Introduzione alle tecnologie multi-antenna

Quando il calcolo si avvicina ai limiti fisici della velocità di clock, ci rivolgiamo a architetture multi-core. Quando le comunicazioni si avvicinano ai limiti fisici della velocità di trasmissione, ci rivolgiamo ai sistemi multi-antenna. Quali sono i vantaggi che hanno portato scienziati e ingegneri a scegliere più antenne come base per il 5G e altre comunicazioni wireless? Mentre la diversità spaziale era la motivazione iniziale per l'aggiunta di antenne nelle stazioni base, è stata scoperta a metà degli anni '90 che l'installazione di più antenne sul lato TX e/o RX ha aperto altre possibilità che erano imprevedibili con singoli sistemi di antenne. Descriviamo ora tre principali tecniche in questo contesto.

** Beamforming **

Il beamforming è la tecnologia primaria su cui si basa lo strato fisico delle reti cellulari 5G. Esistono due diversi tipi di formazione di beam:

Brulanda classica, noto anche come linea di linea (LOS) o Beamforming fisico

Beamforming generalizzato, noto anche come non-linea (NLOS) o bombalomat virtuale

ASD (1)

L'idea alla base di entrambi i tipi di formazione di beam è quella di utilizzare più antenne per migliorare la potenza del segnale verso un determinato utente, sopprimendo al contempo i segnali da fonti interferenti. Come analogia, i filtri digitali alterano il contenuto del segnale nel dominio di frequenza in un processo chiamato filtro spettrale. Allo stesso modo, il beamforming altera il contenuto del segnale nel dominio spaziale. Questo è il motivo per cui è anche indicato come filtro spaziale.

ASD (2)

Le formazioni di beam fisiche hanno una lunga storia negli algoritmi di elaborazione del segnale per i sistemi di sonar e radar. Produce fasci reali nello spazio per la trasmissione o la ricezione ed è quindi strettamente correlato all'angolo di arrivo (AOA) o all'angolo di partenza (AOD) del segnale. Simile a come OFDM crea flussi paralleli nel dominio di frequenza, le beamforming classiche o fisiche crea raggi paralleli nel dominio angolare.

D'altra parte, nella sua graviformi più semplice, generalizzata o virtuale significa trasmettere (o ricevere) gli stessi segnali dall'antenna TX (o RX) con fase appropriata e guadagnare ponderazioni in modo che la potenza del segnale sia massimizzata verso un determinato utente. A differenza di uno sterzo fisico in una certa direzione, la trasmissione o la ricezione avviene in tutte le direzioni, ma la chiave sta aggiungendo costruttivamente più copie del segnale sul lato di ricezione per mitigare gli effetti di sbiadimento multipath.

** multiplexing spaziale **

ASD (3)

In modalità multiplexing spaziale, il flusso di dati di input è diviso in più flussi paralleli nel dominio spaziale, con ogni flusso quindi trasmesso su diverse catene TX. Finché i percorsi del canale arrivano da angoli sufficientemente diversi alle antenne RX, con quasi nessuna correlazione, le tecniche di elaborazione del segnale digitale (DSP) possono convertire un mezzo wireless in canali paralleli indipendenti. Questa modalità MIMO è stata il principale fattore per gli aumenti dell'ordine di grandezza della velocità dei dati dei moderni sistemi wireless, poiché le informazioni indipendenti vengono trasmesse simultaneamente da più antenne sulla stessa larghezza di banda. Algoritmi di rilevamento come zero forzatura (ZF) separano i simboli di modulazione dall'interferenza di altre antenne.

Come mostrato nella figura, in WiFi Mu-Mimo, più flussi di dati vengono trasmessi contemporaneamente a più utenti da più antenne di trasmissione.

ASD (4)

** Codice spaziale **

In questa modalità, schemi di codifica speciali vengono impiegati nel tempo e nelle antenne rispetto ai singoli sistemi di antenne, per migliorare la diversità del segnale di ricezione senza alcuna perdita di velocità dei dati sul ricevitore. I codici spaziali migliorano la diversità spaziale senza la necessità di stima del canale sul trasmettitore con antenne multiple.

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Tempo post: 29-2024 febbraio