Как пространственное мультиплексирование помогает MIMO увеличить пропускную способность?

Question

[Gorn]

пространственное мультиплексирование/пространственное кодирование/пространственное разделение

Во-первых сбивает с толку сама формулировка. Сигналы между приёмником и передатчиком существуют в одном пространстве для всех, а не в параллельных мирах. Как вносятся различия на передаче и как их можно отличить на приёме?

Да, если антенны разнесены на некоторое расстояние друг от друга, сигнал(ы), поступающие на антенны приемника скорее всего(а может и нет?), будут не в фазе друг с другом или с разными амплитудами, особенно если от чего-то отразятся. Но он(и) созданны на одной частоте, в одной фазе и с заданной амплитудой. Это поможет принять сигнал таким каким он был задуман на передаче, но мультиплексирования я тут не могу разглядеть.

Answer 1

[Griboks]

Всё достаточно просто - мы передаём по MIMO разные сигналы. Поэтому у нас не один канал - а несколько. Поэтому и скорость в несколько раз больше.

Comments

[Gorn]

Сигналы одной частоты и в одной фазе? Чем они отличаются?

[Griboks]

Gorn, Не знаю, с чего вы взяли, что у них одна фаза (причём где именно одна, а где разные?), но передаются разные синалы на одной частоте. Это как разные системы связи, но связанные между собой на физическом уровне. Поэтому технология и называется Multiple Input Multiple Output, а не Single Input Single Output.

[Griboks]

Gorn, Если быть точнее, то всё начинается с пространственного разнесения на приёме/передаче. Представим, что мы ловим сигнал радиовещания. Если мы поставим два радиоприёмника в одно место, то услышим одинаковый звук. Чем дальше приёмники друг от друга, тем больше различается звук. Т.е. разнесение позволяет различать каналы и ограничено только размером массива антенн сверху и помехами снизу.

Далее мы можем передавать по схеме 2х2. Тогда нам надо как-то вычислить передаточную функцию каждого радиоканала (чтобы отличать сигнал от помехи). Для этого можно закодировать сигналы особым образом. Например, можно передавать xy по одному и yx по другому каналу. Так мы однозначно определим передаточную функцию за 2 такта и предположим, что она не изменится в следующие n тактов.

Теперь мы можем передавать любые различные сигналы по обоим радиоканалам одновременно, ведь мы знаем передаточные функции и можем вычислить из сигнала+помехи нужный сигнал.

p.s.
Ну а математически, там матричные комплексные уравнения.

[Gorn]

Griboks, я не утверждаю, что у них одна фаза. А вопрос возник потому, что обычно рассказывается о приёме сигнала, одного единственнго сигнала, который по разному выглядит на разных антенах приёмной стороны. То есть что происходит при передаче не ясно.

Отличие сигналов в вашем примере состоит исключительно в том, что электромагнитная волна прошла на 20см больше и под другим углом? Тогда я это вижу как две версии одного т того же сигнала, а не два полноценных канала передачи.

Сигналы, излучаемые независимо каждым монополем, поляризованы взаимно ортогонально с достаточно высокой взаимной развязкой по кросс-поляризационной составляющей (не менее 20 дБ). Аналогичная антенна используется и на приемной стороне. Такой подход позволяет одновременно передавать сигналы с одинаковыми несущими, модулированными различным образом.

Вот интересная формулировка. Буду признателен, если вы поясните или скините полезную ссылку.

Тут говорится о модуляции особым образом, вы говорили о кодировании особым образом. Два потока отличающихся друг от друга кодом я могу представить. ...на передаче поток данных разбиваем по антенам как на LACP'е, кодируем по разному для каждой антены и отправляем. Отправляем в эфир где всё это превращается в кашу на одной частоте. Но на приёме благодоря разнесённым антенам мы можем заметить, что отличия сигналов на разных антенах соответствуют кодовым последовательностям, произведя обратные операции над которыми, мы можем расчитывать на оригинальные данные, которые можно собрать в исходный поток. Как много общего с реальность у таких фантазий?

