An Introduction to

MIMO

Language: Persian

Ali Rahmanpour, Fall 2011Mobile Broadband Networks Research Group, Iran University of Science & Technology

Shared with some minor edits in Spring 2016

:های اصلی ارایهبخش

(مقدمات)MIMOمعرفی -1MIMOسیستم های بررسی چگونگی عملکرد -2

منابع و مراجع-3

به نام خدا

(مقدمات)MIMOمعرفی •م های سیستچگونگی عملکرد بررسی دقیق تر •

MIMO

و مراجعمنابع •

MIMOو SISO ،SIMO ،MISIکنیک های ت

MIMO = Multi Input Multi OutputSISO = Single Input Single Output

And so on …

از ی ورودی و خروجبوده و مورد نظر در اینجا کانال سیستم •.منظر آن بیان می شوند

ن در نیازمند استفاده از چند آنتخروجی؛ چند ورودی یا وجود •گیرندهیا فرستنده

کانال رادیویی SISO

جریان داده

آنتن

SISOظرفیت در کانال های

:رابطه مشهور شانون برای ظرفیت

MISOو SIMOظرفیت در کانال های

SIMOکانال رادیویی

Combiner

MISOکانال رادیویی

SIMO

MISO

آنتن

جریان داده

؟...!MIMOظرفیت در سیستم های

تا آنتن های هوشمند؛از مارکونی تا : چند آنتنیسیستم های MIMO!

A.R. Kayeتالش هایهای نخستین در این زمینه به اندیشه •

در W. van Ettenو1۹۷۰سااال در D.A. Georgeو.گرددمیالدی بر می 1۹۷۶و 1۹۷۵سال های

•Jack WintersوJack Salz و 1۹۸۶و 1۹۸۴سال های درکاربردهااای مقالااه ریرامااون چناادین Bellدر آزمایشااگاه های

.ررتو به چاپ رساندندشکل دهی

مروری بر تاریخچه سیستم های چندآنتنی

ویکی ردیا

Spatial)فضاییمالتی رلکسمفهوم1۹۹3سالدر•

multiplexingاختصارایاSM)وریشنهادمایموازگیریبهرهبا.شداختراعثبت1۹۹۴سالدرسپس

Greg،1۹۹۶سالدر• RaleighوGerard J. Foschini

درآنتنچندازایمجموعهشاملکهدادندریشنهادراسامانه ای.می شدمنجرداده هاگذردهیافزایشبهوبودفرستنده

بودجایینخستین،1۹۹۸سالدربلآزمایشگاهیمجموعۀنهایتا•.گذاشتنمایشبهرافضاییمالتی رلکسآزمایشگاهینمونۀکه

مروری بر تاریخچه سیستم های چندآنتنی

ویکی ردیا

؛(IEEE)1۹۹۸چاپ شده در سال مقاله •مورد بررسی از آنتن ها 2x2سیستم حاالت مختلف یک •

.استقرار گرفته

نگاهی گذرا به مقاله الموتی

(ادامه)نگاهی گذرا به مقاله الموتی

(ادامه)نگاهی گذرا به مقاله الموتی

(Smart Antennas):آنتن های هوشمندترتیبنبدیمیگیرند،قراراستفادهموردکانالطرفیکدراغلب-.هوشمندهایBTSمانند،می کاهندنیزدیگرطرفریچیدگیاز

MIMOآنتن های هوشمند و سامانه های

باه دهی شاکلدر دلیل توانایی آنها، بیشتر به هوشمندی -د امواج در فضای مورد نظر می باشد تا در کدینگ، هر چنا

این روناد ها space-Time codeامروزه و با مطرح شدن .استدر حال تغییر

-beam)شاکل دهای باه ماوج ارساالی :اصلیمزایای -

forming)ورسایتی ، توانایی مقابله با فیدینگ به کمک دای...فضایی و

(ادامه)MIMOآنتن های هوشمند و سامانه های

MIMO وSmart-Antennaمی برد؛بهرهآنتن هااسمارتمزایایازمایمو-زیتمیکعنوانبهنیزچندمسیریوفیدینگازمایموآنبرعالوه-

