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Multiplexage spatial MIMO

Multiplexage spatial MIMO

L'un des principaux avantages du multiplexage spatial MIMO est le fait qu'il est capable de fournir une capacité de données supplémentaire. Le multiplexage spatial MIMO y parvient en utilisant les chemins multiples et en les utilisant efficacement comme "canaux" supplémentaires pour transporter des données.

La quantité maximale de données pouvant être transportées par un canal radio est limitée par les limites physiques définies par la loi de Shannon.

Loi de Shannon et multiplexage spatial MIMO

Comme dans de nombreux domaines de la science, il existe des limites théoriques, au-delà desquelles il n'est pas possible de procéder. Cela est vrai pour la quantité de données qui peuvent être transmises le long d'un canal spécifique en présence de bruit. La loi qui régit cela s'appelle la loi de Shannon, du nom de l'homme qui l'a formulée. Ceci est particulièrement important car la technologie sans fil MIMO fournit une méthode non pas pour enfreindre la loi, mais pour augmenter les débits de données au-delà de ceux possibles sur un seul canal sans son utilisation.

La loi de Shannon définit la vitesse maximale à laquelle des données sans erreur peuvent être transmises sur une bande passante donnée en présence de bruit. Il est généralement exprimé sous la forme:

C = W log2(1 + S / N)

Où C est la capacité du canal en bits par seconde, W est la bande passante en Hertz et S / N est le SNR (rapport signal / bruit).

À partir de là, on peut voir qu'il existe une limite ultime sur la capacité d'un canal avec une bande passante donnée. Cependant, avant d'atteindre ce point, la capacité est également limitée par le rapport signal sur bruit du signal reçu.

Compte tenu de ces limites, de nombreuses décisions doivent être prises sur la manière dont une transmission est effectuée. Le schéma de modulation peut jouer un rôle majeur à cet égard. La capacité du canal peut être augmentée en utilisant des schémas de modulation d'ordre supérieur, mais ceux-ci nécessitent un meilleur rapport signal sur bruit que les schémas de modulation d'ordre inférieur. Ainsi, un équilibre existe entre le débit de données et le taux d'erreur admissible, le rapport signal sur bruit et la puissance qui peut être transmise.

Si certaines améliorations peuvent être apportées en termes d'optimisation du schéma de modulation et d'amélioration du rapport signal sur bruit, ces améliorations ne sont pas toujours faciles ou bon marché et elles constituent invariablement un compromis, équilibrant les différents facteurs impliqués. Il est donc nécessaire d'examiner d'autres moyens d'améliorer le débit de données pour les canaux individuels. MIMO est un moyen d'améliorer les communications sans fil et, par conséquent, suscite un intérêt considérable.

Multiplexage spatial MIMO

Pour tirer parti de la capacité de débit supplémentaire, MIMO utilise plusieurs ensembles d'antennes. Dans de nombreux systèmes MIMO, seuls deux sont utilisés, mais il n'y a aucune raison pour laquelle d'autres antennes ne peuvent pas être utilisées et cela augmente le débit. Dans tous les cas, pour le multiplexage spatial MIMO, le nombre d'antennes de réception doit être égal ou supérieur au nombre d'antennes d'émission.

Pour tirer parti du débit supplémentaire offert, les systèmes sans fil MIMO utilisent une approche mathématique matricielle. Flux de données t1, t2,. tn peut être transmis depuis les antennes 1, 2,. n. Ensuite, il existe une variété de chemins qui peuvent être utilisés avec chaque chemin ayant des propriétés de canal différentes. Pour permettre au récepteur de pouvoir différencier les différents flux de données, il est nécessaire d'utiliser. Ceux-ci peuvent être représentés par les propriétés h12, allant de l'antenne d'émission 1 à l'antenne de réception 2 et ainsi de suite. De cette manière, pour un système à trois antennes d'émission, trois antennes de réception, une matrice peut être mise en place:

r1 = h11 t1 + h21 t2 + h31 t3
r2 = h12 t1 + h22 t2 + h32 t3
r3 = h13 t1 + h23 t2 + h33 t3

Où r1 = signal reçu à l'antenne 1, r2 est le signal reçu à l'antenne 2 et ainsi de suite.

Dans le format matriciel, cela peut être représenté par:

[R] = [H] x [T]

Pour récupérer le flux de données transmis au niveau du récepteur, il est nécessaire d'effectuer un traitement de signal considérable. Tout d'abord, le décodeur du système MIMO doit estimer la caractéristique de transfert de canal individuel hij pour déterminer la matrice de transfert de canal. Une fois que tout cela a été estimé, alors la matrice [H] a été produite et les flux de données transmis peuvent être reconstruits en multipliant le vecteur reçu par l'inverse de la matrice de transfert.

[T] = [H]-1 x [R]

Ce processus peut être assimilé à la résolution d'un ensemble de N équations linéaires simultanées pour révéler les valeurs de N variables.

En réalité, la situation est un peu plus difficile que cela car la propagation n'est jamais aussi simple, et en plus de cela, chaque variable consiste en un flux de données continu, cela démontre néanmoins le principe de base des systèmes sans fil MIMO.


Voir la vidéo: An Introduction to 3D Beamforming (Juillet 2021).