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MIMO-Strahlformung, räumliches Multiplexing und Diversität in drahtlosen InSite
Wireless InSite bietet Funktionen zur Modellierung der folgenden gängigen MIMO-Techniken.
Antennenvielfalt
Am Empfänger sorgen Antennen-Diversity-Methoden für ein robusteres Signal mit weniger Fading, indem sie die Unterschiede im Signal nutzen, das von Antennen empfangen wird, die eine halbe Wellenlänge oder mehr voneinander entfernt sind. Wireless InSite unterstützt drei Ansätze für Empfänger-Diversity:
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Auswahl Kombinieren: Wählen Sie das Signal von der Empfangsantenne mit dem stärksten SNR
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Equal Gain Combining: Angleichen der Phasen von jeder Empfangsantenne zur konstruktiven Addition
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Maximum Ratio Combining: Anwendung von Gewichten, um die Phasen auszurichten und die Beträge anzupassen, um die Spannung von jeder Empfangsantenne optimal zu kombinieren
Wenn sowohl die Sende- als auch die Empfänger-Diversity-Techniken aktiviert sind, verwendet Wireless InSite diese zusammen, um die Signale zu kombinieren, was zu einem insgesamt verbesserten Empfang für einen einzigen Datenstrom zwischen dem Sender und jedem Empfängerpunkt führt.
Vergleich des SINR bei Verwendung verschiedener MIMO-Empfänger-Diversity-Techniken mit 4 Rx-Antennen. Selection Combining (rot) reduziert das Fading und verbessert den SINR mäßig, während Equal Gain Combining (orange) und Maximum Ratio Combining (grün) beide den SINR um mehrere dB erhöhen.
Räumliches Multiplexing
Wireless InSite modelliert das räumliche Multiplexing mit Hilfe der Singular Value Decomposition (SVD). Beim räumlichen Multiplexing werden die Unterschiede in den Kanälen zwischen Sende- und Empfangsantennenpaaren genutzt, um mehrere unabhängige Datenströme zwischen den Sende- und Empfangsantennen bereitzustellen und so den Durchsatz zu erhöhen, indem Daten über parallele Ströme gesendet werden. SVD zerlegt den Kanal in mehrere Ströme, wobei die Anzahl der Ströme die kleinere Anzahl der Sende- oder Empfangsantennen ist. Bei Szenarien wie 2x2 oder 4x2 MIMO kann SVD beispielsweise zwei unabhängige Datenströme erzeugen, während bei 4x4 (vier Sende- und vier Empfangsantennen) vier Datenströme erzeugt werden können, wodurch sich der Durchsatz möglicherweise vervierfacht.
In der Praxis hängt der tatsächliche Durchsatz davon ab, wie hoch der SINR-Wert in den einzelnen Datenströmen sein kann. Mithilfe der SVD-Technik generiert Wireless InSite orthogonale Datenströme und berechnet die effektive SINR für jeden, so dass der Durchsatz für jeden parallelen Stream vorhergesagt werden kann. Der Benutzer kann zwischen einheitlicher Leistungszuweisung oder Waterfilling wählen, um die Leistungsverteilung auf die Streams zu verbessern, und er kann verlangen, dass das Modell leistungsschwache Streams fallen lässt, um die Kombination aus Leistungsaufteilung und Streams zu erreichen, die den besten Gesamtdurchsatz liefert. Der Gesamtdurchsatz eines Kanals wird dann aus der Summe des Durchsatzes aller parallelen Streams berechnet.
Massive MIMO-Strahlformung
Das Ziel des Beamforming ist es, mehrere Antennen zur Bildung von Strahlen zu verwenden, um den SINR und damit den Durchsatz für einen Empfänger zu erhöhen. Wireless InSite unterstützt derzeit zwei Methoden für das Beamforming:
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Maximum Ratio Transmission (MRT): maximiert den Strahl (adaptiv) zwischen Tx und Rx Punkten
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Vorcodierungstabellen: Ermöglicht dem Benutzer, tabellarische Strahlen zu definieren, die eine Reihe von Ansätzen (Codebücher usw.) unterstützen, die eine Auswahl aus vordefinierten Strahlen ermöglichen
MRT nutzt Informationen über den Kanal zwischen der Sende- und der Empfangsantenne, um einen optimalen Strahl zum Empfänger zu bilden. In der Praxis wird diese Technik in der Regel für ein TDD-System (Time-Division-Duplexing) verwendet, bei dem sich Uplink und Downlink dasselbe Band teilen, so dass der Empfänger ein Pilotsignal senden kann, das von den Basisstationen zur adaptiven Bildung dieses optimalen Strahls verwendet werden kann.
Die Vorcodierungstabellen von Wireless InSite sind eher allgemeiner Natur. Ein Benutzer kann mehrere Sätze vordefinierter Strahlformungsgewichte definieren, und Wireless InSite wertet die verschiedenen Gewichtungen aus und wählt den stärksten Strahl für jeden Empfängerpunkt. Damit wird eine MIMO-Basisstation simuliert, die über vordefinierte Strahlen (z. B. Codebücher) verfügt und eine von mehreren Methoden verwendet, um die beste für einen bestimmten Kanal zu bestimmen.
%2Band%2BMIMO%2BMRT.png "SISO (ohne+Beamforming)+und+MIMO+MRT")
Massive MIMO-Beamforming (rechts) zeigt eine deutliche Verbesserung des Durchsatzes gegenüber Sektorhörnern (links)
Verwendung von S-Parametern zur Modellierung gegenseitiger Kopplung
Viele der MIMO-Techniken beruhen auf Mehrwegeffekten und der räumlichen Trennung zwischen den Antennen, um sicherzustellen, dass die vielen Kanäle zwischen sendenden und empfangenden Antennenelementpaaren "orthogonal" oder unkorreliert sind. In realen Systemen führt jedoch die gegenseitige Kopplung zwischen den Antennen dazu, dass die Kanäle stärker korreliert werden, was die Leistung des räumlichen MIMO-Multiplexing beeinträchtigt. Die gegenseitige Kopplung kann sich auch auf das Beamforming auswirken, wenn die Gewichte nicht so eingestellt sind, dass sie kompensiert werden, wie in der Abbildung rechts dargestellt. Wireless InSite ist in der Lage, diesen Effekt durch den Import von S-Parametern zu erfassen, die entweder gemessen oder in einer Vollwellen-Antennensimulation simuliert werden können. Während der MIMO-Nachbearbeitung für Diversity, Spatial Multiplexing oder Beamforming werden diese S-Parameter angewandt, um die Auswirkungen der gegenseitigen Kopplung zu berücksichtigen und eine Schätzung der Verschlechterung zu liefern, die diese Kopplung für die berechneten Ergebnisse des MIMO-Kommunikationssystems verursacht.
Beispiel, das zeigt, wie die gegenseitige Kopplung die MIMO-Strahlformung beeinträchtigen kann, wenn sie stark genug ist und nicht durch Codebuch-Gewichtungskoeffizienten kompensiert wird.
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