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MU-MIMO Mehrbenutzer-MIMO

MU-MIMO Mehrbenutzer-MIMO

Multi-User-MIMO oder MU-MIMO ist eine erweiterte Form der MIMO-Technologie, die sich durchsetzt. MU-MIMO, Mehrbenutzer-MIMO ermöglicht mehreren unabhängigen Funkendgeräten den Zugriff auf ein System, wodurch die Kommunikationsfähigkeiten jedes einzelnen Endgeräts verbessert werden. Dementsprechend wird es häufig als Erweiterung von Space Division Multiple Access, SDMA, angesehen.

MU-MIMO nutzt die maximale Systemkapazität aus, indem mehrere Benutzer so geplant werden, dass sie mit den von MIMO angebotenen räumlichen Freiheitsgraden gleichzeitig auf denselben Kanal zugreifen können.

Um die Verwendung von MU-MIMO zu ermöglichen, können verschiedene Ansätze und eine Reihe von Anwendungen / Versionen verwendet werden.

MU-MIMO gegen SU-MIMO

Sowohl Einzelbenutzer-MIMO- als auch Mehrbenutzer-MIMO-Systeme können in drahtlosen und zellularen Telekommunikationssystemen verklagt werden. Jede Form von MIMO hat ihre Vor- und Nachteile.


Vergleich von Mu-MIMO mit SU-MIMO
FeatureMU-MIMOSU-MIMO
HauptmerkmalBei Mu-MIMO kann die Basisstation separat mit mehreren Benutzern kommunizieren.Die Basisstation kommuniziert mit einem einzelnen Benutzer.
SchlüsselpunktDie Verwendung von MU-MIMO bietet Kapazitätsgewinn.Bietet eine erhöhte Datenrate für den einzelnen Benutzer.
HauptvorteilMultiplexing-Verstärkung.Interferenzreduzierung
DatendurchsatzMU-MIMO bietet einen höheren Durchsatz, wenn das Signal-Rausch-Verhältnis hoch ist.Bietet einen höheren Durchsatz für ein niedriges Signal-Rausch-Verhältnis.
KanalstatusinformationenPerfekter CSI ist erforderlich.Kein CSI erforderlich.

MU-MIMO-Grundlagen

MU-MIMO bietet eine Methodik, mit der eine räumliche gemeinsame Nutzung von Kanälen erreicht werden kann. Dies kann auf Kosten zusätzlicher Hardware - Filter und Antennen - erreicht werden, die Integration geht jedoch nicht zu Lasten zusätzlicher Bandbreite, wie dies bei Verwendung von Technologien wie FDMA, TDMA oder CDMA der Fall ist.

Bei Verwendung von räumlichem Multiplexing, MU-MIMO, wird die Interferenz zwischen den verschiedenen Benutzern auf demselben Kanal durch die Verwendung zusätzlicher Antennen und zusätzliche Verarbeitung ausgeglichen, wenn die räumliche Trennung der verschiedenen Benutzer ermöglicht wird.

Mit MU-MIMO sind zwei Szenarien verbunden: Mehrbenutzer-MIMO:

  • Uplink - Mehrfachzugriffskanal, MAC: Die Entwicklung des MIMO-MAC basiert auf den bekannten Einzelbenutzer-MIMO-Konzepten, die erweitert wurden, um mehrere Benutzer zu berücksichtigen.
  • Downlink - Broadcast Channel, BC: Das MIMO-BC ist das schwierigere Szenario. Die optimale Strategie beinhaltet Vor-Interferenz-Unterdrückungstechniken, die als "Dirty Paper Coding", DPC, bekannt sind - siehe unten. Dies wird durch eine implizite Benutzerplanung und einen Power-Loading-Algorithmus ergänzt

MU-MIMO MIMO-Vorteile für mehrere Benutzer

MU-MIMO, Mehrbenutzer-MIMO bietet einige wesentliche Vorteile gegenüber anderen Techniken:

  • MU-MIMO-Systeme ermöglichen es, eine direkte Verstärkung in einer Mehrfachzugriffskapazität zu erhalten, die sich aus den Mehrbenutzer-Multiplexschemata ergibt. Dies ist proportional zur Anzahl der verwendeten Basisstationsantennen.
  • MU-MIMO scheint weniger von einigen Ausbreitungsproblemen betroffen zu sein, die Einzelbenutzer-MIMO-Systeme betreffen. Dazu gehören der Kanalrangverlust und die Antennenkorrelation - obwohl die Kanalkorrelation immer noch die Diversität pro Benutzer beeinflusst, ist sie für die Mehrbenutzerdiversität kein großes Problem.
  • Mit MU-MIMO kann ein räumlicher Multiplexgewinn an der Basisstation erzielt werden, ohne dass mehrere Antennen am UE erforderlich sind. Dies ermöglicht die Herstellung billiger Remote-Terminals - die Intelligenz und die Kosten sind in der Basisstation enthalten.