چندمسیریبامقابلهامکانهماسمارت آنتن هادراگرچه.می بردبهرههمچنانLOSمسیروگشتهاجتنابآنازمی شودتالشامادارد،وجود؛استمطلوباصلیمسیر

؛مواجهیمکانالماتریسیکباکانال،برداریکجایبهمایمو،در-.شدنمی بامطرحگذشتهفیزیکیشکلبهbeam-formingمایمودر-

گفتهتنیچندآنهایسیستمتمامیبهمایمواصطالحامروزهشد،بیانآنچهوجودباکهشودتوجه.انستدمایموقدیمیتکنولوژینوعینیزراهوشمندهایآنتنبتوانشایدرواینازمی شود؛

(ادامه)MIMOآنتن های هوشمند و سامانه های

:مزایاکمکبه)BERبهبودتواناییوفیدینگمنفیآثاربامقابله-

Space-Time coding)؛مککبه)طیفیبهرهوبیتنرخکانال،ظرفیتافزایش-

Spatial Multiplexing).:چالش ها

ه؛استفادموردهایالگوریتمهمچنینوRFمداراتریچیدگی-وTXاصلهفبهتوجهباآنتنهابینمناسبفاصلهکردنلحاظ-

RX.

MIMOمزایا و چالش های اصلی ریش روی

MIMOهایسیستماهمیتدالیلازدیگریکیبتوانشاید-

امروزه.دانستجدیدارتباطیسیستم هایدرآنوسیعکاربردراMIMOسیارارتباط۴نسلگزینهدوهراستانداردهایدر(LTE

.استشدهکاربردیوشدهگنجانده(WiMAXوWiFi،Digitalهایسیستمدرمایمواینبرعالوه- TVو...

مترکنزدیک،آیندهدراحتماالواستکردهبازراخودجاینیز.باشدنبردهبهرهMIMOازکهببینیمراعملیسیستم

به استانداردها و کاربردهای عملی آنMIMOورود

(مقدمات)MIMOمعرفی •م های سیستچگونگی عملکرد بررسی دقیق تر •

MIMO

و مراجعمنابع •

MIMOبررسی روش عملکرد سامانه های

انالکیکآنتنهربرایتوانمیفیدینگ،کمکبهمایمودر.گرفتنظردرمجزا

ا بدین ترتیاب، مای تاوان باهاای ااااافی بیات ارساال

(redundancy) یااااااطالعاااات بیشاااتر، بااااه

reliability بهتاااار یااااا.افتظرفیت بیشتر دست ی

(ادامه)MIMOبررسی روش عملکرد سامانه های

یککهبلکند،نمیایجادمشکلیفیدینگتنهانهمایمو،در!استالزام

درتوانمیکهمجزاییهایکانالتعداددرنهاآنتتعدامینیمومبرابرگرفت،نظر

.استفرستندهوگیرنده

(ادامه)MIMOبررسی روش عملکرد سامانه های

حاصاال بایااد معااادالت .اشندبمستقل از یکدیگر

(ادامه)MIMOبررسی روش عملکرد سامانه های

zeroحاال باا یکای از روش هاای forcing (ZF) یااminimum

mean-square- error (MMSE) می کنیمآشکارسازی داده ها را.

(ادامه)MIMOبررسی روش عملکرد سامانه های

.از اهمیت اساسی برخوردار استMIMOکانال در بررسی -گونگیچکانال،دراسکترینگوفیدینگچگونگیبررسی-

خواهدارتاثیرگذبسیار...و(رایسینرایلی،)کانالکردنمدل.بودوکانالمشخصاتازمایمو،درظرفیترابطهدرHماتریس-

.شودمیمنتجآنشناخت

MIMOکانال ارتباطی در سامانه های

(ادامه)MIMOکانال ارتباطی در سامانه های

(ادامه)MIMOکانال ارتباطی در سامانه های

وجوددمعیاوجود)نهیاباشد،شدهشناساییفرستندهبرایتواندمیمایمو،اتصالدرکانالبخشدرکهاستاثرگذارسیگنالoptimumارسالچگونگیدرمواوعاین.(سیستمدرفیدبک.کنیممیبحثآندربارهبیشترکانالظرفیت

