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多入力多出力 (MIMO)

多入力多出力 (MIMO) 手法の利用は、マルチパス伝播の活用によって複数のデータ信号を同じ無線チャネルで同時に送受信するためのもので、無線通信システムの送信側と受信側の両端で複数のアンテナを使用する際に、潜在的なキャパシティ ゲインが達成されます。新たな空間次元をもたらすこの新しい手法は、これらのゲインを新規のシステムでも既存のシステムでも実現するために採用されました。

MIMO 技術は、5G NR、LTE、Wi-Fi など、複数の無線システムで採用されています。

Communications Toolbox™ 製品には、モデルを作成するためのコンポーネントが用意されています。

  • OSTBC (直交空間時間ブロック符号化手法)

  • MIMO フェージング チャネル

  • 球面復号化

また、アプリケーションでこれらのコンポーネントの使用を取り上げたデモも用意されています。

MIMO システムの内容に関する参考文献は、MIMO システムの参考文献にある文献を参照してください。

直交空間時間ブロック符号 (OSTBC)

OSTBC (直交空間時間ブロック符号化) をモデル化します。これは、[4][6]、および[8]で説明されているとおり、非常にシンプルな単一シンボル最尤復号化で完全な空間ダイバーシティ ゲインを提供する MIMO 手法です。

Simulink® では、MIMO ブロック ライブラリにある OSTBC Encoder および OSTBC Combiner ブロックは、直交空間時間ブロック符号化手法を実装します。これらの 2 つのブロックには、最高 4 つの送信アンテナと 8 つの受信アンテナ システム用にさまざまな特定の (異なる符号化率の) 符号が用意されています。符号化器ブロックは受信側でシンボルを複数のアンテナにマップするために使用され、コンバイナー ブロックは送信側で受信信号とチャネル状態情報を使用してシンボルあたりの軟情報を抽出するために使用されます。MIMO ライブラリにアクセスするには、主な Communications Toolbox ブロック ライブラリでアイコンをダブルクリックします。または、MATLAB コマンド ラインで commmimo と入力することもできます。

OSTBC 手法は完全な (最大) 空間ダイバーシティ次数を実現でき、シンボル単位で最尤推定 (ML) 復号化を行うため、便利です。実装したアルゴリズムの詳細と特定のコードの詳細については、OSTBC Combiner ブロックのヘルプ ページのOSTBC の結合アルゴリズムOSTBC Encoder ブロックのヘルプ ページのOSTBC の符号化アルゴリズムを参照してください。 comm.OSTBCCombiner System object と comm.OSTBCEncoder System object を使用すると、MATLAB® で同様の機能が利用できます。

MIMO フェージング チャネル

MATLAB の comm.MIMOChannel System object™ または Simulink の MIMO Fading Channel ブロックを使用して、MIMO フェージング チャネルをモデル化します。これらを使用することで、レイリー フェージングおよびライス フェージングを伴う MIMO リンクのフェージング チャネル特性をモデル化します。[1]で説明されているとおり、リンク間の空間相関にはクロネッカー モデルが使用されます。

球面復号化

MATLAB の comm.SphereDecoder System object または Simulink の Sphere Decoder ブロックを使用して、球面復号化器をモデル化します。これらを使用することにより、任意の数の送信アンテナと受信アンテナを伴う MIMO チャネル経由で受信された一連のシンボルの最尤解を求めることができます。

MIMO システムの内容に関する参考文献

[1] C. Oestges and B. Clerckx, MIMO Wireless Communications: From Real-World Propagation to Space-Time Code Design, Academic Press, 2007.

[2] George Tsoulos, Ed., "MIMO System Technology for Wireless Communications", CRC Press, Boca Raton, FL, 2006.

[3] L. M. Correira, Ed., Mobile Broadband Multimedia Networks: Techniques, Models and Tools for 4G, Academic Press, 2006.

[4] M. Jankiraman, "Space-time codes and MIMO systems", Artech House, Boston, 2004.

[5] G. J. Foschini, M. J. Gans, "On the limits of wireless communications in a fading environment when using multiple antennas", IEEE Wireless Personal Communications, Vol. 6, Mar. 1998, pp. 311-335.

[6] S. M. Alamouti, “A simple transmit diversity technique for wireless communications,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 16, no. 8, pp. 1451–1458, Oct. 1998.

[7] V. Tarokh, N. Seshadri, and A. R. Calderbank, “Space–time codes for high data rate wireless communication: Performance analysis and code construction,” IEEE Transactions on Information Theory, vol. 44, no. 2, pp. 744–765, Mar. 1998.

[8] V. Tarokh, H. Jafarkhani, and A. R. Calderbank, “Space-time block codes from orthogonal designs,” IEEE Transactions on Information Theory, vol. 45, no. 5, pp. 1456–1467, Jul. 1999.

[9] 3rd Generation Partnership Project, Technical Specification Group Radio Access Network, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA), Base Station (BS) radio transmission and reception, Release 10, 3GPP TS 36.104, v10.0.0, 2010-09.

[10] 3rd Generation Partnership Project, Technical Specification Group Radio Access Network, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA), User Equipment (UE) radio transmission and reception, Release 10, 3GPP TS 36.101, v10.0.0, 2010-10.