Die Vorteile der Verwendung von Mehrbenutzer-MIMO, MU-MIMO gehen zu Lasten zusätzlicher Hardware - Antennen und Verarbeitung - und des Erhaltens der Kanalstatusinformationen, die die Verwendung der verfügbaren Bandbreite erfordern.

MIMO-MAC

Diese Form von MU-MIMO wird für einen Mehrfachzugriffskanal verwendet - daher MIMO und wird in Uplink-Szenarien verwendet.

Für den MIMO-MAC führt der Empfänger einen Großteil der Verarbeitung durch - hier muss der Empfänger den Kanalstatus kennen und verwendet die Kanalzustandsinformationen am Empfänger CSIR. Das Bestimmen von CSIR ist im Allgemeinen einfacher als das Bestimmen von CSIT, erfordert jedoch erhebliche Uplink-Kapazitäten, um die dedizierten Piloten von jedem Benutzer zu übertragen. MIMO-MAC-Systeme übertreffen jedoch Punkt-zu-Punkt-MIMO, insbesondere wenn die Anzahl der Empfängerantennen größer ist als die Anzahl der Sendeantennen bei jedem Benutzer.

MIMO-BC

Diese Form von MU-MIMO wird für die MIMO-Rundfunkkanäle verwendet, d. H. Den Downlink. Von den beiden Kanälen BC und MAC ist der Broadcast-Kanal innerhalb von MU-MIMO die größere Herausforderung.

Hierfür ist eine Übertragungsverarbeitung erforderlich, die in der Regel in Form von Vorcodierung und SDMA, Space Division Multiple Access-basierter Downlink-Benutzerplanung, erfolgt. Dazu muss der Sender die Kanalzustandsinformationen am Sender CSIT kennen. Dies ermöglicht signifikante Durchsatzverbesserungen gegenüber herkömmlichen Punkt-zu-Punkt-MIMO-Systemen, insbesondere wenn die Anzahl der Sendeantennen die der Antennen an jedem Empfänger überschreitet.

Dirty Paper Coding, DPC

Dirty Paper Coding, DPC, ist eine Technik, die in Telekommunikationsszenarien verwendet wird, insbesondere bei der drahtlosen Kommunikation, um eine effiziente Übertragung digitaler Daten über einen Kanal zu ermöglichen, der Störungen ausgesetzt ist, deren Art dem Sender bekannt ist.

Die DPC-Technik (Dirty Paper Coding) besteht aus der Vorcodierung der Daten, damit die Interferenzdaten bei Vorhandensein der Interferenz gelesen werden können. Die Vorcodierung verwendet normalerweise die Kanalstatusinformationen.

Zur Erklärung von Dirty Paper Coding (DPC) kann eine Analogie zum Schreiben auf schmutzigem Papier verwendet werden. Normalerweise wird schwarze Tinte verwendet, aber wenn das Papier verschmutzt ist, d. H. Schwarz, kann die Schrift nicht gelesen werden. Wenn die Schrift jedoch in Weiß wäre, obwohl sie auf weißem Papier nicht gelesen werden könnte, wäre sie auf schwarzem oder schmutzigem Papier perfekt lesbar. Die gleiche Technik wird bei der Datenübertragung verwendet, obwohl die Art der Interferenz bekannt sein muss, damit die Vorcodierung eingebaut werden kann, um dem Effekt der Interferenz entgegenzuwirken.

MIMO für mehrere Benutzer steckt noch in den Kinderschuhen, und viele Entwicklungen sind im Gange, um die optimalen Formate für seine Verwendung zu ermitteln. Codierungstypen sowie Pegel der Kanalzustandsanzeige werden bestimmt, da diese wertvolle Ressourcen verbrauchen und den verfügbaren Gesamtdatendurchsatz beeinträchtigen können. Die erheblichen Vorteile, die durch die Verwendung von MU-MIMO und MIMO für mehrere Benutzer erzielt werden können, bedeuten jedoch, dass es in absehbarer Zukunft eingeführt wird.

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