MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)란?

다중 경로 전파를 이용하여 동일한 무선 채널에서 둘 이상의 데이터 신호를 동시에 보내고 받는 실용적인 기술

다중 경로 전파를 이용하기 위해 다중 전송 및 수신 안테나를 사용하여 무선 링크의 용량을 곱하는 방법

 

MIMO 과정

MIMO 기능

1. Precoding
   • 다중 스트림 빔 형성
   • 송신기에서 발생하는 모든 공간 처리
   • 빔포밍에서, 신호 출력이 수신기 입력에서 최대화되도록 적절한 위상과 이득 가중치를 가진 각 송신 안테나에서 동일한 신호가 방출
   • 수신기에 안테나가 여러개 있을 때, 송신 빔포밍은 모든 수신 안테나에서 신호 레벨을 동시에 최대화 할 수 없으며, 여러 스트림으로 프리코딩하는 것이 종종 유익
2. Spatial Multiplexing
   • 공간 멀티 플렉싱
   • MIMO 안테나 구성이 필요
   • 고율 신호는 여러개의 저율 스트림으로 분할되고, 각 스트림은 동일한 주파수 채널의 서로 다른 송신 안테나에서 전송
   • 이러한 신호가 공간 신호가 충분히 다른 수신기 안테나 어레이에 도달하고 수신기가 정확한 CSI(Channel State Information)를 갖는 경우 스트림을 병렬 채널로 분리할 수 있음
   • 더 높은 신호 대 잡음비(SNR)에서 채널 용량을 증가시키는 매우 강력한 기술
   • 최대 공간 스트림 수는 송신기 또는 수신기의 안테나 수보다 적기 때문에 제한
   • 다중 수신기로의 동시 전송을 위해 사용될 수 있으며, 이 경우 송신기에 CSI가 필요
3. Diversity coding
   • 다양한 코딩 기법
   • 송신기에서 채널 지식이 없을 때 사용
   • 신호 다양성을 향상시키기 위해 다중 안테나 링크의 독립적인 페이딩을 이용
     • 페이딩: 단시간 내에서 일어나는 전하의 감쇠로 여러가지 요인에 의해 발생

 

MIMO 형식

1. Multi-antenna types
   • 다중 입력 단일 출력(MISO): 수신기에 단일 안테나가 있는 특수한 경우
   • 단일 입력 다중 출력(SIMO): 송신기에 단일 안테나가 있는 특수한 경우
   • 단일 입력 단일 출력(SISO): 송신기와 수신기 모두 안테나가 여러 개 없는 기존의 라디오 시스템
2. user types
   1. SU_MIMO(Single User MIMO)
      • 한 사람에게 안테나 리소스 전부를 할당하는 것
      • 공간 다중화 기술
   2. MU-MIMO(Multi User MIMO)
      • 여러 사람에게 안테나 리소스를 배분하는 것
      • 빔포밍 + 공간 다중화 기술

SU-MIMO

MU-MIMO

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Beamforming

원하는 방향으로 전파를 쏴서 간섭을 줄이는 기술

전송 시 어레이의 방향을 변경하기 위해 빔포머가 각 송신기에서 신호의 위상 및 상대 진폭을 제어하여 파형에 생성 및 파괴적 간섭 패턴을 생성

수신 시 다른 센서로부터의 정보는 방사선의 에상 패턴을 우선적으로 관찰하는 방식으로 결합

수신 빔포머에서 각 안테나의 신호는 다른 "가중치"에 의해 증폭될 수 있음

 

기법

1. conventional (fixed or switched beam0 beamformers
   • 주로 공간 내 센서의 위치와 관심 파장 방향에 대한 정보만을 사용하여 배열의 센서로부터의 신호를 결합
2. adaptive beamformers or phased array
   • Desired signal maximization mode
   • Interference signal minimization or cancellation mode
     • 다른 방향에서 원하지 않는 신호의 거부를 개선하기 위해 이 정보를 어레이에 의해 실제로 수신되는 신호의 특성과 결합, 다른 상황에 자동으로 반응을 조정

 

수신의 경우 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍의 차이가 존재

• 아날로그의 빔포밍: 아날로그 방법을 사용하여 신호를 스케일링하거나 위상이동, 그것들을 합한 다음, 보통 단일 출력 데이터 스트림을 디지털화
• 디지털 빔포밍: 아날로그-디지털 변환기를 통과하여 디지털 데이터 스트림을 생성, 데이터 스트림을 적절한 스케일 팩터 또는 위상 편이를 사용하여 디지털 방식으로 합산하여 복합 신호를 얻음
  • 디지털 빔포밍은 수신된 아날로그 신호를 분할하여 많은 수의 서로 다른 신호 조합 회로로 전송하는 경우, 각 신호 대 노이즈 비율을 줄일 수 있음

 

 

 

참고

https://itpenote.tistory.com/404

https://www.everythingrf.com/community/what-is-beamforming