3.2.1. Принципы построения mimo-системы связи

Блок-схема MIMO-системы связи с передающими и приемными антен­нами при приведена на рис. 3.3. На ней входной поток данных делит­ся на подпотоков.

Рис. 3.3. Блок-схема MIMO-системы связи

Последовательно-параллельный демультиплексор на рис. 3.3 выполняет это разделение. Каждый подпоток после кодирования и модуляции излучается отдельной антенной. Причем все подпотоков излучаются одновременно в одной и той же полосе частот. Для всех подпотоков могут использоваться идентичные коды и модуляторы.

Излученные потоков создают сигналы в каждой из приемных антенн. То есть сигнал в каждой приемной антенне — это смесь излученных сиг­налов, умноженных на комплексные передаточные функции от соответствующих передающих антенн к рассматриваемой приемной антенне. Иначе говоря, вектор принятых сигналов представляет произведение матрицы кана­ла на вектор излученных сигналов. Матрица канала измеряется перед передачей информации и считается известной в приемнике.

Далее в приемнике решается задача разделения и оценки излученных сиг­налов. Для этого нужно решить систему из уравнений с неизвестными. При можно воспользоваться матрицей, обратной матрице канала. При можно применить обобщенную инверсию, получающуюся при реше­нии системы методом наименьших квадратов - MMSE (Minimum Mean – Square Error). На рис. 3.3 блок, выделяющий подпотоков из принятых сиг­налов, назван пространственным декодером. Далее каждый подпоток подает­ся на демодулятор и декодер.

Организованная таким образом MIMO – система связи обеспечивает передачу информации по пространственным каналам. Причем все каналы работают в одной и той же полосе частот и разделяются только за счет пространствен­ного разнесения излучающих и приемных антенн. Рассмотренная на рис. 3.3 МIMO система ана­логична системе связи с фидерами. Традиционная (SISO – Single Input Suingle Output) система связи с од­ним пространственным каналом - это аналог проводной системы с одним фидером. Это сравнение MIMO- и SISO-систем иллюстрирует рис. 3.4.

Рис. 3.4. Многопроводная и однопроводная линии связи –

аналоги MIMO- и SISCO-систем связи

Можно также дать иное пояснение принципу работы MIMO - системы на рис. 3.3, которое в большей степени опирается на физику и в меньшей – на матема­тику. Приемную антенную систему на рис. 3.3 вместе с пространственным декодером можно рассматривагь как антенную решетку с многолучевой диа­граммой направленности. Причем каждый из лучей формируется так, чтобы он был направлен только на одну приемную антенну, на все остальные ан­тенны должны быть направлены нули сформированного луча. На рис. 3.5 схематично показана двухлучевая диаграмма направленности с темным и светлым лучами.

Рис. 3.5. Физическая иллюстрация разделения

пространственно разнесенных источников

Темный луч обеспечивает прием сигнала от первой передающей антенны и не принимает сигналы второй антенны. Светлый луч, наоборот, принимает сигналы только от второй передающей антенны. В этой трактовке пространственное разделение источников объяснятся сложным характером диаграм­мы направленности антенной системы приемника. Конечно, следует учиты­вать, что в формировании диаграммы участвуют не только приемных антенн, но и многолучевая среда распространения волн. Приемник должен следить за изменением среды и постоянно менять положение лучей в пространстве.Возможность одновременной передачи информации по нескольким пространственным каналам объясняет высокую спектральную эффективность многоантенных систем и пристальное внимание к ним со стороны разработчиков высокоскоростных систем радиосвязи.