[Griboks]

Gorn,

То есть что происходит при передаче не ясно.

Действительно, это случайный процесс (в сотовой связи, во всяком случае). Можно только описать замираниями посредством усреднённой наблюдательной оценки.

Тогда я это вижу как две версии одного т того же сигнала, а не два полноценных канала передачи.

В схеме 1х2, так и есть. В схеме 2х2 есть ещё и две версии другого сигнала. Но, поскольку у нас есть аж целых 2 передающих антенны, то мы можем сделать 2 радиоканала по 1х1.
Т.е. грубо говоря, мы передаём АМ: 12 и 12. На приёме получаем 10 (1/2+1/3) и 7 (1/3+1/4). Если у нас просто два канала (с несвязанными антеннами), то 1/3 и 1/4 составляющие - это замирания и помехи. Если же это MIMO (антенны связаны), то для нас это система из двух уравнений с двумя неизвестными.

x/2+y/3=10
y/3+x/4=7

от интересная формулировка. Буду признателен, если вы поясните или скините полезную ссылку.

Радиоволны существуют в нескольких измерениях: пространство, время, частота, фаза, амплитуда, поляризация, кодовые последовательности... Т.е. сигналы просто разносятся по поляризации. Точно также можно было бы передавать их на двух разных частотах с шагом не менее, например, 20 дБ. Никакого отношения к теме поляризация не имеет.

Как много общего с реальность у таких фантазий?

Похоже на правду, только вы описали кодовое разделение (близко к WCDMA).

Но на приёме благодоря разнесённым антенам мы можем заметить, что отличия сигналов на разных антенах соответствуют кодовым последовательностям, произведя обратные операции над которыми, мы можем расчитывать на оригинальные данные, которые можно собрать в исходный поток.

Заметить это мы можем с помощью корреляционной свёртки. А благодаря связанным разнесённым антеннам мы можем получить более правдоподобный сигнал (см. пример с АМ 12 и 12).

Answer 2

[Армянское Радио]

Статью читали?

В частности, там написано следующее:

Математически, сигнал на приемнике после прохождения через радиоканал представляет собой сумму произведения исходного сигнала и некоторой комплексной передаточной функции(КПФ) и шума.Пресловутые замирания возникающие в радиоканале как раз и составляют КПФ. Закон распределения КПФ, как случайной величины, определяет наличие прямой видимости между передатчиком и приемником и факторы влияющие на многолучевое распространение сигнала (стены в квартире, дома в городе и т.д.) В нашем случае наиболее универсальным будет случай отсутствия прямой видимости — Релеевские замирания.
Так как в системе присутствуют несколько антенн, то пути проходимые сигналами с разных антенн тоже разные, следовательно разными будут и их КПФ для каждой пары передатчик-приемник. Это принципиально важный момент. Исходя из структуры системы КПФ всех её подканалов можно свести в матрицу.
А теперь самое интересное. Получается что каждый канал имеет свои характеристики отличающиеся от соседних, следовательно сигнал переданный по нему можно однозначно отделить от сигналов переданных по другим каналам переданных в этой же полосе частот.

Comments

[Gorn]

Теперь читал.
Но приведённая цитата не закрывает вопросы, о которых я писал. Как мне отправить "hello" в 1й канал и "world" во 2й?
Пока это выглядит так, что один кричит двоим и они слышат немного разное. Услышанное они могут обсудить и решить что же тот крикнул.

В любой системе всегда существует механизм обмена ПП на ПУ.

В том числе и от этой цитаты для меня в этой истории проступает мысль о том, что надёжность канала достигнутая приёмом сигнала разнесёными антенами позволяет передавать больше бит в секунду не сталкиваясь с критичными потерями(MRC). Но мультиплексирования тут опять таки не видно.