und lineare Techniken verwendet, und zwei hybride (analoge und digitale) Techniken.

MIMO MAC

Umgekehrt stellt der MIMO-Mehrfachzugriffskanal oder MIMO-MAC einen MIMO-Uplink-Fall im drahtlosen Netzwerk mit mehreren Sendern und einzelnen Empfängern dar. Beispiele für die erweiterte Empfangsverarbeitung für MIMO MAC sind die gemeinsame Störungsunterdrückung und die SDMA-basierte Uplink-Benutzerplanung. Für eine erweiterte Empfangsverarbeitung muss der Empfänger die Kanalzustandsinformationen am Empfänger (CSIR) kennen. CSIR zu kennen ist im Allgemeinen einfacher als CSIT zu kennen. Das Wissen um CSIR kostet jedoch eine Menge Uplink-Ressourcen, um dedizierte Piloten von jedem Benutzer an den AP zu übertragen. MIMO MAC-Systeme übertreffen Punkt-zu-Punkt-MIMO-Systeme, insbesondere wenn die Anzahl der Empfängerantennen an einem AP größer ist als die Anzahl der Sendeantennen an jedem Benutzer.

Cross-Layer-MIMO

Cross-Layer-MIMO verbessert die Leistung von MIMO-Verbindungen, indem bestimmte Cross-Layer-Probleme gelöst werden, die auftreten können, wenn MIMO-Konfigurationen in einem System verwendet werden. Cross-Layer-Techniken können ebenfalls verwendet werden, um die Leistung von SISO-Links zu verbessern. Beispiele für schichtübergreifende Techniken sind Joint Source-Channel-Codierung, adaptive Modulation und Codierung (AMC oder "Link Adaptation"), Hybrid ARQ (HARQ) und Benutzerplanung.

Mehrbenutzer zu Mehrbenutzer

Das stark miteinander verbundene drahtlose Ad-hoc-Netzwerk erhöht die Flexibilität des drahtlosen Netzwerks auf Kosten einer erhöhten Mehrbenutzerinterferenz. Um die Störfestigkeit zu verbessern, haben sich PHY / MAC-Schichtprotokolle von wettbewerbsbasiertem zu kooperativem Senden und Empfangen entwickelt. Kooperative drahtlose Kommunikation kann tatsächlich Störungen ausnutzen, einschließlich Selbststörungen und anderer Benutzereingriffe. Bei der kooperativen drahtlosen Kommunikation kann jeder Knoten Selbstinterferenz und andere Benutzerinterferenzen verwenden, um die Leistung der Datencodierung und -decodierung zu verbessern, während herkömmliche Knoten im Allgemeinen darauf ausgerichtet sind, die Interferenz zu vermeiden. Wenn beispielsweise eine starke Interferenz decodierbar ist, decodiert ein Knoten die starke Interferenz und löscht sie, bevor das Selbstsignal decodiert wird. Die Minderung niedriger Carrier-Over-Interference (CoI) -Verhältnisse kann in kooperativen Systemen über PHY / MAC / Application-Netzwerkschichten hinweg implementiert werden.

  • Kooperative Mehrantennenforschung - Wenden Sie Mehrantennentechnologien in Situationen an, in denen Antennen auf benachbarte Funkendgeräte verteilt sind.
  • Kooperatives Relais - Wenden Sie kooperative Konzepte auf Relaistechniken an, die in Bezug auf die kooperative Signalisierung der kooperativen Vielfalt ähneln. Das Hauptkriterium der kooperativen Weiterleitung ist jedoch die Verbesserung des Kompromissbereichs zwischen Verzögerung und Leistung, während das der kooperativen Diversity und MIMO die Verbesserung der Verbindungs- und Systemleistung auf Kosten eines minimalen Kooperationsverlusts ist.
  • Weiterleitungstechniken für die Zusammenarbeit
    • Speichern und Weiterleiten (S & F), Verstärken und Weiterleiten (A & F), Decodieren und Weiterleiten (D & F), codierte Zusammenarbeit, räumlich codierte Zusammenarbeit, Komprimieren und Weiterleiten (C & F), nicht orthogonale Methoden

Genossenschaft MIMO (CO-MIMO)

Hauptartikel: Genossenschaft MIMO

CO-MIMO , auch bekannt als Netzwerk-MIMO ( net-MIMO ) oder Ad-hoc-MIMO , verwendet verteilte Antennen, die anderen Benutzern gehören, während herkömmliches MIMO, dh Einzelbenutzer-MIMO, nur Antennen verwendet, die zum lokalen Terminal gehören. CO-MIMO verbessert die Leistung eines drahtlosen Netzwerks durch die Einführung mehrerer Antennenvorteile wie Diversity, Multiplexing und Beamforming . Wenn das Hauptinteresse vom Diversitätsgewinn abhängt, spricht man von kooperativer Diversität . Es kann als eine Form der Makrodiversität beschrieben werden , die beispielsweise bei der weichen Übergabe verwendet wird . Kooperatives MIMO entspricht der Makrodiversität oder dem Simulcasting des Senders . Eine einfache Form, die keine erweiterte Signalverarbeitung erfordert, sind Einzelfrequenznetze (SFN), die insbesondere im drahtlosen Rundfunk verwendet werden. SFNs in Kombination mit kanaladaptiver oder verkehrsadaptiver Planung werden als dynamische Einzelfrequenznetze (DSFN) bezeichnet.

CO-MIMO ist eine Technik, die für zukünftige Mobilfunknetze nützlich ist, die drahtlose Mesh-Netzwerke oder drahtlose Ad-hoc-Netzwerke in Betracht ziehen . In drahtlosen Ad-hoc-Netzwerken kommunizieren mehrere Sendeknoten mit mehreren Empfangsknoten. Um die Kapazität von Ad-hoc-Kanälen zu optimieren, können MIMO-Konzepte und -Techniken auf mehrere Verbindungen zwischen den Sende- und Empfangsknotenclustern angewendet werden. Im Gegensatz zu mehreren Antennen in einem Einzelbenutzer-MIMO-Transceiver befinden sich die teilnehmenden Knoten und ihre Antennen verteilt. Um die Kapazität dieses Netzwerks zu erreichen, sind Techniken zur Verwaltung verteilter Funkressourcen unerlässlich. Strategien wie die autonome Interferenzerkennung , die Knotenzusammenarbeit und die Netzwerkcodierung mit Dirty-Paper-Codierung wurden vorgeschlagen, um die drahtlose Netzwerkkapazität zu optimieren.

Siehe auch

Verweise

Externe Links