MIMO 手法
MIMO 技術は、同じ無線チャネルによって複数のデータ信号を同時に送受信することで、通信システムを強化します。送信側と受信側の両方に複数のアンテナを配置すると、単一のユーザーまたは複数のユーザーにサービスを提供する MIMO システムのデータ スループットとシステム パフォーマンスが大幅に向上します。
たとえば、SU-MIMO システムまたは MU-MIMO システムは、単一のデータ ストリームまたは複数のデータ ストリームを送信し、特定のユーザーが受信できるように異なるデータ ストリームをプリコーディングすることができます。
2×2 SU-MIMO システムは、基地局に 2 つの送信アンテナ、移動局に 2 つの受信アンテナを備え、単一のユーザーに 2 つの異なるデータ ストリームを送信します。
3×3 MU-MIMO システムは、基地局に 3 つの送信アンテナ、移動局に合計 3 つの受信アンテナを備え、複数のユーザーに 3 つの異なるデータ ストリームを送信します。データ ストリームのうち 2 つは最初の移動局による受信用にプリコーディングされ、3 番目のデータ ストリームは 2 番目の移動局による受信用にプリコーディングされます。
SU-MIMO および MU-MIMO の設計では、5G NR 規格、LTE 規格、および Wi-Fi® 規格に準拠したものを含む複数の無線システムで MIMO の利点を実現できるように、空間次元手法を実装しています。MIMO システムの背景に関する資料については、参照を参照してください。
一般に、無線システムの標準規格や MIMO の研究では、さまざまな組み合わせの MIMO 手法がサポートされています。
これらのタイプの MIMO 手法は、MIMO チャネルでの信号受信の信頼性とスループットを向上させるために必要不可欠です。
| 手法 | 仕組み | 利点 |
|---|---|---|
空間多重化は、複数の送信アンテナから複数の受信アンテナに異なるデータ ストリームを同時に送信することでデータ レートを向上させます。 送信機でチャネル状態がわかっている場合、MIMO では、プリコーディングを使用して信号を送信するため、同じ時間周波数リソースを使用して同時にデータを送信することができます。 | 複数のデータ ストリームを受信できるため、リンク容量が増加します。 | |
ビームフォーミングは、送信機と受信機のいずれかまたは両方で複数のアンテナを使用し、エネルギーをあらゆる方向に拡散させるのではなく、意図した受信機に対してエネルギーを集中させる指向性ビームを形成します。 受信アンテナよりも送信アンテナの数が多いシステムにおいて、MIMO は、ビームフォーミングを使用して送信エネルギーを受信アンテナに対して集中させることで、パフォーマンスを向上させることができます。 | 集中したエネルギーにより SNR が増加し、リンクのパフォーマンスが向上します。 | |
空間ダイバーシティでは、複数のアンテナから同じデータ ストリームを送信しますが、受信機で信号を確実に区別できるように、何らかの形式の符号化または時間遅延が行われます。 | ダイバーシティにより SNR が増加し、リンクのパフォーマンスが向上します。 |
これらの用語は、規格や文献によって意味が異なります。たとえば、規格によっては "プリコーディング" と "ビームフォーミング" が入れ替わっています。Communications Toolbox™ では、プリコーディングは少数のアンテナを使用した空間分離を表し、ビームフォーミングは大きなアレイのアンテナを使用した空間ステアリングを表します。詳細については、MIMO Terminologyを参照してください。
MIMO 機能
Communications Toolbox やその他の MathWorks® 製品で用意されている次の機能を使用して、MIMO 手法をモデル化できます。
| 機能 | 機能 |
|---|---|
| ストリーム マッピング | 5G Toolbox™ と WLAN Toolbox™ を参照 |
| プリコーディング | |
| OFDM 変調 | |
| ビームフォーミング | Phased Array System Toolbox™ を参照 |
| チャネル | |
| 受信 |
MIMOのカテゴリは、Communications Toolbox、5G Toolbox、WLAN Toolbox、Phased Array System Toolbox、および Antenna Toolbox™ の機能を使用した MIMO システムの設計を示す例にリンクしています。
参照
[1] Molisch, Andreas F., Wireless Communications: From Fundamentals to beyond 5G. Third edition, Wiley-IEEE Press, 2023.
[2] George Tsoulos, Ed., "MIMO System Technology for Wireless Communications", CRC Press, Boca Raton, FL, 2006.
[3] Oestges, Claude, and Bruno Clerckx., MIMO Wireless Communications: From Real-World Propagation to Space-Time Code Design. 1st ed. Boston, MA: Elsevier, 2007.
[4] Correia, Luis M., and European Cooperation in the Field of Scientific and Technical Research (Organization), eds. Mobile Broadband Multimedia Networks: Techniques, Models and Tools for 4G. 1st ed. Amsterdam; Boston: Elsevier/Academic Press, 2006.
[5] M. Jankiraman, "Space-time codes and MIMO systems," Artech House, Boston, 2004.
[6] 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.
[7] 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.
[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] Hochwald, B.M., and S. Ten Brink., “Achieving Near-Capacity on a Multiple-Antenna Channel.” IEEE Transactions on Communications 51, no. 3 (March 2003): 389–99. https://doi.org/10.1109/TCOMM.2003.809789.
[10] 3GPP TS 38.201. “NR; Physical layer; General description.” 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network.
[11] IEEE® P 802.11be™/D5.0. “Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications. Amendment 8: Enhancements for Extremely High Throughput (EHT).” Draft Standard for Information Technology — Telecommunications and Information Exchange between Systems — Local and Metropolitan Area Networks — Specific Requirements.
