3.2.1. Принципы построения MIMO-системы связи

Блок-схема MIMO-системы связи с передающими и приемными антеннами при приведена на рис. 3.3. На ней входной поток данных делится на подпотоков.

Рис. 3.3. Блок-схема MIMO-системы связи

Рис. 3.3. Блок-схема MIMO-системы связи

Последовательно-параллельный демультиплексор на рис. 3.3 выполняет это разделение. Каждый подпоток после кодирования и модуляции излучается отдельной антенной. Причем все подпотоков излучаются одновременно в одной и той же полосе частот. Для всех подпотоков могут использоваться идентичные коды и модуляторы.

Излученные потоков создают сигналы в каждой из приемных антенн. То есть сигнал в каждой приемной антенне — это смесь излученных сигналов, умноженных на комплексные передаточные функции от соответствующих передающих антенн к рассматриваемой приемной антенне. Иначе говоря, вектор принятых сигналов представляет произведение матрицы канала на вектор излученных сигналов. Матрица канала измеряется перед передачей информации и считается известной в приемнике.

Далее в приемнике решается задача разделения и оценки излученных сигналов. Для этого нужно решить систему из уравнений с неизвестными. При можно воспользоваться матрицей, обратной матрице канала. При можно применить обобщенную инверсию, получающуюся при решении системы методом наименьших квадратов - MMSE (Minimum Mean – Square Error). На рис. 3.3 блок, выделяющий подпотоков из принятых сигналов, назван пространственным декодером. Далее каждый подпоток подается на демодулятор и декодер.

Организованная таким образом MIMO – система связи обеспечивает передачу информации по пространственным каналам. Причем все каналы работают в одной и той же полосе частот и разделяются только за счет пространственного разнесения излучающих и приемных антенн. Рассмотренная на рис. 3.3 МIMO система аналогична системе связи с фидерами. Традиционная (SISO – Single Input Suingle Output) система связи с одним пространственным каналом - это аналог проводной системы с одним фидером. Это сравнение MIMO- и SISO-систем иллюстрирует рис. 3.4.

Рис. 3.4. Многопроводная и однопроводная линии связи – аналоги MIMO- и SISCO-систем связи

Рис. 3.4. Многопроводная и однопроводная линии связи – аналоги MIMO- и SISCO-систем связи

Можно также дать иное пояснение принципу работы MIMO - системы на рис. 3.3, которое в большей степени опирается на физику и в меньшей – на математику. Приемную антенную систему на рис. 3.3 вместе с пространственным декодером можно рассматривагь как антенную решетку с многолучевой диаграммой направленности. Причем каждый из лучей формируется так, чтобы он был направлен только на одну приемную антенну, на все остальные антенны должны быть направлены нули сформированного луча. На рис. 3.5 схематично показана двухлучевая диаграмма направленности с темным и светлым лучами.

Рис. 3.5. Физическая иллюстрация разделения пространственно разнесенных источников

Рис. 3.5. Физическая иллюстрация разделения пространственно разнесенных источников

Темный луч обеспечивает прием сигнала от первой передающей антенны и не принимает сигналы второй антенны. Светлый луч, наоборот, принимает сигналы только от второй передающей антенны. В этой трактовке пространственное разделение источников объяснятся сложным характером диаграммы направленности антенной системы приемника. Конечно, следует учитывать, что в формировании диаграммы участвуют не только приемных антенн, но и многолучевая среда распространения волн. Приемник должен следить за изменением среды и постоянно менять положение лучей в пространстве.

Возможность одновременной передачи информации по нескольким пространственным каналам объясняет высокую спектральную эффективность многоантенных систем и пристальное внимание к ним со стороны разработчиков высокоскоростных систем радиосвязи.

Основы теории мобильной и беспроводной связи


*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.