(ادامه)MIMOکانال ارتباطی در سامانه های

MIMOوCDMA:نوعیرامایموتوانمیحقیقتدرECDMAنظردرافه ایاابیتهیچاطالعاتارسالبرایعملدرکهتفاوتاینباگرفت؛(کانالشناختtrialهایبیتجزبهالبته).استنشدهتحمیل

(ادامه)MIMOکانال ارتباطی در سامانه های

تظرفیکهنموداثباتتوانمیبهنسبتخطیصورتبهکانال،افزایشمجزامسیرهایتعداد

.می یابد

MIMOظرفیت در کانال های ارتباطی

:Wسِماتریویژهمقادرکمکبهمایمو،درظرفیترابطهازدیگریصورت

:توجه-Nوفرستنده،آنتن هایتعدادMاستگیرندهآنتن هایتعداد.v(A−λI)ماتریسیکویژهمقدار- = .دهدمینتیجهرا0

(ادامه)MIMOظرفیت در کانال های ارتباطی

:حالت های مختلفظرفیت کانال در مقایسه

(ادامه)MIMOظرفیت در کانال های ارتباطی

:تندهفرسبرایکانالبودنناشناختهیاشناختهبررسیممکننه،یادباشداشتهوجودفیدبکمخابراتیسیستمدراینکهبهبستهمواوعایناطبیعت.باشدناشناختهیاشناختهفرستندهبرایکانالاست

.دشخواهدسیستمطراحیبهمانگاهنوعدرهاییتفاوتایجادموجبرفیتظنسبیبهرهتغییراتچگونگیبهنگاهیتوانمیمثالبرای

(Relative Capacity Gain)تغییراتباSNR(بعداسالید).انداخت

(ادامه)MIMOظرفیت در کانال های ارتباطی

در)دگردمیآرایهبهرهآمدنبدستموجبکانال،شناختن.یمنداشترابهرهایناطالعیبیحالتدرکه،(Qماتریس

مالتییادایورسیتیمثل)هابهرهسایردربارهاماکانالودنبناشناختهیاشناختهمیانتفاوتی،(رلکسینگ

.نیست

(ادامه)MIMOظرفیت در کانال های ارتباطی

جمع بندی

جمع بندیSpatialنسبت،MIMOسیستم هایدرمهمبسیاروکلیدینکاتازیکی

Multiplexing(ظرفیتافزایش)وSpatial Diversity(افزایشreliability)وسامانه هاایندرtrade offمیانانتخاب.استدوآنمیان

.داردنظرموردکانالشرایطهمچنینوکاربردبهبستهنیزدواین

(مقدمات)MIMOمعرفی •م های سیستچگونگی عملکرد بررسی دقیق تر •

MIMO

و مراجعمنابع •

Some References:•David Gesbert & Others, “from theory to practice: an overview of MIMO

space-time coded wireless systems”, IEEE journals, 2003.

•Alain Sibille, Claude Oestges and Alberto Zanella, “MIMO, from theory to implementaion”, Academic press, 2011.

•David Tse and Pramod Viswanath, “fundamentals of Wireless

Communication”, Cambridge University press, 2005.

•Andrea Goldsmith, “Wireless Communication”, Cambridge University press,

2005.

•Volker Kuhn, “Wireless Communications over MIMO channels”, John Wiley

& Sons, 2006.

•Ayman F. Naguib, Vahid Tarokh, Nambi Seshadri and A. R. Calderbank,

“Space–time coding and signal processing for high data rate wireless

communications”, AT&T Labs.

•Dr. Jacob Sharony, “Introduction to Wireless MIMO – Theory and

Applications”, Center of Excellence in Wireless and Information Technology.

• And several other tutorials, presentations and books.

The End

Thanks for listening

Questions?