Εισόδου Πολλαπλής Εξόδου (Multiple Input Multiple Output- MIMO) 1/12

Transcript

1 Εισόδου Πολλαπλής Εξόδου (Multiple Input Multiple Output- MIMO) 1/12

2 Διαφορική Λήψη / Διαφορική Εκπομπή: Επίτευξη Χωρικού Διαφορισμού (Diversity) Πολλαπλά ασυσχέτιστα αντίγραφα σήματος Βελτίωση επιδόσεων (BER) Τάξη Διαφορισμού ίση με το πλήθος κεραιών λήψης /εκπομπής 2/12

3 Τάξη Διαφορισμού (Diversity Order d) Πλήθος ασυσχέτιστων καναλιών που συνδυάζονται Ανεξάρτητη από τον τύπο διαφορισμού (SC, EGC, MRC κλπ) Αρνητική κλίση καμπύλης BER για ασυμπτωτικά μεγάλα SNR ( ) P SNR e ~ 1 SNR d 3/12

4 M Κεραίες Εκπομπής, N Κεραίες Λήψης (MIMO) Ταυτόχρονη εφαρμογή διαφορισμού εκπομπής / λήψης Χωρική Πολυπλεξία (Spatial Multiplexing) Τάξη Διαφορισμού: MxN Ανταλλαγή (tradeoff) Αύξηση χωρητικότητας / Ρυθμού Μετάδοσης (BitRate) 4/12

5 M Κεραίες Εκπομπής, N Κεραίες Λήψης (MIMO) 5/12

6 M Κεραίες Εκπομπής, N Κεραίες Λήψης (MIMO) 6/12

7 Χωρική Πολυπλεξία (1) (Spatial Multiplexing) Εκπεμπόμενο σήμα (διάνυσμα): Λαμβανόμενο σήμα (διάνυσμα): x x1 x... x 2 = M y h11x1 + h12 x h1 MxM + n1 h x + h x h x + n... h x + h x h x + n M M 2 = N1 1 N2 2 NM M N y1 x1 w1 h11 h1 M y 2 x 2 w 2 = hn1 h NM yn xm wn Κανάλι Λαμβανόμενο Εκπεμπόμενο Θόρυβος διάνυσμα Ν Μ διάνυσμα Ν 1 Ν 1 Μ 1 y = Hx + n 7/12

8 Χωρική Πολυπλεξία (2) (Spatial Multiplexing) Ανάλυση πίνακα H: (Singular Value Decomposition) H = U Λ V * Ανάστροφος Συζυγής Ορθομοναδιαίος (πινακας περιστροφής) Διαγώνιος Ορθομοναδιαίος (πινακας περιστροφής) * U Λ V y1 * * x1 w1 u11 u1 N v11 vm1 y λ 2 x 2 w 2 = * * un1 unn 0 0 λ v n 1M v MM y N xm wn Κανάλι H ( M N) n= min, 8/12

9 * VV Χωρική Πολυπλεξία (3) (Spatial Multiplexing) = I Διαγώνιος Πίνακας Λ * UU = I y 1 = λ1x 1+ w 1 y = λ x + w y = λ x + w n n n n * ιδιοτιμές HH (singular values H) ( M N) n= min, 9/12

10 Χωρική Πολυπλεξία (4) (Spatial Multiplexing) Παράλληλα εικονικά κανάλια: n=min(m,n) Απαραίτητη ανεξαρτησία επιμέρους καναλιών, γνώση καναλιώνσε Tx, Rx Εκμετάλλευση του φαινομένου πολυδιόδευσης Ανακάλυψη επιπλέον «διάστασης»(επιπλέον βαθμός ελευθερίας) 10/1 2

11 Ανταλλαγή Διαφορισμού-Πολυπλεξίας (Diversity-Multiplexing Tradeoff) Πολλαπλά αντίγραφα ίδιου συμβόλου: Διαφορισμός Πολυπλεξία Παράλληλη μετάδοση συμβόλων: Διαφορισμός Πολυπλεξία Δυνατότητα ενδιάμεσης κατάστασης Διαφορισμός Πολυπλεξία Προσαρμογή ανάλογα με την εφαρμογή (voice, video streaming, data transmission) 11/1 2

12 Ειδικές Περιπτώσεις MIMO SIMO MISO Διαφορισμός λήψης Τεχνικές SC, EGC, MRC Διαφορισμός εκπομπής Beamforming [γνώση καναλιού στον Tx] Κώδικες Χωρο Χρόνου (STBC) Αδυναμία Πολυπλεξίας n=min(m,n)=1 12/12

13 MIMO Επεκτάσεις A. Χρήση Πολυπλεξίας Πολλαπλή πρόσβαση (Space Division Multiple Access SDMA) Β. Κεραίες μεταφερόμενες από διαφορετικά τερματικά (Distributed MIMO) 1. Δίκτυα αισθητήρων (Sensor Networks) 2. Δίκτυα συνεργασίας τερματικών (Cooperative Networks) 13/12

14 MIMO Εφαρμογές Kitchen Home Theater and Set Top Box Home Office Bedroom Children s Room Living Room TV Displays and Gaming Home Service Gateway 14/12

15 Συσκευές επόμενης γενιάς: Everything Wireless in one device

16 Προκλήσεις Device Challenges Size, Power, Cost MIMO in Silicon Multi-radio Integration Network Challenges Reliability Seamless Networking Ubiquitous Coverage High-speed Applications

17 Συστήματα MIMO: It is NOT just an option. It is a requirement What is MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) Multiple Antennas at Mobiles and Base Stations/APs MIMO enables Reduced Power Consumption (through Bursting) Increased Data Rates Increased Range Increased Robustness and Reliability Reduced Interference

18 Συστήματα MIMO: It is NOT just an option. It is a requirement MIMO Enables Data Bursting Burst Data at High-speed, then Shut Down Radios MIMO Provides Diversity Gain With 4 Antennas, Required Power Reduced by 6 db MIMO Provides Robustness Fewer Retransmission Less Power/Packet Better Co-existence with Other Applications Less Interference to Other Users

19 Throughput vs. Range (2x2 11n/11g) Data rate vs. Range (PL=3.3) (2.4 GHz) (5 GHz) g spec a spec 200 Data rate (Mbps) Range (meters)

20 MIMO in Silicon Typically each antenna requires RF and analog receive chain Increased cost, size, and power Technology evolving to reduce size/power for digital Little impact on RF/analog circuitry or passives Technology breakthroughs needed to provide same reductions for analog and RF circuitry Small multiband antenna designs also critical Analog RF Dig Analog RF Dig Analog RF Analog RF MIMO Silicon Breakthroughs